学好高中力学之方法

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  【摘 要】高中力学主要包括质点的运动、力的基本概念、牛顿运动定律、能量与动量、量子力学等方面的知识,力学是高中物理学的基础,通常也是学生认为最难学的部分。谈到解决力学问题,一个重要前提就是学会正确地对研究对象进行受力分析,而正确理解力的概念是能够进行受力分析的基础,不论是对力的概念的正确理解,还是对物体进行受力分析,都是对学生理解能力、推理能力、分析综合能力等诸项能力进行考核的出题点,特别是当前把考核学生的能力放在首位,更注重这部分知识的掌握,及能力的培养和提高。关于物体平衡的内容,不像质点、位移、速度等是一些独立的概念,而是涉及力的概念,受力分析,力的分解与合成列方程并解之等多方面物理知识能力的综合性问题。物体的平衡状态是物体运动最基本的形式,它所受的合外力为零,其速度为零。解物体的平衡问题,同样要先进行正确的受力分析,这就要求对重力、弹力、摩擦力的产生,和方向大小等认识清楚。
  【关键词】如何;学好;高中力学
  高中力学主要包括质点的运动、力的基本概念、牛顿运动定律、能量与动量、量子力学等方面的知识,力学是高中物理学的基础,通常也是学生认为最难学的部分。质点的运动的知识都是基本概念、基本规律,一般较少有综合的题目,也少有单纯考核知识的题目,而是通过对这些基本知识的应用,主要以选择、填空的形式着重考核学生的理解能力和推理能力。因此在学习这部分内容时,应着重于概念,规律形成过程的理解和掌握,弄清物理实质。如有关质点的概念,“一个有质量的点就是质点”这话很简单,但却包含了如何建立理想化模型,去除次要因素,抓住本质去研究问题的科学方法,尽管不会考什么叫质点,但这种研究问题的方法却始终贯穿在物理学中.因此学习质点的概念,不是去记定义,而是要理解、领会物理实质,学会物理学的学科研究方法。一粒米是不是质点?地球是不是质点?跳水运动员何时看成质点?在这些判断中,体会质点的含义,体味物理学的真谛。
  谈到解决力学问题,一个重要前提就是学会正确地对研究对象进行受力分析,而正确理解力的概念是能够进行受力分析的基础,不论是对力的概念的正确理解,还是对物体进行受力分析,都是对学生理解能力、推理能力、分析综合能力等诸项能力进行考核的出题点,特别是当前把考核学生的能力放在首位,更注重这部分知识的掌握,及能力的培养和提高。常见的三种力(重力、弹力、摩擦力)中,较难的是摩擦力的分析,滑动摩擦力的大小可由f=uN求出,不少学生对正压力N存在一些误解,应列举在平面上滑动的物体,沿斜面滑动的物体,沿竖直墙下滑的物体,沿竖直圆轨道内侧作圆周运动的物体等,分析这些物体受的正压力,认真体会正压力与物体所处在的状态有关,同时也具备了许多生动的实例,则受力分析解决问题的能力自然会提高。
  静摩擦力的分析较滑动摩擦力更难,其原因是,静摩擦力的大小在一定数值范围内变化,其方向与相对运动趋势的方向相反。而相对运动的趋势必然通过物体所受其他外力作用的状况或物体的运动状态来判定,因此,分析静摩擦力,从物体的运动状态和牛顿定律来进行,更为容易掌握些,也就是从物体的受力情况,去分析其运动,或是从物体的运动情况,分析其受力,这是动力学的基本思路,也是对“力是改变物体运动状态的原因”这句话的进一步理解。通过一些具体实例的分析,练习,建立起正确的力的概念,是熟练地进行受力分析的保证。
  通常,物体的状态可分为平衡状态和变速运动的状态,平衡状态指静止或匀速直线运动状态,此时物体所受合外力一定为零。列根据力的平衡条件列方程。也可先假设,然后经推理。看是否与假设相符,从而判断假设的正确与否。牛顿运动定律是力学的基本规律,是力学的核心内容,在整个高中物理中占有重要地位,也是历年高考物理试题的热点,也是反复考核的内容。所以必须熟练地应用牛顿定律解决物理问题。运用牛顿定律解题要注意以下几个问题:
  ①正确选取研究对象和受力分析。②选取适当的坐标系,可使建立方程和求解更为方便。由于加速度与合外力的方向一致,通常选取与加速度一致的方向建立一坐标轴,沿与加速度垂直的方向建立另一坐标轴,求摩擦力时,沿接触面的切向建立一坐标轴是很方便的,此时坐标轴的方向不一定与加速度方向一致。可见,根据题目的具体情况建立坐标系,会使解的过程简便。③注意合外力与加速度的瞬时关系,本章连接体问题是重点之一,特别要注意物体的所受的合外力既不是恒力,又不规律的情况,就要分析加速度与合外力的瞬时对应关系,按时间的先后顺序,逐次分析物体的受力情况和合外力所产生的加速度,以及引起物体运动性质,运动状态的改变。如:物体所受的合外力方向不变,且与物体的初速度方向一致,但力的大小在不同的时间间隔内却不同。而在同一时间间隔内力的大小又相同,那么物体整体上是做非匀变速直线运动,但在某一个时间间隔内又做匀变速直线运动。再比如,如果力的大小,方向都随时间变化,一般说来在某一段时间内力又是恒量,即力是时间的分段函数,则物体的运动就比较复杂了,即使是研究单一物体的运动,也要求学生对相关的定律、概念、过程有正确的理解和认识,才能正确求解。另外还要注意从实际生活、科技、生产等背景中抽象出物理模型,利用学过的知识求解。
  关于物体平衡的内容,不像质点、位移、速度等是一些独立的概念,而是涉及力的概念,受力分析,力的分解与合成列方程并解之等多方面物理知识能力的综合性问题。物体的平衡状态是物体运动最基本的形式,它所受的合外力为零,其速度为零。解物体的平衡问题,同样要先进行正确的受力分析,这就要求对重力、弹力、摩擦力的产生,和方向大小等认识清楚。如弹力的方向总是垂直于接触面。只有多做这样的题,才能提高分析的正确性和熟练性。其次要对力的运算很熟,利用平行四边形法则进行力的合成,分解,用正交分解法进行计算,搞清力的三角形和几何三角形的相切关系。只有从做题中多多体会领悟,才能运用自如。再如,研究对象的选取,有时选整体法很容易分析,若分别隔离正交分解列方程就很麻烦,但有时又必须隔离出一或两个物体分别讨论(如在讨论两物体间相互作用力的问题时)。
  反之,从物体的平衡状态进行受力分析,也是常用到的方法。这样常常可以求出未知力,尤其在很多涉及静摩擦力的问题中,这里常用的方法。
  能量与动量、牛顿定律是力学的核心,而动量定理和动能定理都是由牛顿定律导出的,但并不能因此些把动量,能量的观点解题放在从属地位。牛顿定律的研究对象是单个质点,而有些问题是以相互作用的几个物体组成的系统为研究对象,它们之间有相对位移,运动情况较复杂,且有时并不需要了解系统中每一个质点的运动情况,而是要知道某些整体的运动特性,这时应用动量定理,动能定理,动量守恒等知识来处理问题就很方便。而且在牛顿定律不适用的场合,守恒定律仍然有效。这样原来仅作为牛顿定律辅助工具的动量定理,动能定理和守恒定律,就成为比牛顿定律更为基本的规律了。由于守恒定律与作用力的具体情况,与物体运动的瞬时状态无关,只是与物体运动的初、末状态相联系,所以一些看上去复杂的运动,借助于能量动量的守恒反而更容易解。
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