对称性在高中物理力学问题中的应用

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  摘要:在高中物理教学活动中,力学一直是整体教学活动中的重点难点知识,并且在高考考查中,关于力学的题目相对而言较多.为了帮助学生轻松应对高考,需要针对物理教学中的力学知识进行注重讲述.而对称性解题方法在多个学科实践过程中获得良好效果.本文结合高中物理力学问题探讨对称性解题方法的实效性以及优越性.
  关键词:高中物理 力学问题 对称性 解题方法
  对称性解题方法,不仅可以在数学教学活动中应用,而且可以应用于物理教学活动中,尤其在物理力学方面能起到良好的作用,提高了学生的解题效率以及质量,使学生轻松、快速解答物理问题,提高学生对物理的学习兴趣,从而提高物理教学质量以及教学效果.一、在高中物理力学问题活动中应用对称性解题方法的重要性
  随着新课程的改革以及素质教育政策的实施,各学科教学活动中更注重对学生综合素质的培养.在物理教学活动中,力学教学内容是该课程的重点、难点内容,并且在高考中,力学方面的题目占很大比例,因此,物理教学教师需要注重对学生解题方法的传授,使其解题效率以及质量得以有效提升.另外,根据相关研究报告文献记载资料得知,对称性解题方法在各个学科中均得到广泛应用,对于学生解题效率以及质量的提高有着极其重要的作用.因此,物理教师可以应用对称性解题方法来帮助学生提高解题的效率.
  此外,学生通过应用对称性解题方法进行解题的时候,其会思考问题应用该方法的可行性与有效性,由此使得学生的思维能力在此过程中得到了有效培养,并且有助于提高其发现问题、分析问题与解决问题的能力.物理教师通过对称性解题方法来进行解题,使得学生能够发现对称性解题的魅力,由此有效激发了学生的学习兴趣,使学生积极参与到物理教学活动中,从而提升了物理教学效率以及教学质量.二、应用对称性解题方法处理物体质量分布不对称的问题
  在高中物理教学活动中,质量分布对称的物体需要满足以下条件,即物体受外力或力矩的对称,如果没有这个条件,物体质量分布则会不对称.另外,在求解物体重心位置问题的时候,学生首先要考虑到,对于形状对称且质量分布均匀的物体,其重心位置就是几何中心,通过这样思考即可快速、高效地解答问题.如果是质量分布均匀但几何形状却不对称而要求解其重心位置的话,则需要借助切割、互补的方法来将其转化为对称问题,结合对称性解题方法进行解答.由此可以总结出,如果一味地按照传统的解题方法进行解答,不仅浪费大量时间,而且其计算过程烦琐而易出现错误.通过利用构造对称性来进行解题,可以使题目变得简单,从而使学生在短时间内计算出结果.三、应用对称性解题方法来处理抛体运动的问题
  在物理教学活动中,曲线运动这一章节内容中的抛体运动是教学难点.通过观察这类型运动,我们可以看出,抛体运动是两条直线运动的合成.一般情况下,平抛运动是我们较为常见的一种类型,而斜抛运动的轨迹我们可以将其看作是,两个平抛运动的轨迹是基于最高点竖直的直线对称而构成的.因此,在解答抛体运动方面问题的时候,教师可以指导学生将整体看作是平抛运动,并且根据该运动规律对题目进行求解,而这其中,对称性解题方法起到了决定性的作用.
  图1
  例如,在平行板电容器中存在数值向下的匀强电场E,重力不计的粒子电量为 q,质量为m,从A点以初速度为v0方向且与水平方向夹角为θ斜向上运动,整个过程轨迹如图1(H为最高度,O为最高点),求解O1与O2之间的运动时间.
  通过观察题目得知,这是一道类斜抛运动题,然后观察粒子运动特点得知,其具有对称性,那么O1与O2到O点的过程所用时间相同,则初速为v0cosθ从O到O2做类平抛运动所用时间的2倍,则竖直方向做匀速加速直线运动.即a=qE/m, H-h=1/2·at,通过计算得知,t为8m(H-h)qE.
  综上所述,本文主要对高中物理力学问题活动中应用对称性解题方法的重要性进行了概括与介绍,并且将对称性解题方法应用于解决物体质量分布不对称问题、抛体运动的问题、类特殊碰撞问题的具体过程进行了简单的叙述,从而使高中物理力学中所存在的问题能够有效应用对称性解题方法进行解决,由此帮助学生提升物理解题效率与解题质量,从而使学生能够轻松应对高考.
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