摘要： 許多學(xué)生都感到物理難學(xué)，尤其是力學(xué)部分。本文作者通過實例，具體分析了學(xué)生感到困難的原因，以及解決辦法，指出，想要學(xué)好高中物理，一定要抓住牛頓運(yùn)動定律和教材的體系。希望對廣大的中學(xué)生和物理教師能有所幫助。

關(guān)鍵詞： 高中物理 牛頓運(yùn)動定律 “跳出課本看課本”

作為一名高中物理教師，我在教學(xué)之余聽到最多的對高中物理的評價是“高中物理太難了，尤其是力學(xué)”。為什么物理學(xué)給人的感覺總是一個“難”字？高中生應(yīng)該如何應(yīng)對新課程理念下的高中物理，物理教師應(yīng)該如何讓學(xué)生更容易地理解高中物理知識，提高對物理的興趣，讓他們愛上物理呢？我覺得這是一個值得深思的問題。

一、物理教學(xué)體系是一個“螺旋上升”的過程。

真正稱得上學(xué)習(xí)物理學(xué)應(yīng)該從初中二年級開始算起。在初中階段學(xué)生就已經(jīng)接觸到了物理學(xué)中絕大部分的分支學(xué)科，但是只是介紹一些較為簡單的知識和結(jié)論，定性地研究一些物理現(xiàn)象，不注重更深層次的研究。到了高中階段，物理學(xué)的體系基本展現(xiàn)出來，在初中的基礎(chǔ)上再次加深研究，除了理解一些物理知識和規(guī)律，還要求學(xué)生能夠分析物理過程，熟練地利用初等數(shù)學(xué)知識定量地解決物理問題，掌握物理的基本實驗技能，以及利用高等數(shù)學(xué)的思維（例如：微分、積分的思想）研究某些簡單的問題。這些知識和能力的培養(yǎng)是在為學(xué)習(xí)大學(xué)物理打好基礎(chǔ)，做好過渡。而大學(xué)物理更是在高中物理基礎(chǔ)上，將物理學(xué)的各個分支再次升華，將知識體系整理得更為系統(tǒng)，物理規(guī)律研究得更為透徹，物理現(xiàn)象的分析更為精確，但是最基本的切入點(diǎn)和思維方法還是與高中物理有著千絲萬縷的聯(lián)系。所以高中物理將是學(xué)生今后終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

學(xué)生感到物理學(xué)習(xí)困難的原因主要是對物理學(xué)的真諦和知識體系理解不深。

我在課后給學(xué)生輔導(dǎo)的過程中發(fā)現(xiàn)不少學(xué)生眼光太短淺，考完試成績不好，在分析時只盯著一小塊知識點(diǎn)。例如：一個學(xué)生在高一期末考試以后找到我，因為期末考試考得太差，向我咨詢?nèi)绾螐?fù)習(xí)一下必修2。而我看到試卷的錯題，顯然不僅僅是必修2的問題，受力分析和牛頓第二定律的方程都有問題。我問他必修1學(xué)習(xí)得怎么樣，感覺如何？他是這樣分析的：必修1的第一章、第二章當(dāng)時提前預(yù)習(xí)過，考試成績都在八九十分，還很不錯，到了后來有點(diǎn)沾沾自喜，所以第三章力和第四章牛頓運(yùn)動定律成績稍微差一點(diǎn)，但是高一期末考得還湊合，所以他認(rèn)為必修1整體說來還是過得去，不需要復(fù)習(xí)。到了必修2突然完全沒有頭緒，一學(xué)期下來不知學(xué)了什么，也不知該怎么解題，所以他認(rèn)為應(yīng)當(dāng)復(fù)習(xí)或者叫做重新學(xué)習(xí)必修2的知識，因為將來選科時他想選擇物理。

我想這個學(xué)生的學(xué)習(xí)過程很有代表性，我們就這個實例來分析一下。

我想問這個學(xué)生或者我們教師一個問題：什么是物理學(xué)？

物理（Physics），拼音：wù lǐ，全稱物理學(xué)。物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動的最普遍形式的規(guī)律以及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)。［１］在高中物理尤其是力學(xué)部分最突出的是研究物質(zhì)運(yùn)動的最普遍形式的規(guī)律。

二、高中物理教材（新人教版）必修1、必修2的知識體系

整個高一兩本教材讓學(xué)生認(rèn)識了物質(zhì)運(yùn)動中最為簡單的勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動（包括天體運(yùn)動），而這些運(yùn)動之所以能發(fā)生是因為運(yùn)動的物體受到了相應(yīng)的合外力的作用，也就是說有什么樣的合外力就可以決定物體作什么樣的運(yùn)動，而物體作什么樣的運(yùn)動也反映了物體受什么樣的合外力，這是一一對應(yīng)的關(guān)系，而這種關(guān)系是由牛頓第二定律決定的。所以高一階段學(xué)好力學(xué)的關(guān)鍵就是對牛頓第二定律的理解和應(yīng)用。

必修1為了讓學(xué)生更好地了解牛頓運(yùn)動定律，在前三章作了鋪墊：第一章、第二章通過簡單的勻速直線運(yùn)動和勻變速直線運(yùn)動讓學(xué)生了解了用哪些物理量，如何描述運(yùn)動，以及加速度α的含義和求解方法，為F =ma中的a作了鋪墊。第三章相互作用讓學(xué)生通過對重力、彈力、摩擦力的研究，對力的性質(zhì)和特點(diǎn)有所了解，進(jìn)而知道如何求解合外力，即為F =ma中的F 作了鋪墊。一切就緒以后就給出了牛頓的三個定律，以及牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用，包括已知運(yùn)動求受力和已知受力求運(yùn)動的兩大類問題，以及超重、失重的生活現(xiàn)象。所以必修1的體系是很清楚的。

必修2除了機(jī)械能看似孤立以外依然是牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用。曲線運(yùn)動和直線運(yùn)動固然有不同之處，但是利用運(yùn)動的合成與分解可以將曲線運(yùn)動分解成直線運(yùn)動來解決。而圓周運(yùn)動更是由于合外力時刻指向圓心，與速度垂直，才使得物體的速率不變化，但是速度方向時刻變化，最終導(dǎo)致勻速圓周運(yùn)動，所以依然有F =ma，只不過此時F 被叫作向心力，a叫作向心加速度。了解了這一點(diǎn)，只要找到物體受到的合外力，利用牛頓第二定律：F =ma=m =mω r=m ，其中a= =ω r= ，就可以解決圓周運(yùn)動的問題。而天體運(yùn)動則是在圓周運(yùn)動基礎(chǔ)上的進(jìn)一步應(yīng)用：F 是萬有引力，a依然是向心加速度，即F =G =ma=m =mω r=m ，其中R為兩物體間的距離，r為圓周運(yùn)動的軌道半徑。因此必修2中七章有六章實際上都是牛頓運(yùn)動定律的問題，所以學(xué)好這個定律是掌握力學(xué)的關(guān)鍵，乃至對以后的學(xué)習(xí)都很有用。

而第五章機(jī)械能及其守恒定律真的是拋開了牛頓運(yùn)動定律而孤立存在的嗎？

我們知道當(dāng)力的作用引起物體位置變化時，力就要做功。由牛頓運(yùn)動定律可知，力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。因此，力對物體做功的效果是改變物體的運(yùn)動狀態(tài)，力所做的功應(yīng)與某種描述物體運(yùn)動狀態(tài)量的改變有關(guān)。這種描述物體運(yùn)動狀態(tài)的量稱為動能。動能的變化與作用力所做的功之間的關(guān)系，稱為動能定理。下面我們推證一下：

設(shè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，在變化的合力 作用下，沿某曲線，由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)和B點(diǎn)的速度分別為v 和v 。由牛頓第二定律得 =m ，質(zhì)點(diǎn)在力 的作用下發(fā)生了元位移d ， 在d 內(nèi)做的元功為dA= #8226;d =m #8226;d ，將d = dt代入上式得dA=m #8226;d =m #8226; dt=md #8226; = md(v#8226;v)=d( mv )變力 由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)對質(zhì)點(diǎn)所做的功

A=?蘩d( mv )= mv- mv（1）

這一結(jié)果表明，合力所做的功的確能夠用一個運(yùn)動狀態(tài)量的變化來表示，這個運(yùn)動狀態(tài)量的形式是 mv ，我們把它叫動能，用E 表示，即E = mv 。

用E = mv表示質(zhì)點(diǎn)在起點(diǎn)位置是的動能，用E = mv表示質(zhì)點(diǎn)在終點(diǎn)位置時的動能，則（1）式可以寫成A=E -E ，這就是質(zhì)點(diǎn)的動能定理，可表述為合力對質(zhì)點(diǎn)所做的功等于質(zhì)點(diǎn)對動能的增量。

而對于質(zhì)點(diǎn)系我們有

A +A =E -E （2）

在一般情況下，質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力包括保守內(nèi)力和非保守內(nèi)力。因此我們可以把所做的功A 分成保守內(nèi)力所做的功A 和非保守內(nèi)力所做的功A 兩部分，將A =A +A 代入（2）式，得A +A +A =E -E ，而保守力做的總功等于質(zhì)點(diǎn)系勢能增量的負(fù)值，即A =-(E -E )，代入上式得A +A =E -E +E -E ，即A +A =（E +E ）-（E +E ）。

上式等號右邊第一項是質(zhì)點(diǎn)系在B狀態(tài)的機(jī)械能，第二項是質(zhì)點(diǎn)系在A狀態(tài)的機(jī)械能即

A +A =E -E （3）

上式表明：作用在質(zhì)點(diǎn)系上的一切外力和一切非保守內(nèi)力所做的功的代數(shù)和等于質(zhì)點(diǎn)系機(jī)械能的增量。這就是質(zhì)點(diǎn)系的功能原理。

由（3）式看出，當(dāng)外力和非保守內(nèi)力不做功，或所做的功的代數(shù)和為零，即A +A =E -E =0，則E =E ，或?qū)懗蒃 +E =E +E 。

這個結(jié)果表明：若外力和非保守內(nèi)力不做功或做功代數(shù)和為零，則質(zhì)點(diǎn)系的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)換，但它們的總和（即機(jī)械能）保持不變。這個結(jié)論稱為機(jī)械能守恒定律。［２］

所以作為第五章的機(jī)械能部分也是源于牛頓運(yùn)動定律的。

綜上所述，其實高中整個力學(xué)都是在牛頓運(yùn)動定律的基礎(chǔ)上得到的，學(xué)生掌握好牛頓運(yùn)動定律，理解知識和考試成績都可以獲得質(zhì)的提高。

這個學(xué)生恰恰是沒有學(xué)好最關(guān)鍵的牛頓運(yùn)動定律部分，但是當(dāng)時的考試沒有引起他足夠的重視。按照以上的思路我建議該生重新審視必修1、必修2這兩本書，從必修1復(fù)習(xí)起，結(jié)果效果極好，做必修2的題目幾乎不費(fèi)力氣?？梢娕ｎD運(yùn)動定律的基礎(chǔ)是非常重要的。

當(dāng)然這不僅僅是學(xué)生容易出現(xiàn)的問題，教師在授課中也容易忽視對教材的整體把握。如果教師能在教學(xué)過程中將牛頓運(yùn)動定律的思想貫穿始終，我想學(xué)生就能夠“跳出課本看課本”，原來兩本書就是一個牛頓運(yùn)動定律，一點(diǎn)兒也不難。

這一點(diǎn)，日本的教材處理得很好，我有一本《川勝教授的中學(xué)物理教案》，目錄為［３］：第一章《力是什么》，作為鋪墊；第二章《力和運(yùn)動》，建立運(yùn)動與力的關(guān)系；第三章《各種各樣的曲線運(yùn)動》，將運(yùn)動的范圍再次擴(kuò)大，使學(xué)生自主應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決問題。到此基本上將我們兩本書的內(nèi)容都囊括在內(nèi)，我認(rèn)為這對學(xué)生認(rèn)識力學(xué)，認(rèn)識牛頓，認(rèn)識物理是一個很好的幫助。

學(xué)生的興趣一方面來自個人的愛好，另一方面是信心的建立。很多學(xué)生一開始對物理都非常感興趣，因為物理學(xué)涉獵范圍廣，實驗多，和生活結(jié)合緊密。但一些學(xué)生因為題目難，考不好，而喪失了對物理學(xué)的興趣，見到物理就怕，就躲，就不想學(xué)。因此在目前的高考形勢下，更多的學(xué)生選擇了文科，因為他們覺得花同樣的時間文科更容易出成績，更容易考上大學(xué)。目前許多學(xué)校文科9個班理科3個班這種不合理的文理選科失衡將會對高中教學(xué)和大學(xué)教育帶來困難。

所以，我們的擔(dān)子很重，要解決學(xué)生畏懼物理的問題，一方面需要學(xué)生的努力，另一方面作為物理教師的我們更要給學(xué)生指好路，鋪好臺階，這樣學(xué)生才能大膽地前行，也只有這樣才更加符合新課改的精神。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉筱莉，仲扣莊.物理學(xué)史.南京：南京師范大學(xué)出版社，2001.

［2］彭長德.大學(xué)物理學(xué).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

［3］［日］川勝博著.吳宗漢，彭雙朝譯.川勝教授的中學(xué)物理教案.南京：東南大學(xué)出版社，2002.8.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>