楊軍

摘要：高中學(xué)習(xí)當(dāng)中屬物理難學(xué)，而高中物理主要的又屬動(dòng)力學(xué)問(wèn)題最難。然而解決這類(lèi)問(wèn)題存在著兩大思想：簡(jiǎn)單叫做力與運(yùn)動(dòng)思想和能量的思想。筆者將從這兩方面對(duì)高中物理知識(shí)進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：“一條紅線(xiàn)” 高中物理

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.01.152

高中學(xué)習(xí)當(dāng)中屬物理難學(xué)，而高中物理主要的又屬動(dòng)力學(xué)問(wèn)題最難。其實(shí)我們高中物理主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容表現(xiàn)為力、熱、電、磁、光、原子等幾大塊，其中涉及的問(wèn)題多以力與運(yùn)動(dòng)為主。然而解決這類(lèi)問(wèn)題存在著兩大思想：簡(jiǎn)單叫做力與運(yùn)動(dòng)思想和能量的思想，前者是通過(guò)分析物體受力與運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，從而抽象物理模型來(lái)解決問(wèn)題。

一、力與運(yùn)動(dòng)的思想

牛頓運(yùn)動(dòng)三定律將物體的受力與運(yùn)動(dòng)科學(xué)地對(duì)應(yīng)起來(lái)，當(dāng)我們分析一個(gè)物理事件中的對(duì)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程時(shí)，受力分析與運(yùn)動(dòng)分析應(yīng)互為依據(jù)，相互印證。孤立地進(jìn)行受力分析或運(yùn)動(dòng)分析，不僅常常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，更說(shuō)明對(duì)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律真正的意義沒(méi)有理解。受力與運(yùn)動(dòng)分析是學(xué)習(xí)物理學(xué)的重要基礎(chǔ)，是抽象物理模型的依據(jù)。受力分析首先應(yīng)確定研究對(duì)象，依據(jù)力的基本概念以場(chǎng)力、接觸力（彈力、摩擦力）、外力的順序分析對(duì)象受力，而更為重要的是要運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律通過(guò)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定物體的受力。在運(yùn)動(dòng)分析中首先要確定對(duì)象的初狀態(tài)，包括初態(tài)的速度、加速度的方向或大小，進(jìn)而分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度、加速度的方向及大小變化，其中加速度的分析應(yīng)以受合外力分析為依據(jù)。

力的思想解決物理問(wèn)題的一般方法：運(yùn)用動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析物理過(guò)程的方法稱(chēng)為動(dòng)力學(xué)觀(guān)點(diǎn)，它是物理學(xué)研究問(wèn)題的基本方法。高中階段我們可以運(yùn)用這一觀(guān)點(diǎn)定性分析變加速度過(guò)程，定量描述勻加速度過(guò)程和變加速度瞬時(shí)狀態(tài)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程。運(yùn)用該思想分析問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意通過(guò)繪制情景圖的方法，明確時(shí)間與空間關(guān)系，正確分析物體的受力與運(yùn)動(dòng)情況，從而抽象物理模型，并運(yùn)用動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律加以描述。如必要，還需在動(dòng)態(tài)分析中尋找臨界條件。當(dāng)模型對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律得以正確表達(dá)，隱含臨界條件得以明確，該問(wèn)題一定可解。運(yùn)用動(dòng)力學(xué)觀(guān)點(diǎn)分析物理問(wèn)題的關(guān)鍵是：物體的加速度是由哪幾個(gè)力的合力引起的。

二、能量的思想

做功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做功與能量分析是運(yùn)用能量思想描述物理過(guò)程的基礎(chǔ)。分析物理過(guò)程中的做功情況是這一思想的關(guān)鍵，那么就要判斷以下幾個(gè)問(wèn)題：

研究對(duì)象受幾個(gè)力？所受每個(gè)力中哪些做功，哪些不做功？每個(gè)力做功所對(duì)應(yīng)的位移是什么？哪些力做正功，哪些力做負(fù)功？哪些是恒力做功，哪些是變力做功？

做功一定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，通過(guò)功能關(guān)系明確對(duì)象從初態(tài)到末態(tài)的過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化的來(lái)源、途徑和去向，即能量轉(zhuǎn)化的線(xiàn)索。常見(jiàn)的功能關(guān)系有：

1.重力做功，對(duì)應(yīng)重力勢(shì)能的變化;

2.彈簧彈力做功，對(duì)應(yīng)彈簧彈性勢(shì)能的變化;

3.合外力做功，對(duì)應(yīng)動(dòng)能的變化;

4.除重力或系統(tǒng)內(nèi)部彈力之外的力做功，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)機(jī)械能的變化;

5.電場(chǎng)力做功，對(duì)應(yīng)電勢(shì)能的變化;

6.分子力做功，對(duì)應(yīng)分子勢(shì)能的變化;

7.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，克服安培力做功，對(duì)應(yīng)電路中的獲得的電能;

8.滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)路程的乘積，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)能的變化。

前期準(zhǔn)備工作做好之后，下面運(yùn)用能量解題，這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是動(dòng)能定理與能量守恒定律的應(yīng)用，首先動(dòng)能定理應(yīng)用注意其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

W總=mv22-mv12

1.確定研究對(duì)象（可以是一個(gè)物體也可以是多個(gè)物體組成的系統(tǒng)）;

2.選擇研究對(duì)象初、末狀態(tài)，判斷對(duì)應(yīng)的動(dòng)能;

3.對(duì)選擇對(duì)象在初、末狀態(tài)間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行做功分析;

4.按動(dòng)能定理列方程并求解;

5.對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要地分析討論。

而機(jī)械能守恒定律應(yīng)用（對(duì)象為系統(tǒng)）可以說(shuō)成是動(dòng)能定理的特殊情況因?yàn)闄C(jī)械能守恒條件是系統(tǒng)只有重力做功或彈力做功，它才成立。

在這建議大家首選能量的思想，再考慮力與運(yùn)動(dòng)的思想，因?yàn)橛行﹦?dòng)力學(xué)問(wèn)題兩種思想都能解決，但是能量的思想應(yīng)用起來(lái)比較簡(jiǎn)單，還有的問(wèn)題力與運(yùn)動(dòng)的思想解決不了只能用能量的思想從這些問(wèn)題考慮我們以后何不首選能量思想呢。以?xún)傻篮?jiǎn)單問(wèn)題為例。

1.某物塊質(zhì)量為m=10kg，在平行于斜面的恒定拉力F作用下沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，斜面與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.1，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到斜面中點(diǎn)時(shí)，去掉力F，物體剛好可運(yùn)動(dòng)到斜面頂端停下。設(shè)斜面傾角為θ=30°，取g=10m/g2，求拉力F？

解析：取物體為研究對(duì)象，在斜面下半段物體受四力：重力mg，拉力F，斜面的支持力N和摩擦力f=μmgcosθ。受力分析如圖1所示。在斜面上半段去掉F，其他力都不變。設(shè)斜面長(zhǎng)為S，對(duì)物體從斜面底端運(yùn)動(dòng)至頂端的過(guò)程，由動(dòng)能定理有：

F·-μmgScosθ-mgS′sin30°=0

解得：F=117.3N

<E：＼123456＼學(xué)周刊·上旬刊201601＼+接排1 126-240＼圖1.tif>

圖1

這用力與運(yùn)動(dòng)的知識(shí)也可求得，在這不做求解可以去試，相信就比較麻煩了。

2.如圖2所示，質(zhì)量為m=2kg的小球，從半徑R=0.5m的半圓形槽的邊緣A點(diǎn)沿內(nèi)表面開(kāi)始下滑，到達(dá)最低點(diǎn)B的速度v=2m/s。求在弧AB段阻力對(duì)物體所做的功Wt。（g取10m/s2）

<E：＼123456＼學(xué)周刊·上旬刊201601＼+接排1 126-240＼圖2.tif>

圖2

解析：物體在弧AB段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受重力、彈力和阻力作用，其中彈力和阻力是變力，但在此過(guò)程中彈力對(duì)小球不做功;重力是恒力，在這一過(guò)程中，重力的功WG=mgR。由動(dòng)能定理有：

WG+Wt=mv2-0

解得：Wt=mv2-WG=mv2-mgR

=×2×22-2×10×0.5

=-6J

因此可以得出動(dòng)能定理既適用于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，既適用于恒力做功，也適用于變力做功。力做功時(shí)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的，可以是在一條直線(xiàn)上的，也可以是不在一條直線(xiàn)上的。而這問(wèn)題再用單純力與運(yùn)動(dòng)的思想解決恐怕就無(wú)從下手了。

簡(jiǎn)單介紹了兩種解題思想，可以說(shuō)它是貫穿我們高中物理的“一條紅線(xiàn)”，解決物理問(wèn)題尤其是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，無(wú)疑離不開(kāi)這兩種思想，只要我們熟練掌握兩種思想的應(yīng)用，動(dòng)力學(xué)問(wèn)題就不再是大難題了！

（責(zé)編 趙建榮）