許多物理模型、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律中都存在著和諧而優(yōu)美的對稱性。在解題過程中,如果我們能夠巧妙而靈活地運用對稱性,常??梢员苊鈴?fù)雜的數(shù)學(xué)運算和推導(dǎo)過程,直接抓住問題的本質(zhì),出奇制勝,使一些復(fù)雜的問題變得簡單。
一、平衡位置對稱
對有關(guān)平衡位置對稱的問題,應(yīng)注意相關(guān)物理量在對稱位置處的大小關(guān)系,并在解題過程中加以利用。
例1 如圖1所示,小球自A點靜止自由下落,到B點時與彈簧接觸,到C點時彈簧被壓縮到最短,若不計彈簧的質(zhì)量與空氣阻力,則小球在C點的加速度a g(選填“>”、“=”或“<”)。
解析 這是一道同學(xué)們感到較為棘手的問題,因為無法定量分析小球在C點受到的彈力大小。如果我們適當轉(zhuǎn)換一下思維的角度,改讓小球無初速度從B點釋放,設(shè)小球在BC′間做簡諧振動。依據(jù)簡諧振動的對稱性可知,小球在B點與C′點的加速度大小相等(兩個最大位移處),且均等于g。那么當小球從A處落下時,小球所能到達的最低點C低于C′點,因此小球在C點受到的彈力大于在C′點受到的彈力,所以小球在C點的加速度大于g。
二、時間變換對稱
系統(tǒng)在時間反演變換下,即t→-t的變換下具有的不變性,稱為時間反演對稱,時間反演如同時光倒流,在真實世界中是不可能發(fā)生的,但可以通過一對相對的過程來模擬演示。例如,對于豎直方向的拋體運動,由于速度具有對稱性,因此相應(yīng)的時間也具有對稱性。在解題的過程中,如果能夠靈活地運用這種對稱性,可以極大地簡化解題過程。