李曉雯

【摘 要】力學(xué)“對(duì)稱性”是我們?cè)诟咧形锢韺W(xué)習(xí)階段的重要知識(shí)點(diǎn)，也是高考重點(diǎn)。在力學(xué)學(xué)習(xí)階段，我們要通過(guò)“對(duì)稱性”來(lái)創(chuàng)設(shè)、豐富解題思路，合理運(yùn)用它，凸顯它的優(yōu)越性與實(shí)效性。所以在這里我們就思考了“對(duì)稱性”在高中物理力學(xué)問題解題中的重要意義，并通過(guò)它來(lái)洞悉在不同物理力學(xué)問題中的解題應(yīng)用過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】高中物理力學(xué)；“對(duì)稱性”意義；解題思路；案例分析

在新課改以后，教師針對(duì)我們的學(xué)科教學(xué)更加注重實(shí)效性，強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)與考察。就以我們所學(xué)習(xí)的物理學(xué)科為例，目前所學(xué)習(xí)的重心內(nèi)容就更加傾向于利用知識(shí)點(diǎn)作為探究載體，結(jié)合理論實(shí)際推進(jìn)多元化解題過(guò)程，強(qiáng)調(diào)解題過(guò)程的靈活變通。利用“對(duì)稱性”解決高中物理力學(xué)問題就已經(jīng)呈現(xiàn)出此教學(xué)形勢(shì)，它讓我們的物理解題思路更加開闊，學(xué)習(xí)過(guò)程也更有樂趣。

一、“對(duì)稱性”在高中物理力學(xué)問題應(yīng)用中的重要意義

我們?cè)诟咧形锢碚n上所學(xué)習(xí)的是物理學(xué)的原理與規(guī)律，力學(xué)中的“對(duì)稱性”就是這樣的客觀規(guī)律，如若能將它靈活合理運(yùn)用于問題解答過(guò)程中將會(huì)獲得特別的效果，能夠幫助我們順利解題。按照新課改所提出的要求，我們學(xué)習(xí)物理的目的在于落實(shí)知識(shí)內(nèi)容基礎(chǔ)，同時(shí)提升自身綜合素質(zhì)。因?yàn)椤皩?duì)稱性”是高中物理力學(xué)中的重要知識(shí)點(diǎn)，也是高考考點(diǎn)，所以正確把握這一客觀規(guī)律進(jìn)行解題非常有必要，能夠保證我們的學(xué)習(xí)過(guò)程更加輕松自如，尤其是在解決力學(xué)問題方面。

實(shí)際上，“對(duì)稱性”思維在很多學(xué)科中都有廣泛應(yīng)用，這說(shuō)明“對(duì)稱性”思維是客觀成熟的，在高中物理力學(xué)解題過(guò)程中，利用“對(duì)稱性”能解答的問題不少，我們需要將它靈活運(yùn)用于各種題型中，確保通過(guò)它來(lái)深入學(xué)習(xí)更多物理力學(xué)知識(shí)。

二、高中物理力學(xué)問題解析中對(duì)“對(duì)稱性”的應(yīng)用

我們?cè)诟咧形锢砹W(xué)學(xué)習(xí)中會(huì)面對(duì)許多題型，利用“對(duì)稱性”嘗試解決這些問題對(duì)我們更好學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)具有良效，以下就分析幾點(diǎn)應(yīng)用案例，介紹一下我們遇到過(guò)的、涉及“對(duì)稱性”的物理力學(xué)問題案例。

（一）對(duì)物體質(zhì)量分布不對(duì)稱問題的解題思路

我們知道，在高中物理力學(xué)中對(duì)稱分布的物體平衡都會(huì)滿足所受外力或力矩的對(duì)稱原則，特別是在求解某些物體的重心位置過(guò)程中，要求考慮質(zhì)量分布均勻問題、形狀對(duì)稱分布問題等等，將物體的重心視為是幾何中心，這樣設(shè)定后解題會(huì)更加容易。如果是質(zhì)量分布均勻但幾何形狀不對(duì)稱的物體，則要重新考慮其解題思路。例如利用割補(bǔ)結(jié)合方法來(lái)轉(zhuǎn)化對(duì)稱問題，明確該類物體的重心位置。以下給出例題分析。

1.例題提出

某一根質(zhì)量均勻分布的圓臺(tái)形木桿，它的桿中軸線為CD，垂直于中軸線CD的是EF，它是過(guò)木桿重心的垂直直線。如果沿著EF將木桿切開，切開后兩部分木桿的重力大小分別為多少？

2.解題思路

利用“對(duì)稱性”規(guī)律，如果沿EF直線均等鋸開木桿，那么鋸開兩部分的重力大小應(yīng)該相等，且它們的重力重心也相等，且力矩平衡。該問題的解題思路就是要重新確定木桿被鋸開后兩部分的重心位置。傳統(tǒng)中我們利用數(shù)學(xué)幾何知識(shí)來(lái)確定木桿中心位置，求解過(guò)程比較麻煩，但如果利用力學(xué)中的“對(duì)稱性”就可以針對(duì)其木桿構(gòu)造進(jìn)行輕松解題，確保問題解析過(guò)程簡(jiǎn)易化。

（二）對(duì)物體拋體運(yùn)動(dòng)問題的解題思路

力學(xué)中的拋體運(yùn)動(dòng)是難點(diǎn)，它涉及曲線運(yùn)動(dòng)知識(shí)，對(duì)于該類提醒可以將它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程看成是兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的有機(jī)合成，將其轉(zhuǎn)化為我們比較熟悉的平拋運(yùn)動(dòng)。將拋體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所出現(xiàn)的斜拋看成是兩個(gè)分解的平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程，根據(jù)其拋線軌跡來(lái)觀察，發(fā)現(xiàn)它與拋線運(yùn)動(dòng)中最高點(diǎn)的豎直直線應(yīng)該是相互對(duì)稱的。

1.例題提出

某一平行板電容器中存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，該電容器的質(zhì)量為M，如果該勻強(qiáng)電場(chǎng)中電量為+q，且粒子以初速度v■在水平方向上沿夾角θ向斜上方運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡中O為最高點(diǎn)，拋線最高高度為H，求解帶電粒子在平行板高度h上從O■運(yùn)動(dòng)到O■的時(shí)間。

2.解題思路

該問題中帶電粒子在電場(chǎng)中做斜拋運(yùn)動(dòng)，所以這里要運(yùn)用到“對(duì)稱性”，了解帶電粒子從O■到最高點(diǎn)O再到O■整個(gè)拋線運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并結(jié)合初速度v■cosθ（考慮夾角）計(jì)算帶電粒子在平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所使用的時(shí)間應(yīng)該為斜拋運(yùn)動(dòng)的兩倍，而它在豎直方向所做的就是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其計(jì)算過(guò)程如下：a=■

H-h=■at■

根據(jù)上述公式繼續(xù)得出時(shí)間t應(yīng)該為：

t=■=■

最后計(jì)算出帶電粒子從O■到最高點(diǎn)O再到O■整個(gè)拋線運(yùn)動(dòng)過(guò)程的總時(shí)間t'應(yīng)該為：

t'=2t=■

基于上述解題過(guò)程，可以看出該道題目在整體上涉及到平拋運(yùn)動(dòng)和類斜拋運(yùn)動(dòng)，所以在問題處理過(guò)程中應(yīng)該通過(guò)類平拋運(yùn)動(dòng)結(jié)合力學(xué)“對(duì)稱性”進(jìn)行解題，明確整個(gè)運(yùn)動(dòng)中帶電粒子的力學(xué)對(duì)稱性規(guī)律。在該題目中，它主要考察了我們的思維轉(zhuǎn)化能力，將原本復(fù)雜的題目基于“對(duì)稱性”進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)其問題解決的靈活性，同時(shí)也幫助我們快速解題。

（三）其它題型解題思路

利用“對(duì)稱性”規(guī)律還能解決處理一些特殊碰撞類題目，我們?cè)谄綍r(shí)的力學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中也有遇到。例如彈性碰撞與非彈性碰撞兩類問題，首先它們遵循機(jī)械能守恒與動(dòng)量守恒定律，要根據(jù)特殊彈性碰撞結(jié)合“對(duì)稱性”規(guī)律特征來(lái)做到對(duì)該類題目的靈活解決。

總結(jié)

可以說(shuō)，“對(duì)稱性”規(guī)律是普遍存在于我們高中的物理力學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中的，它雖然并不復(fù)雜但卻能解決一些復(fù)雜的物理力學(xué)難題，幫助我們輕松學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)，提高對(duì)力學(xué)難點(diǎn)內(nèi)容的理解能力，需要我們靈活掌握。

【參考文獻(xiàn)】

[1]單海華.探析“對(duì)稱性”在高中物理力學(xué)問題中的效用[J].中學(xué)物理（高中版），2014.32（11）：82-83

[2]張卓.對(duì)稱性在高中物理力學(xué)問題中的應(yīng)用[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2015（7）：87