“對稱性”在高中物理力學問題中的應用研究

張新宇

摘 ? ?要： 一直以來，在高中物理學習過程中，力學問題是物理學習中的重點和難點，同時是考查學生物理學習的要點之一。在本次研究過程中，將主要以高中力學問題為討論基礎，同時結合相關教材或實際案例，著重分析“對稱性”是如何處理高中物理力學問題的，以便學生較好地掌握相關知識學習，凸顯“對稱性”解決問題的實用性。

關鍵詞： 高中物理 ? ?“對稱性” ? ?力學問題 ? ?應用

當前，對教育的重視程度越來越高，特別是在新課程改革的大形勢下，對于高中物理的學習考察不僅注重學生的學習能力，更注重學生的實際操作能力，因此，除了亟待提高學生的學習成績之外，還需提高學生綜合能力。在高中物理學習過程中，力學問題是其中重點，絕大部分高中生在學習過程中普遍感到吃力。“對稱性”作為當前解決物理力學問題較為行之有效的方法，可以將原本復雜的物理問題簡單化，讓學生在較短時間內快速解題，提高學習效率。下面結合具體物理力學知識進行分析。

一、通過“對稱性”解決拋物運動問題

在拋物運動問題的處理過程中，需要注意以下幾點，首先，拋物運動具有一定的初速度，當物體的初速度方向為豎直向上時，則為豎直上拋運動，當物體的初速度為豎直向下時，則為豎直下拋運動，這是拋物運動中較為特殊的兩種;此外，在整個拋物運動過程中，只受重力的影響，包括豎直上拋運動、豎直下拋運動、平拋運動及斜拋運動。由于拋物運動向來是物理曲線運動中的難重點，在學習過程中，教師往往通過兩種直線運動相結合等形式教授學生，而對于斜拋運動的軌跡來說，我們可以將其比做關于過運動最高點的豎直直線對稱的兩種平拋運動的軌跡構成的運動。

舉例來說：

（1）怎樣保證小球的運動是平拋運動？固定斜槽時要注意什么？

（2）描軌跡的坐標軸是怎樣畫出來的？原點怎樣定？y軸怎樣畫出來？x軸怎樣畫出來？

（3）軌跡上的點是怎樣描出來的？平拋物體的軌跡曲線是怎樣描出來的？

解答：

（1）使斜槽末端的切線方向水平。讓它的末端伸出桌面外，調節斜槽末端，使其切線方向水平。

（2）以斜槽末端作為平拋運動的起點O，在白紙上標出O位置，過O點用重錘線作Y軸，垂直Y軸作X軸。

（3）讓小球每次都從斜槽上適當同一位置靜止滾下，移動筆尖在白紙上的位置，當筆尖恰好與小球正碰時，在白紙上依次記下這些點的位置。

在上述物理題目當中，涉及的都是拋物問題，在解決這類題目的時候，我們可以通過作輔助線等形式，將物體的運動形式看成一條完整的拋物線，然后利用“對稱性”進行解答，問題便顯得簡單多了。所以說，在具體教學過程中，教師要努力培養學生轉變問題的能力，將復雜的問題簡單化，去掉問題當中的干擾因素，培養學生解題能力。

二、通過“對稱性”解決物體質量分布不對稱問題

對稱分布平衡的物體是高中物理中常見的問題之一，多種情況下，均要求求解物體的幾何中心，如果碰到類似情況，我們需要知道對于質量分布均勻、形狀對稱分布的物體而言重心即為幾何中心，這是眾多物理問題當中較為簡單的一種。但是，對于質量分布均勻但幾何形狀不對稱的物體在求重心位置時，上述方法顯然不適用，然而，我們可以利用割與補相結合的方法轉化為對稱問題解決。

舉例來說，球體鐵球，假設鐵球的質量均勻分布。其中，沿著鐵球的中心將這個鐵球分成質量均勻的兩半，請問，分開后的兩個半個部分的重力大小應該是怎么樣的？

對于這個問題，首先需要明確的是重力的大小其實就是確定被鋸開的兩部分的中心位置，也就是鐵球中心位置，此外，再結合對稱性進行相關處理，可以將復雜的問題簡單化。

三、通過“對稱性”解決特殊碰撞類問題

碰撞類問題可以利用對稱性解決，當前，高中物理中碰撞類問題通常為彈性碰撞或非彈性碰撞兩種，但是，在物理綜合評價過程中，通常是綜合考察兩種碰撞問題。值得注意的是，在彈性碰撞問題當中，須牢記物體能量守恒及機械能守恒的規律。此外，特殊的彈性碰撞問題是彈性碰撞問題中的一種，通常情況下是一個質量較大的物體與一個質量較小的物體發生彈性碰撞，求解在這個碰撞過程中的入射角或反彈角度等。因此，我們可以通過“對稱性”對題干進行靈活處理，可以利用拋物運動的對稱性，對類似于上述的碰撞問題簡單化，以節省解題時間，提高解題效率。

四、結語

“對稱性”普遍存在于我們的生活當中，體現事物的對稱美和事物共存的和諧，在各類物理力學問題中，正是由于“對稱性”的存在，不同類型的問題可以通過補充、輔助作圖等形式，使問題符合對稱性，使原本復雜的問題簡單化，易懂化。高中物理教師需要積極發散學生思維，引導學生通過不同方法解題，提高學生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]單海華.探析“對稱性”在高中物理力學問題中的效用[J].中學物理，2014，14（21）：82-83.

[2]袁福昌.淺析高中物理力學問題中的對稱性[J].好家長，2014，29（48）：140-141.