高中物理力學重點與難點分析

劉聯強

【摘要】本文從當下人教版高中教材當中力學部分知識的重難點出發，從分析物體受力狀況、牛頓運動定律、功與動率這三方面入手進行相關例題的分析，筆者希望謹以此文，給高中物理教育從業者提供一些有價值的幫助。

【關鍵詞】高中物理 力學 重難點

進行高中物理力學學習的目的是研究力和物體運動之間所產生的關系，當下，人教版高中物理教材將牛頓經典力學作為學習的基礎。接下來，筆者針對高中物理力學的重點與難點開展逐一分析。

一、分析物體的受力狀況

在高中物理力學章節學習過程當中，往往需要針對物體開展受力分析，在分析過程當中，經常需要將某一個物體從該系統中隔離出來，單獨分析該物體的受力狀況，并觀察該物體周邊被施加了何種力的作用。學生需要將全部力的意義畫在圖片之中，便于在解題的過程當中進行分析。此種方法名為隔離法，是在物理力學問題中分析物體受力狀況時所常用的一種辦法。需要注意的是，在使用隔離法回答相關的物理力學的問題時，不能增添、刪減實際存在的力，否則會給運算帶來誤差。一般來說，使用隔離法解決物理力學問題時，需要考慮到力應從以下角度進行分析：首先是重力，接下來觀察與物理相連的裝置有無彈性，即判定彈力是否存在，最后再看物體是否與粗糙面接觸，并且觀察是否存在相對運動的趨勢，判定是否有摩擦力的存在。

例如，如圖1所示，在某水平面上放置一個重力為200N的木質箱子，并且讓箱口朝下。在木質箱子當中，裝置有一個固定在水平面上的輕質彈簧，它的勁度系數k=2000牛/米。輕質彈簧把重量為15N的木塊頂到木質箱子內壁之中，即木塊與木箱之間相互接觸，在這個系統之中，彈簧長度被壓縮了0.02米，試分析木塊A受到了哪些方面的力？這些力的大小與方向分別是怎樣的？

分析：在解答這一個問題過程中，可以把木塊A進行隔離研究，從觀察中不難發現A受到的力有：重力G=15N；輕質彈簧對它有豎直向上的彈力F=kx=40N；在箱子頂部內壁對木塊施加了豎直向下的彈力N=F-G=25N；木塊沒有水平運動的趨勢，因此木塊A不會受到摩擦力的作用，因此木塊A的受力狀況如圖2所示。

在這個問題之中，需要注意的是如果木塊A的重量為40N，如果題中的其他條件沒有發生變化，則需要注意箱子頂部內壁不會對木塊產生彈力作用，即木塊會與箱子內壁接觸但不會進行擠壓。

二、牛頓經典力學定律

牛頓的力學定律是人教版高中物理教材當中所有力學開展的基礎，所以物理教師在開展相關教學活動的過程當中，應對該章節知識的學習表現出應有的重視。

使用牛頓第二定律與運動學相關公式進行力學問題回答時，必須要對研究對象進行判定，之后再針對研究對象進行受力狀況與運動狀況的分析，才可以使用牛頓第二定律與相應的運動學公式開展問題的解答。

例如，有一質量為2KG的物體被靜止擺放在水平桌面當中，此時使用兩個和水平桌面相互垂直且平行的力F1與F2作用于該物體之上，已知有F1為3N，F2為4N，物體同水平桌面之間的滑動摩擦系數μ=0.2，G取10米/秒2，則在經過該過程一秒以后，木塊在桌面上的運動速度與動量的大小分別是多少？

解析：將物體作為研究目標，該物體一共受到有5個力的作用，它們分別是重力G=mg=20N；水平桌面的支持力N=G=20N；垂直且平行的拉力F1與F2，F1為3N，F2為4N；最后就是摩擦力f=μN=4N，分析該物體所受外力的大小，在豎直方向當中，重力與支持力之間大小相等，方向相反，因此在水平方向上沒有加速度，則F1與F2之間的合力為F3，于是有F3=5N。分析可得該物體受到的和外力就是木塊在水平方向上的合力，即F合=1N。因此，木塊的加速度大小由F=ma即可求得a=0.5m/s2，在經過第一秒時，木塊的速度由v=at即可求得為0.5米每秒；動量由公式P=mv即可求得P為1千克米每秒。

三、功與功率

在進行物體做功計算的過程當中，常用的公式為W=Fscosa，其中a代表了力F和產生位移方向的夾角。教師在進行教學的過程當中需要注意，功是標量，即功只有大小沒有方向，所謂的功的正負只是代表了功的輸入或者輸出而已。若作用力的方向與位移的方向相同的狀況下，功率的計算公式為P=Fv。

例如，如圖3所示，有一質量是m的木塊以初速度v0由A點滑到一傾斜角度為ξ的固定斜塊，木塊再到達B點之后的速度降低為0，之后按照斜面原路返回，已知由A點到B點的長度為S，斜面對木塊產生的支持力為N，木塊所受到該斜面的摩擦力為f，求物體由A出發再返回到A的整個過程當中，重力、斜面對木塊的支持力、摩擦力分別都為木塊做了多少的功？

分析：重力做功不看過程只看最后位移，所以重力做功為0；又有支持力和同位移方向相互垂直，因此支持壓力也沒有對木塊做功；摩擦力做功為可以分為兩個步驟，即從A到B的過程當中，摩擦力對木塊的做功為w=fscos180=-fs；由B到A的過程當中，摩擦力做功為w=fscos180=-fs，因此摩擦力所做的總功為-2fs。

結束語：

筆者總結了在高中力學教學中常見的三個重難點知識，并闡述了相關的解題思路。不難發現，這些問題看似較為復雜，但是在經過系統分析之后，其實都能夠很簡單地回答。因此，教師在開展力學教學的過程中，需要指導學生對這一類問題進行強化訓練，不斷提高學生的解題水平。

參考文獻：

[1]李環生.高中力學重點、難點分析[J].物理教師，2012，Z1：3-7.