淺論力學(xué)在高中物理中的重要性

季海建

(江蘇省如東縣馬塘中學(xué) 226401)

高中物理是一門與自然學(xué)科相聯(lián)系的學(xué)科，而力學(xué)是高中物理的重要內(nèi)容，一切物體都受到力的作用，在不同的力的作用之下，物體將呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如：靜止、勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速運(yùn)動(dòng)等.因此，學(xué)習(xí)力學(xué)的基礎(chǔ)在于學(xué)會(huì)受力分析，包括力的類型、大小、方向等.本文將從以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)分析力學(xué)在高中物理中的重要性.

一、力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)

力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)采用的是等效法，其目的在于驗(yàn)證將兩個(gè)互成一定角度的力合成時(shí)，是否遵循平行四邊形定則，從而培養(yǎng)學(xué)生在處理力學(xué)問(wèn)題時(shí)使用作圖法的能力.實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

1.如圖1所示，首先用兩只彈簧測(cè)力計(jì)成一定角度地拉橡皮筋，并標(biāo)記其結(jié)點(diǎn)位置為O，記錄兩只彈簧測(cè)力計(jì)的位置、示數(shù)，即為力F1、F2的方向及大小；然后，以力F1、F2的方向和大小為鄰邊作一個(gè)平行四邊形；

2.用另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋，使其結(jié)點(diǎn)恰好落在與上一步相同的O點(diǎn)，記錄彈簧測(cè)力計(jì)F3的方向及大小如圖1所示；

3.重復(fù)實(shí)驗(yàn)，改變兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的大小的夾角和大小.

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，力的合成是遵循平行四邊形定則的，當(dāng)然或許會(huì)存在一定的誤差.由此可進(jìn)一步推導(dǎo)出：若兩個(gè)力方向相同，即夾角為θ，則其合力大小為兩個(gè)力之和，方向與這兩個(gè)力的方向一致；若兩個(gè)力方向相反，即夾角為180°，則合力的大小為兩力之差，方向與較大的力的方向一致.在解題過(guò)程中，對(duì)于受力情況復(fù)雜的物體來(lái)說(shuō)，需要根據(jù)題干信息認(rèn)真、仔細(xì)地畫(huà)出每個(gè)力的方向和大小，然后再進(jìn)行力的合成，這樣才能使解題思路變得明晰.

二、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的驗(yàn)證

著名物理學(xué)家牛頓在運(yùn)動(dòng)學(xué)上總結(jié)了牛頓三大定律，從牛頓的三大定律中可以看出力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，也由此可見(jiàn)力學(xué)在高中物理中的重要性.經(jīng)典的牛頓定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是采用控制變量法求小車在力的作用下的加速度.

如圖2所示，小車受到砝碼的拉力而向左做勻加速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)紙帶的運(yùn)動(dòng)，從而使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一排具有相同時(shí)間間隔t的點(diǎn)，結(jié)合點(diǎn)之間的間隔距離，可求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a.最后用圖像法可得出加速度與作用力之間的關(guān)系，牛頓第二定律得以驗(yàn)證.

實(shí)驗(yàn)采用了一個(gè)重要的物理實(shí)驗(yàn)方法，即控制變量法，其核心在于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只改變一個(gè)有效變量，而讓其他變量保持不變，避免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性，同時(shí)也可以減小實(shí)驗(yàn)誤差.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，平衡摩擦力同樣十分重要，摩擦力的存在將直接影響到小車的受力大小，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果.如圖3所示，圖3(a)中三條線表示實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量不同，圖3(b)中的線由于平衡摩擦力過(guò)度而沒(méi)有過(guò)原點(diǎn).

三、機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證

所謂機(jī)械能守恒定律，是指物體在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能總量恒定不變，其獲得的能量與消耗的能量相等.探究機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)是基于自由落體運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中物體只受重力作用，只有重力對(duì)其做功，于是，將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驗(yàn)證機(jī)械能的守恒.實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示.

實(shí)驗(yàn)所用的重物的質(zhì)量是不需要測(cè)量的，但為了使實(shí)驗(yàn)效果不受到阻力的影響，減小實(shí)驗(yàn)誤差，最好使用較重的物體.其次，需要處理打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的數(shù)據(jù)，求出重錘下落的瞬時(shí)速度v，本文通過(guò)驗(yàn)證牛頓定律與接下能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明是力的作用能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，證實(shí)了力學(xué)在高中物理學(xué)科的重要地位，而受力分析是解決力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵之處.在解題過(guò)程中，恰當(dāng)?shù)厥褂昧Φ暮铣赡苡行ЬC合物體所受的力.高中生需要通過(guò)大量的訓(xùn)練來(lái)掌握一定的技巧，具體情況具體分析，形成嚴(yán)謹(jǐn)而活躍的思維模式，切忌用固定的思維模式解題，從而提高對(duì)物理知識(shí)的理解、分析能力.

教師可組織學(xué)生親自動(dòng)手操作，以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解，特別是其中的一些注意事項(xiàng)，如平衡摩擦力等.總而言之，高中物理知識(shí)較為抽象難懂，而力學(xué)部分將整個(gè)物理知識(shí)體系串聯(lián)在一起，因此，學(xué)好力學(xué)對(duì)于學(xué)好物理十分重要.

[1]劉弘燦.如何利用兩個(gè)力學(xué)守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題[J].中國(guó)高新區(qū),2017(22):77.

[2]耿欣寧.高中物理力學(xué)題受力分析解題反思[J].中華少年,2017(34):203.