高中物理力學(xué)模型及解題策略

裴承仁

【內(nèi)容摘要】物理是一門較難學(xué)習(xí)的課程，而物理力學(xué)的教學(xué)則是物理教學(xué)中非常難的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)的過程中會感覺到高中物理力學(xué)的題目較難，會產(chǎn)生思路不清等多種解題問題，針對這些情況教師應(yīng)當(dāng)善于利用物理力學(xué)模型對學(xué)生進(jìn)行力學(xué)教學(xué)工作，本文將針對多種物理力學(xué)模式及解題策略做出分析。

【關(guān)鍵詞】物理力學(xué)力學(xué)模型構(gòu)建解題策略

本文將針對物理中力學(xué)進(jìn)行總結(jié)，之后對物理力學(xué)模型的構(gòu)建與解題思路做出分析，提高教師教學(xué)的質(zhì)量。

一、物理力學(xué)

高中物理力學(xué)有許多分支，下面將針對高中物理題目中常出現(xiàn)的力學(xué)類型進(jìn)行分析，高中階段學(xué)習(xí)“力”最基礎(chǔ)最重要的課成為力的本質(zhì)，力的本質(zhì)是指“力是物體對物體的作用”，學(xué)生通過力的本質(zhì)便可以了解道理的基本構(gòu)成，在生活中常見到的力例如摩擦力、彈力、受力都是學(xué)生在生活中經(jīng)常遇到的物理力學(xué)現(xiàn)象，力在產(chǎn)生過程中會產(chǎn)生一定的合力，并且根據(jù)受力的不同，力還能受到分力的影響，這種力的合成與分力現(xiàn)象被稱之為“力的合成與分解”，在了解了力的構(gòu)成之后，學(xué)生便可以利用所學(xué)力學(xué)的知識對物體的運動進(jìn)行分析，物體的運動也是由于力的作用所形成的，所以物體的運動又被稱作是機(jī)械運動，在機(jī)械運動中會產(chǎn)生多種分支概念，例如最簡單的直線勻速運動，而變速直線運動、瞬時速度都是機(jī)械運動中較為難以理解的概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)解題過程中容易出現(xiàn)錯誤[1]。同時由于生活中所有物體均受到重力的影響，便衍生出了經(jīng)典力學(xué)既牛頓三大定律，牛頓的三大定律主要是講述了物體受到重力影響會產(chǎn)生一定的慣性，還會受到重力的影響從而改變了物體的運動狀態(tài)，然而中立是一種看不見摸不著得力所以重力的研究也成了一種抽象的思維方法，運用牛頓第一定律能夠解決自然界中的力學(xué)現(xiàn)象，是物理學(xué)習(xí)中最重要的課程，簡而言之牛頓三大定律中，第一定律是對物體運動狀態(tài)改變的分析，第二定律則是加速度的問題，第三定律是說明了物體間的相互作用問題，了解到這三大力學(xué)定律之后學(xué)生便可以有的放矢地進(jìn)行物理力學(xué)題目的解答。在初步了解牛頓定律之后，牛頓的定律就成為而一種規(guī)律，人們可以利用牛頓定律解決生活中的一些實際問題，所以產(chǎn)生了機(jī)械能的概念，機(jī)械能可以將一種能量轉(zhuǎn)化成另一種能量，在這個過程中能量總體保持不變，被稱為能量守恒定律，能量守恒定律又能夠分為功和功率，動能和動能定理等多種問題，這些物理問題總體構(gòu)成了高中物理體系中關(guān)于力的所有知識概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要有一條明確的學(xué)習(xí)線路，讓學(xué)生對力的組成研究與發(fā)展形成一定的概念，進(jìn)而提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)水平。

二、物理模型構(gòu)建

通過前文高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析可以得知，力學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，且計算公式多變，一些學(xué)生在解題過程中難免會遇到各種難題，這就要求教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)改善自身教學(xué)方式，利用物理力學(xué)模型，為學(xué)生提供一定的解題思路，下面將針對高中物理力學(xué)魔性的構(gòu)建做出探究。

1.物理模型構(gòu)建概念

物理模型構(gòu)建其實是一種尋找例題，為學(xué)生尋找解題思路的一種方式。物理力學(xué)模型分為很多種，根據(jù)前文的研究可以得知，物理力學(xué)又分為牛頓三大定律、能量守恒定律等多種力學(xué)分項，一些學(xué)生在物理解題過程中并非沒有熟練地掌握運算方式，而是缺乏一定的物理學(xué)思路，產(chǎn)生不知道該用何種解題方式解決物理學(xué)問題的情況，教師利用物理模型為學(xué)生進(jìn)行教學(xué)的目的就是為了提高學(xué)生的物理解題思路，使學(xué)生在面對任何問題時都能夠游刃有余，下面將針對一些物理學(xué)中的力學(xué)模型進(jìn)行分析。

2.力與運動的模型建立

力與運動是一種較為基礎(chǔ)的物理力學(xué)題目，例如小車在小斜坡上滑動過程中小車的受力情況分析。類似于這類型題目其物理模型已經(jīng)被基本確定下來，通過前文的分析得知牛頓第二定律便是研究物體受力改變運動狀態(tài)的定律，所以對此類要求分析受力物體改變運動狀態(tài)的題目，教師要要求學(xué)生采用牛頓第二定律的解題思路去解決題目，分析出物體在運動過程中會收到什么樣的力影響，在產(chǎn)生力的過程中物體會進(jìn)行怎樣的運動，在運動過程中物體還會受到什么樣的力，通過多重問題的分析，最終讓學(xué)生掌握牛頓第二定律的基本概念，并熟練掌握解題方式。若題目中的物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么便可以得知物體受到的合力為0，即物體沒有產(chǎn)生加速度，若物體的平衡狀態(tài)被打破，學(xué)生則可以得知物體產(chǎn)生的加速度，便可以利用加速度的公式去求得物體運動過程中的受力，對題目做出準(zhǔn)確的判斷與分析。

3.基本力模型構(gòu)建

物理中常見的力主要有三種，第一種為重力，第二種為彈力，第三種為摩擦力這三種是物理力學(xué)題目中最常見的三種類型。對于重力而言，學(xué)生應(yīng)當(dāng)了解到所有物體都會受到重力的影響，重力是垂直向下的一種力，學(xué)生在解題過程中首先要對物體所受到的重力作出受力分析，通過重力分析可以得知，重力做功與路徑?jīng)]有關(guān)聯(lián)，并且重力做功能夠改變物體的重力勢能。對于彈力而言，彈力產(chǎn)生的條件較為復(fù)雜，彈力的產(chǎn)生需要物體與物體的接觸，從而導(dǎo)致物體發(fā)生彈性形變，在簡歷彈力模型的過程中，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生找到彈力產(chǎn)生的基礎(chǔ)，確定物體與物體接觸發(fā)生彈力的點，分析點與面、面與面之間的受力關(guān)系，所以在為學(xué)生建立彈力模型的過程中教師應(yīng)當(dāng)針對彈力接觸面積進(jìn)行細(xì)致講解[2]。摩擦力是這三類受力分析中最常見的物理力學(xué)題目，在教學(xué)過程中教師應(yīng)當(dāng)從摩擦力產(chǎn)生的原因出發(fā)為學(xué)生建立物理學(xué)模型，摩擦力物理學(xué)模型在建立與教學(xué)的過程中，教師應(yīng)當(dāng)對摩擦力產(chǎn)生的所有接觸面進(jìn)行講述，讓學(xué)生明確摩擦力產(chǎn)生的原因。

4.物理學(xué)模型建立方式

物理學(xué)模型的建立是為學(xué)生找尋一定的解題思路而產(chǎn)生的，所以教師在為學(xué)生建立物理學(xué)模型的過程中，應(yīng)當(dāng)首先為學(xué)生理順一些解題思路，培養(yǎng)學(xué)生順?biāo)季S逐步解題的方式，在此基礎(chǔ)上還要為學(xué)生分析逆向思維解題思路，培養(yǎng)學(xué)生的解題能力，之后運用合適的物理學(xué)定理解決高中物理力學(xué)難題，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)成績。

三、解題策略

在高中物理力學(xué)模型構(gòu)建思路明晰之后，下面將針對具體的解題方式進(jìn)行探究，提高學(xué)生對于物理力學(xué)的解題質(zhì)量。

1.動能重力勢能分析

動能與重力勢能解題過程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)靈活掌握能量守恒定律與牛頓第二定律的應(yīng)用規(guī)律，結(jié)合前文中的分析，下面給出兩道與動能與重力勢能相關(guān)的物理力學(xué)題目。在一個質(zhì)量為10kg的物體從80m高處自由落下，空氣阻力不計，求在下列狀態(tài)時它的動能、重力勢能以及動能與重力勢能的和。

（1）開始下落時;（2）下落2s末時;（3）到達(dá)地面時。此題便對應(yīng)了前文中力與運動的模型構(gòu)建思路，學(xué)生遇到這類型題目時腦海中應(yīng)當(dāng)首先浮現(xiàn)出牛頓第二定律的內(nèi)容，物體在剛開始下落的過程中，其速度為0也可以理解為物體的動能在下落剛開始的過程中為0勢能為Ep=mgh=8000J，在下落2s時物體的速度v=10×2=20m/s多以動能Ek=1/2mv2=2000J由機(jī)械能守恒可知此時勢能Ep=8000-2000=6000J當(dāng)物體到達(dá)地面時其勢能Ep=0動能Ek=8000J由于機(jī)械能守恒，任意時刻兩者之和均為8000J。通過這道題的分析可以完全地體現(xiàn)出能量守恒定律，并且靈活地運用了牛頓第二定律的解題思路。第二道題目為重物P放在一個長木板OA上，OA距離為1m，在A作用一個始終垂直于OA的力使OA緩慢繞O端沿逆時針轉(zhuǎn)過30°，在該過程中，重物P相對于木板始終保持靜止[4]。求此過程上，力F、木板對物體的摩擦力分別做多少功。在該過程中，學(xué)生3當(dāng)首先對物體進(jìn)行受力分析，分析表明重物受到三個力，即重力，力F、木板對物體的摩擦力，而且力F、木板對物體的摩擦力都是變力。重力G做功W1與高度有關(guān)，h=0.5，W1=0.5G，所以為負(fù)功。因為力F始終垂直于OA，力的方向在發(fā)生變化，大小不變。30°所對的弧長是pai/3，pai=3.14力F做功W2=Fpai/3，所以是正功。根據(jù)動能定理，動能的改變量為0，所以這三個力做的總功為0，木板對物體的摩擦力做的功w3=-（w1+w2）。通過上述兩到問題可以得知，熟練地運用牛頓第二定律與能量守恒定律能夠幫助學(xué)生完成受力分析，并有效地解答題目，提高了學(xué)生解題的正確性。

2.彈力物理題目分析

四個完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小均為F的拉力作用，而左端的情況則各不相同：（1）彈簧的左端固定在墻上;（2）彈簧的左端受大小也為F的拉力作用;（3）彈簧的左端拴一小物塊，在光滑水平桌面上滑動，彈簧的左端拴一小物塊，物塊在粗糙的水平桌面上滑動.若彈簧的質(zhì)量都可忽略不計，以L1，L2，L3，L4依次表示四條彈簧的伸長量，則有（）A.L2>L1B.L4>L3C.L1>L3D.L2=L4，這是一道較為典型的彈力問題，教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)首先為學(xué)生分析彈簧受力的點與受力的面，題目的正確答案為L1=L2=L3=L4，面對這道題目講解的過程中，教師可以分情況對題目進(jìn)行分析，情況1：彈簧左右兩端都受到拉力F作用。伸長量L=F/K，情況2：與1相似，彈簧左右兩端都受到拉力F作用。伸長量L=F/K，情況3：物塊受到的摩擦力大小為0，F(xiàn)拉著物體以F/m的加速度運動。彈簧不伸長，情況4：彈簧的伸長量最大不超過F/K。當(dāng)物塊做勻速運動時，伸長量最大，否則伸長量小于F/K，所以L1=L2≥L4>L3。但是在解題過程中可以忽略掉彈簧的質(zhì)量，所以彈簧兩端收到的都為平衡力，也就是合力將是彈簧產(chǎn)生加速度的原因，ΔF=ma，因為m=0，所以ΔF=0，所以兩邊必定是大小相等方向相反的兩個力，也就是說四種情況是一致的，所以答案是L1=L2=L3=L4[4]。

結(jié)語

通過高中物理力學(xué)模型及解題策略分析可以得知，教師在構(gòu)建物理力學(xué)模型之前需要對物理學(xué)中力學(xué)的發(fā)展模式與力學(xué)的分類進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)過后為學(xué)生建立起良好的物理學(xué)模型，利用物理學(xué)模型帶領(lǐng)學(xué)生找到物理力學(xué)題目的解題思路，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐立勇.高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)策略及解題技巧[J].新課程·中學(xué)，2019（9）：76.

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[3]華士程.高中物理力學(xué)問題解題能力的策略探討[J].新教育時代電子雜志（教師版），2018（5）：105.

[4]邵嫣然.關(guān)于高中物理力學(xué)解題中整體法的分析策略[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（5）：117.

【本文是甘肅省十三五規(guī)劃一般性課題，課題名稱：《基于深度學(xué)習(xí)理念的以物理模型群方式培養(yǎng)高階思維在高中物理力學(xué)中的應(yīng)用探究》，課題編號：GS〔2020〕GHB2275。】

（作者單位：甘肅省玉門市第一中學(xué)）