高中物理力学问题中对称性的应用研究

李明全

【摘    要】经济社会下物理技术在社会各领域中的广泛运用，都提高了人们对物理教育事业的重视程度。而高中学生物理成绩的高低，则直接影响了高中学生的高考成绩，对高中学生未来发展都产生了深远影响。高中物理涉及人们工作生活的方方面面，物理问题更是包罗万象，应用范围特别广泛。常见的高中物理学问题主要包括物理力学、牛顿定律、曲线运动等，虽然这些物理学问题看似比较简单，彼此之间毫无任何关联性，但是每一个物理学问题的解决都必然会用到其他的物理学知识，对高中学生物理学理论知识的实践运用能力以及灵活变通能力的要求较高。

【关键词】高中物理  力学问题  对称性  应用研究

中图分类号：G4      文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.01.130

高中物理力学问题不仅是整个物理课程的学习重点，更是高考过程中的核心要点。因此，为了让学生可以更好的掌握物理知识规律，进一步提高学生的物理解题能力，教师应重视培养学生掌握物理对称性的解题技巧方法，这样有利于学生物理思维水平和解题效率的发展及提升。本文以下主要对高中物理力学对称性解题方法进行了分析探讨，并从抛体运动与物体质量等方面，提出了对称性在物理力学解题中的应用策略。

一、分析对称性在高中物理力学问题研究中的积极作用

高中素质教育以及新课程标准改革的大背景下，高中物理学科的教学模式、教学理念以及教学目标都发生了巨大的变化，在要求高中学生掌握更多物理专业理论知识的基础上，更加重视高中学生物理素养以及物理实践能力的培养。一直以来，力学部分都是高中物理教学的重点内容，也是高中学生学习物理知识的难点，但是因力学问题在高中物理教学内容中所占比例较大，是高考物理的必考知识点之一，因此，高中学生必须充分认识到学习物理力学相关知识的重要性，并做好力学知识的学习难度较大的心理准备，正确并合理利用对称性的方法和思路来解决物理力学问题，有利于降低高中物理力学知识的学习难度和提高学生顺利解答力学问题的几率。

二、优化措施分析

（一）物理力学中特殊碰撞问题的对称性应用

物理学碰撞现象是两个物体或粒子之间的相互作用，依据物体能量转移方式，物体会出现弹性与非弹性两种形式的碰撞现象，弹性碰撞必要条件为动能不会转换成为任何形式的能量，而动能在系统碰撞前后都不会出现变化，非弹性碰撞是系统的一些动能形成其他内能，导致整体动能无法守恒。以往物理试题中两个物体会构成系统问题。例如，将弹性球以初速度直线抛向光滑直角的墙壁，弹性球抛出距离水平面高度h距离墙壁x的m点，求出水平初速度？在对问题进行解析的过程中，经过详细阅读题目得知，题目为特殊碰撞，若按弹性球实际运动轨迹解答题目，会导致运算过程非常复杂，不仅解题效率低耗费时间长，最终也难以确保解题结果的准确性。教师这时指导学生采取对称性方法解答，问题就成为了单纯的平抛运动，弹性球对称性运动轨迹为m-n，实际运动轨迹为m-n，弹性球即将回落水平面n点时，在对称墙壁的情况下n，将后期数学运算过程进行了简化，提高解题效率的同时，有效节约了解题时间。

（二）对称性在高中物理力学特殊碰撞问题中的合理运用

高中物理学中的碰撞问题可以简答理解为不同的物体或者粒子以不同的速度和状态进行的碰撞，进而产生相互作用力。根据高中物理学相关定律可以知道，不同物体发生碰撞时，会产生能量的转移，可以根据能量转移的方式将碰撞划分为弹性碰撞和非弹性碰撞两大类型。弹性碰撞过程中，不同物体系统内部的动能并没有因为碰撞而产生任何细微的变化，也就是说发生弹性碰撞的物体系统内部的动能并没有转化成为别的能量，而非弹性碰撞则与弹性碰撞有着很大的差异性和区别性，发生非弹性碰撞物体系统内部的动能总量发生了变化，大多数情况下，该物体系统内的动能会减少，减少部分会转化为其他形式的内容，进而导致该物体系统内部的能量总数发生改变。除此之外，还存在一种发生几率较小的比较特殊的碰撞类型，如果学生根据小球运动轨迹来寻找问题答案，会在无形之中增加问题解答的难度，但是，如果学生掌握对称性相关知识并利用对称性来解决该问题，那么这个问题就会变得简单。比如，水平方向的一个比较有弹性的红色小球被抛向前方光滑平整的墙面，小球被抛出位置o与水平面的实际距离是h，与墙壁之间的距离是s，红色小球与墙面的碰撞只是一瞬间的事情，红色小球在碰到墙面时的动能并没有减少，在两者发生碰撞之后，红色小球掉落在了离墙面有2s距离远的地方，求解红色小球被抛出时的原始速度。在该力学问题中，如果学生按照红色小球实际的运用轨迹来推算的化，推算步骤较长，会在无形之中增加学生解答这道问题的时间，这时，学生可以换个角度和换一种解决方式，利用对称性的基本原则来将问题转化为平抛运动，毕竟小球与墙面发生碰撞的时间特别短，加之，小球从始至终的动能既没有减少又没有增加，两者在发生碰撞之后，红色小球的运动速度并没有丝毫的变化，因此，可以将红色小球被抛出到落地的运动归纳为物体连续性的自由落体运动，从而根据相关的计算公式来得出小球被抛出时的速度。

三、结语

高中物理力学问题中对称性的灵活运用可以降低问题的难度，提高学生成功解答问题的几率。因而，高中物理老師应积极主动的传授学生关于对称性解题方法的相关知识，帮助学生提高对称性解题方法的熟练使用程度，将原本复杂难懂的问题转化为简单具体的问题，实现高中生物理成绩的提高以及高中物理教育事业的发展。

参考文献

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