淺論力學在高中物理中的重要性

季海建

(江蘇省如東縣馬塘中學 226401)

高中物理是一門與自然學科相聯系的學科，而力學是高中物理的重要內容，一切物體都受到力的作用，在不同的力的作用之下，物體將呈現出不同的運動狀態，如：靜止、勻速運動、勻變速運動等.因此，學習力學的基礎在于學會受力分析，包括力的類型、大小、方向等.本文將從以下幾個實驗分析力學在高中物理中的重要性.

一、力的平行四邊形定則實驗

力的平行四邊形定則實驗采用的是等效法，其目的在于驗證將兩個互成一定角度的力合成時，是否遵循平行四邊形定則，從而培養學生在處理力學問題時使用作圖法的能力.實驗過程如下：

1.如圖1所示，首先用兩只彈簧測力計成一定角度地拉橡皮筋，并標記其結點位置為O，記錄兩只彈簧測力計的位置、示數，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平行四邊形；

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

3.重復實驗，改變兩個彈簧測力計的大小的夾角和大小.

分析實驗結果可知，力的合成是遵循平行四邊形定則的，當然或許會存在一定的誤差.由此可進一步推導出：若兩個力方向相同，即夾角為θ，則其合力大小為兩個力之和，方向與這兩個力的方向一致；若兩個力方向相反，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.在解題過程中，對于受力情況復雜的物體來說，需要根據題干信息認真、仔細地畫出每個力的方向和大小，然后再進行力的合成，這樣才能使解題思路變得明晰.

二、牛頓運動定律的驗證

著名物理學家牛頓在運動學上總結了牛頓三大定律，從牛頓的三大定律中可以看出力與運動之間的關系，也由此可見力學在高中物理中的重要性.經典的牛頓定律驗證實驗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動，帶動紙帶的運動，從而使打點計時器在紙帶上打下一排具有相同時間間隔t的點，結合點之間的間隔距離，可求出小車運動的加速度a.最后用圖像法可得出加速度與作用力之間的關系，牛頓第二定律得以驗證.

實驗采用了一個重要的物理實驗方法，即控制變量法，其核心在于實驗過程中只改變一個有效變量，而讓其他變量保持不變，避免影響實驗結果的正確性，同時也可以減小實驗誤差.實驗環節中，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，從而影響實驗結果.如圖3所示，圖3(a)中三條線表示實驗中小車的質量不同，圖3(b)中的線由于平衡摩擦力過度而沒有過原點.

三、機械能守恒定律的驗證

所謂機械能守恒定律，是指物體在運動的過程中機械能總量恒定不變，其獲得的能量與消耗的能量相等.探究機械能守恒定律的實驗是基于自由落體運動，在這個過程中物體只受重力作用，只有重力對其做功，于是，將重力勢能轉化為動能，驗證機械能的守恒.實驗裝置如圖4所示.

實驗所用的重物的質量是不需要測量的，但為了使實驗效果不受到阻力的影響，減小實驗誤差，最好使用較重的物體.其次，需要處理打點計時器打在紙帶上的點的數據，求出重錘下落的瞬時速度v，本文通過驗證牛頓定律與接下能守恒定律的實驗，說明是力的作用能改變物體的運動狀態，證實了力學在高中物理學科的重要地位，而受力分析是解決力學問題的關鍵之處.在解題過程中，恰當地使用力的合成能有效綜合物體所受的力.高中生需要通過大量的訓練來掌握一定的技巧，具體情況具體分析，形成嚴謹而活躍的思維模式，切忌用固定的思維模式解題，從而提高對物理知識的理解、分析能力.

教師可組織學生親自動手操作，以加深學生對實驗過程的理解，特別是其中的一些注意事項，如平衡摩擦力等.總而言之，高中物理知識較為抽象難懂，而力學部分將整個物理知識體系串聯在一起，因此，學好力學對于學好物理十分重要.

[1]劉弘燦.如何利用兩個力學守恒定律解決實際問題[J].中國高新區,2017(22):77.

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