高中物理力學(xué)問題分析中“對稱性”的運用研究

摘 要：在高中物理知識中，力學(xué)是重點和難點，也是升學(xué)考試當(dāng)中的重要考查對象，“對稱性”是一種邏輯性的技巧，運用在高中物理力學(xué)的教學(xué)當(dāng)中具有十分重要的意義，因此本文主要對高中物理力學(xué)問題分析中“對稱性”的運用進(jìn)行了研究，希望能夠提供一點參考價值。

關(guān)鍵詞：高中物理力學(xué);問題分析;對稱性

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及新課改的不斷深入，我國高中物理教育也得到了極大的發(fā)展，其中力學(xué)問題作為高中物理知識中的重點和難點，對學(xué)生造成的學(xué)習(xí)壓力是非常大的，而有效將“對稱性”這種邏輯技巧運用在高中物理力學(xué)的問題分析中，能夠在一定程度上將學(xué)生在力學(xué)方面的解題正確率提高，進(jìn)一步促進(jìn)我國物理教學(xué)的深入發(fā)展。

1.對稱性與高中物理知識之間存在的聯(lián)系

1.1對稱性的理論概述

理論來源于生活，在我們?nèi)粘５纳町?dāng)中，很容易能發(fā)現(xiàn)存在的對稱性，比如一些古老的建筑或者藝術(shù)展覽的畫廊，但是日常生活中的不對稱也有很多，這其中也蘊含了一定的美，二者相互凸顯。對稱性又被稱為鏡面對稱或者雙側(cè)對稱，其影響著多個學(xué)科的發(fā)展，比如物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科，在物理學(xué)當(dāng)中更是占據(jù)著核心的地位。

1.2高中物理知識中的對稱性

物理學(xué)當(dāng)中，對稱性導(dǎo)致了其問題的出現(xiàn)，并能對其進(jìn)行解決，如果積累的實踐的物理經(jīng)驗不能將相關(guān)的物理知識進(jìn)行解決時，就可以將某些對稱性的規(guī)律進(jìn)行運用，從而發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行解決，這個時候的對稱性理論就是一個基礎(chǔ)，能夠?qū)嶒灢牧现衅涞拇嬖谶M(jìn)行解釋，并能通過對實驗的材料進(jìn)行調(diào)整，從而將發(fā)現(xiàn)的對稱性的規(guī)律通過實驗進(jìn)行論證。比如開普勒在對行星的運動進(jìn)行觀察的時候發(fā)現(xiàn)了行星在運動的過程時的三條規(guī)律中具有一定的對稱性，其實特殊守恒定律就是第三定律，行星扇形速度守恒定律是第二定律。開普勒發(fā)現(xiàn)的規(guī)律性其實既不能歸入亞里士多德的宇宙觀的圖示當(dāng)中，同樣也不屬于哥白尼的圖示，因此后來的物理學(xué)家牛頓對開普勒的對稱性在一定的條件下進(jìn)行了解釋。

隨著物理學(xué)的自身發(fā)展對稱性的核心作用開始逐漸增強，以量子力學(xué)以及經(jīng)典的力學(xué)為例，其中所存在的問題都能使用對稱性的邏輯將其簡化，能解決更多復(fù)雜的問題。在某種程度上，對稱性已經(jīng)成為了物理學(xué)當(dāng)中重要的支柱，用其對物理的理論進(jìn)行探索，是最有效的辦法。

2.高中物理力學(xué)問題分析中對稱性的運用

2.1物體質(zhì)量的分布不均勻問題中的運用

根據(jù)相關(guān)的研究顯示，在高中的物理力學(xué)知識當(dāng)中，一般比較基礎(chǔ)或者簡單的題目，其舉例的物體對象都是具有對稱性的。這是因為物體具有對稱性，在進(jìn)行分析研究的過程中，可以將其進(jìn)行簡化，作為一種物體幾何中心的問題分析，能將更加抽象和繁瑣的物理知識變成相對比較簡單的數(shù)學(xué)問題，但是如果高中物理的知識中其物體不能第一次就根據(jù)對稱性進(jìn)行解決，則需要將其轉(zhuǎn)化成為對稱問題。比如在對重心位置求解的過程中，因為其不具備一定的對稱性，但是物體的質(zhì)量分布比較均勻，所以只需要將其進(jìn)行切割和互補之后，利用對稱性將問題進(jìn)行解決，這樣不僅能夠讓學(xué)生的解題思維更加清晰，節(jié)約了學(xué)生大量的解題時間，而且這種方法比較容易掌握，能很好的幫助學(xué)生提高其物理成績。

2.2拋體運動問題中的運用

在牛頓發(fā)現(xiàn)了地心引力之后，就可以解釋物體運動呈現(xiàn)曲線的狀態(tài)，在高中物理學(xué)科的曲線運動的相關(guān)知識當(dāng)中，拋體運動是非常重要的教學(xué)內(nèi)容。一般情況下拋體運動被分為平拋和斜拋，平拋比較容易理解，而斜拋對于高中生來講比較復(fù)雜，但是要想將斜拋的復(fù)雜知識簡單進(jìn)行解決，可以利用對稱性邏輯，將斜拋的運動進(jìn)行簡化，根據(jù)其最高點是呈現(xiàn)豎直的狀態(tài)，可以將其簡化成為兩個平拋之間的直線對稱。這樣就可以將所有復(fù)雜的斜拋運動有效轉(zhuǎn)化的平拋運動，然后再有效利用相關(guān)的力學(xué)規(guī)律知識對整個問題進(jìn)行求解，幫助學(xué)生更好的理解相關(guān)的物理知識。

2.3特殊類的碰撞問題中的應(yīng)用

在高中的物理學(xué)科當(dāng)中，彈性碰撞以及非彈性碰撞也是很主要的內(nèi)容，有效將對稱性運用在其中能夠幫助學(xué)生節(jié)約解題的時間，并且還能大大提高學(xué)生的解題質(zhì)量。比如在對小球碰墻壁這個知識進(jìn)行解答的時候，在傳統(tǒng)的教學(xué)中往往是要將小球運行的軌跡一一進(jìn)行求解，但是這個過程非常復(fù)雜，學(xué)生在解題的過程非常容易出錯，但是利用對稱性邏輯，把小球運動的軌跡當(dāng)作是平拋運動，其碰撞點就是平拋運動的頂點，這樣就能讓學(xué)生轉(zhuǎn)化自己解題的思維，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

3.結(jié)束語

對稱性邏輯存在于所有的物體和物理學(xué)的規(guī)律當(dāng)中，在高中物理力學(xué)問題中運用對稱性，能夠?qū)?fù)雜的力學(xué)問題進(jìn)行簡化，不斷提高學(xué)生解題的速度以及質(zhì)量，因此需要高中的物理老師認(rèn)識到在解決物理知識中運用對稱性的重要性，幫助學(xué)生對這一技巧進(jìn)行熟練的掌握，從而提高物理教學(xué)的質(zhì)量和效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：楊彩柱，男，江西九江，中教一級，大學(xué)本科，高中物理，江西省九江市柴桑區(qū)第一中學(xué)。