淺析高中物理力學中的對稱性

劉振華

（恩施土家族苗族自治州高級中學物理組，湖北 恩施 445000）

經濟社會的蓬勃發展以及物理技術在社會各領域中的廣泛運用，都提高了人們對物理教育事業的重視程度。而高中學生物理成績的高低，則直接影響了高中學生的高考成績，對高中學生未來發展都產生了深遠影響。高中物理涉及人們工作生活的方方面面，物理問題更是包羅萬象，應用范圍特別廣泛。常見的高中物理學問題主要包括物理力學、牛頓定律、曲線運動等，雖然這些物理學問題看似比較簡單，彼此之間毫無任何關聯性，但是每一個物理學問題的解決都必然會用到其他的物理學知識，對高中學生物理學理論知識的實踐運用能力以及靈活變通能力的要求較高。

一、分析對稱性在高中物理力學問題研究中的積極作用

高中素質教育以及新課程標準改革的大背景下，高中物理學科的教學模式、教學理念以及教學目標都發生了巨大的變化，在要求高中學生掌握更多物理專業理論知識的基礎上，更加重視高中學生物理素養以及物理實踐能力的培養。一直以來，力學部分都是高中物理教學的重點內容，也是高中學生學習物理知識的難點，但是因力學問題在高中物理教學內容中所占比例較大，是高考物理的必考知識點之一，因此，高中學生必須充分認識到學習物理力學相關知識的重要性，并做好力學知識的學習難度較大的心理準備，正確并合理利用對稱性的方法和思路來解決物理力學問題，有利于降低高中物理力學知識的學習難度和提高學生順利解答力學問題的幾率。

二、對稱性在高中物理力學問題研究中的運用

（一）對稱性在高中物理力學物體質量問題中的合理使用

高中物理學習過程中，學生經常會遇到各種尋找物體重心的問題，如果問題題目中所提及物體的密度一定和質量均勻、形狀也比較規則，那么這道求物體重心的題目就比較簡單了，答案也比較清晰準確了，基本可以斷定物體的幾何中心就是該物體重心所在的位置。但是，如果該物體屬于不規則、不對稱徒刑，那么即使該物體密度不變，那么，該物體的幾何中心和重心不可能重疊，這時，就需要學生利用對稱性的方法來層層剝繭的計算和尋找物體的重心。例如，質量分布均勻的圓形鐵棒，若根據鐵棒重心的位置并與圓形鐵棒的中軸線向垂直的方向，可以利用專門的工具將鐵棒一分為二，成為兩個一樣粗細長短的鐵棒，那么，這兩個鐵棒的重力是多少？基本上所有的學生都知道想要計算兩個鐵棒的重力就需要明確兩個鐵棒的重心所在的位置，學生因物理知識以及能力有限，很少甚至不可能在短時間內憑借肉眼來確認這兩個鐵棒的重心，這時，高中物理老師可以讓學生反復讀問題的題目，并根據問題的題目來畫出相應的圖形，利用一邊切割一邊填補的方式來將該問題轉化為對稱性問題，不僅可以降低物理問題的解答難度，還可以提高學生找出問題答案的效率。

（二）對稱性在高中物理力學特殊碰撞問題中的合理運用

高中物理學中的碰撞問題可以簡答理解為不同的物體或者粒子以不同的速度和狀態進行的碰撞，進而產生相互作用力。根據高中物理學相關定律可以知道，不同物體發生碰撞時，會產生能量的轉移，可以根據能量轉移的方式將碰撞劃分為彈性碰撞和非彈性碰撞兩大類型。彈性碰撞過程中，不同物體系統內部的動能并沒有因為碰撞而產生任何細微的變化，也就是說發生彈性碰撞的物體系統內部的動能并沒有轉化成為別的能量，而非彈性碰撞則與彈性碰撞有著很大的差異性和區別性，發生非彈性碰撞物體系統內部的動能總量發生了變化，大多數情況下，該物體系統內的動能會減少，減少部分會轉化為其他形式的內容，進而導致該物體系統內部的能量總數發生改變。除此之外，還存在一種發生幾率較小的比較特殊的碰撞類型，如果學生根據小球運動軌跡來尋找問題答案，會在無形之中增加問題解答的難度，但是，如果學生掌握對稱性相關知識并利用對稱性來解決該問題，那么這個問題就會變得簡單。比如，水平方向的一個比較有彈性的紅色小球被拋向前方光滑平整的墻面，小球被拋出位置o與水平面的實際距離是h，與墻壁之間的距離是s，紅色小球與墻面的碰撞只是一瞬間的事情，紅色小球在碰到墻面時的動能并沒有減少，在兩者發生碰撞之后，紅色小球掉落在了離墻面有2s距離遠的地方，求解紅色小球被拋出時的原始速度。在該力學問題中，如果學生按照紅色小球實際的運用軌跡來推算的化，推算步驟較長，會在無形之中增加學生解答這道問題的時間，這時，學生可以換個角度和換一種解決方式，利用對稱性的基本原則來將問題轉化為平拋運動，畢竟小球雨墻面發生碰撞的時間特別短，加之，小球從始至終的動能既沒有減少又沒有增加，兩者在發生碰撞之后，紅色小球的運動速度并沒有絲毫的變化，因此，可以將紅色小球被拋出到落地的運動歸納為物體連續性的自由落體運動，從而根據相關的計算公式來得出。

結束語

高中物理力學問題中對稱性的靈活運用可以降低問題的難度，提高學生成功解答問題的幾率。因而，高中物理老師應積極主動的傳授學生關于對稱性解題方法的相關知識，幫助學生提高對稱性解題方法的熟練使用程度，將原本復雜難懂的問題轉化為簡單具體的問題，實現高中生物理成績的提高以及高中物理教育事業的發展。