簡議高中物理力學問題中對稱性的應用研究

楊鐘貞

摘? 要：近年來，新高考改革與核心素養逐漸推進落地，要求學校擴大高中生發展與選擇道路，深刻認識學生未來成長成才與高中階段文化教育的密切聯系。目前國內多數高中院校選用文理分科教學模式，理工學科例如數學、物理、化學與生物主要考察鍛煉學生的分析理解與思維發散能力。尤其物理學科知識點寬泛，與現實生活聯系較廣且學生接觸學習較晚，是高中理科教育與學習的一項重要挑戰。本文選取高中物理的重要組成部分，即力學問題展開敘述，主要研究高中物理力學問題中對稱性思維的應用教學。

關鍵詞：高中物理;力學;對稱性;研究應用

理工學科例如數學、物理、化學與生物主要考察、鍛煉學生的分析理解與思維發散能力。尤其物理學科知識點寬泛，與現實生活聯系較廣且學生接觸學習較晚，是高中理科教育與學習的一項重要挑戰。學好物理十分重要。對于高中生的最終目標即高考成績來說，物理考試作為理科綜合試卷的重要組成，相較于化學和生物都有著更高的分數占比。培養高中生應用對稱性思維解決物理問題，有利于減少學生學習物理時一昧記公式、記概念的不當學習方法，有利于學生深刻理解物理學中各種運動力學問題的解決思路。因此，本文對高中物理力學問題對稱性的應用與研究十分有必要且有意義。

一、對稱性思維在高中物理力學問題中的應用必要性

物理學科知識點寬泛，與現實生活聯系較廣且學生接觸學習較晚。一直以來，學好教好物理學，都是高中理科教育與學習面對的一項重要挑戰。筆者結合近年來高中物理教學經歷及與學生關于物理學習的各種交流發現，多數學生不擅長物理學習，未能掌握物理學習的正確方法。這部分學生學習物理只是通過對物理公式的死記硬背甚至是對所見題型的印象及記憶來試圖解決物理問題，結果往往不能如人所愿。高中階段的物理知識考察有難有易，容易的物理問題學生通過物理公式的套用及淺層理解就能解決，但對于一些考察物理公式來源、物理定律的理解、常見物理問題的延伸等題型則被學生普遍反映“太難，不會做或總是做錯”。實際上，這種問題的產生原因，主要是高中學生在學習物理學時缺乏對稱性思維，這種思維的缺乏不僅是因為部分學生的學習模式固化，也與教師教學缺乏思維誘導式培養有關。只有真正實現高中物理教師培養學生在物理學習中運用對稱性思維，提高學生利用對稱性思維解決物理問題的學習意識，才能真正實現新高考改革所提倡的提高學生學習實踐能力、提高學生思維廣度等一系列教學目標。高中物理板塊劃分清楚，主要包括運動學、電磁學、力學等幾大板塊，對稱性思維貫串整個物理學科，尤其在力學問題的研究中應用十分廣泛。

二、對稱性思維在解決具體高中物理力學問題中的應用

1.在拉力比較問題中的應用

求拉力大小問題是高中物理力學知識考察中的一個重要部分，常見題目情景大概是：一個物體單位作為受力點同時收兩個或兩個以上方向的拉力時保持受力平衡狀態，已知其中幾個拉力的大小或方向，求未知拉力的大小。上述拉力多因繩索拉扯而產生，拉力的方向與繩索重合，求拉力的大小時卻往往受繩索長度所誤導從而犯錯。對于此類問題，應用對稱性思維，將重點放在受力平衡上，將受力中心受力進行分解，從相對方向的受力著手，通過相對方向受力對稱相等的思路解決求解力的大小，能夠有效提高做題效率與準確率。

2. 在理想化拋體運動中的應用

高中物理常常考察的拋體運動常為理想化拋體運動，即假設被拋出物體（例如小球）為受力點，在向上拋出和向下落地的過程中都只受重力影響。這類問題往往還涉及到運動學，但利用力學對稱性思維解答這類問題往往更為簡便。以最簡單的拋體運動為例，小球向上拋出時只受重力影響，重力大小恒定且方向豎直向下，因此小球做拋物線運動且上拋和下落運動軌跡完全對稱，通過對稱性思維推出拋上和下落的時間關系及拋物線軌跡上各點的速度與加速度的大小和方向，有利于學生對拋體運動題理解得更加深刻透徹，從而解決更為復雜的拋體運動型問題。

3. 在碰撞問題中的應用

高中物理問題中研究的碰撞問題往往可以理想化為兩粒子的碰撞，題型往往是碰撞之前兩粒子的運動方向與速度相同或不相同，求解碰撞后其中一個粒子的運動方向與速度變化。這類碰撞問題同時涉及到運動、力學及能量轉化問題，對稱性思維的應用主要體現在以下兩點：一是兩粒子碰撞時以接觸點為受力中心，分別受到了大小相等、方向相反的對稱性作用力，即相互作用力;二是能量轉變的對稱性，一個粒子失去的能量與另一個粒子獲得的能量對稱。對稱性思維為這類問題提供了解決切入口，進而再根據題目具體所給的條件，利用牛頓定律及能量守恒定律解決問題，有利于提高解題效率。

三、結束語

力學知識作為高中物理知識的重要構成部分，在其相關問題的應用解決上，高中物理教師讓學生利用對稱性思維解決物理問題，有效提高學生解決物理問題的正確率，真正實現新高考改革所提倡的提高學生學習實踐能力、提高學生思維廣度等一系列教學目標。

參考文獻：

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