高中物理機械振動解題規律探究

摘 要：隨著新課程改革的深入實施，各學科都開始重視學生的素質教育，并重視培養學生的閱讀與理解能力及提煉關鍵點的能力。高中物理教學經過不斷創新，不斷注入新內容，以及加入現實生活的情境要素，已經變得更加貼近生活，貼近社會熱點。與此同時，學生在解題方面也要更加注重規律。在物理學科中，機械振動是新高考考查的熱點和重點，出題頻率高、形式多樣。基于此，本文總結了高中物理機械運動的解題規律與解題要點，希望對學生有所幫助。

關鍵詞：高中物理;機械運動;解題規律

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-624X（2021）24-0062-02

引 言

物理中，機械振動的相關知識已被廣泛應用于現實生活中，如心電圖、核磁共振等。機械振動在高中課程中也有重要的體現，因此加深學生對機械振動規律的認識和理解是很有必要的。在新一輪高考改革的新形勢下，學生掌握相關知識，提高解題能力變得尤為重要。廣大教師需要進一步探索高中物理機械振動中的問題解決規律，以提高學生解題效率，同時加深學生對該知識點的理解，并使學生將這些知識真正應用到實際生活中。

一、高中物理機械振動知識的考查點

在機械振動中，振動的強弱是用振動量來衡量的，振動量既可以是振動的位移，也可以是速度或者加速度。機械振動的研究對象是質點，主要研究質點的運動狀況。學生經過此前對高中物理的學習，已經對常見的運動有了充分的認識，并能熟練地解答習題。而機械振動同樣也是以質點為研究對象的一種運動形式，但與我們學過的運動有所不同，機械振動獨特的專有名詞為振幅、周期、頻率等，它們都是用來描述機械振動特征的物理量[1]。

機械振動可以分為多種類別，在高中物理機械振動的學習中，學生只學習簡諧運動。在實際教學中，教師通過讓學生觀察單擺模型和彈簧振子模型時間和空間上的周期性變化來理解相關物理量的周期性變化，可以顯著提升學生的判別能力及對簡諧運動的認識程度，從而幫助學生掌握振動規律。在學習過程中，學生需要了解其深度的運動內涵及基本概念特征，并能熟練地預算某一時間、空間點的振動情況。

機械波具有周期性，通常指傳播的時間和距離的周期性，T為波的周期。機械波的振動還具有雙向傳遞的特點，而這一點是學生解題過程中容易忽略的。

例1：（多選）一個質點a做簡諧運動的圖像如圖1所示，下列結論正確的是（? ? ? ）。

A.質點的振幅為4 cm

B.質點的振動頻率為0.25 Hz

C.質點在10s內通過的路程是20cm

D.質點從t1=1.5s到t2=4.5s的過程中經過的路程為6cm

振幅是質點離開平衡位置的最大距離，由圖像能直接讀出;周期是質點完成一次周期性變化所用的時間，也可直接讀出，再由f=求出頻率;質點在一個周期內通過的距離是4A，根據周期性可求解質點通過的路程。

二、高中物理機械震動解題規律的探究

（一）波速的表達式

波在均勻介質中是勻速傳播的，由此可以得到波速的不同表達式為：

由教材中給出的公式推得更為普遍的公式。

（二）判斷橫波傳播方向規律

根據已知條件（如已知波的傳播方向），在原波形旁邊再用虛線勾勒出新的波形。如圖2所示。

（1）對波速方向的判斷：若新的波形如原圖2左側的圖所示，那么，波向左傳播;若新的波形如圖2右側的圖所示那么，波向右傳播，具體如圖3左側圖所示。

（2）對媒質點振動方向的判斷：原波形中媒質點的振動方向均垂直于傳播方向而指向虛圖，如圖3右側圖所示。

（三）媒質點的周期及路程的計算

（1）波形圖上任何一個媒質點的振動周期（或頻率）跟波的傳播周期（或頻率）一定相等。

（2）媒質點在半個周期時間內通過的路程是振幅A的2倍，一個周期時間內通過的路程是振幅A的4倍，但1/4周期時間內通過的路程不一定是振幅A，只有在特殊條件下為振幅A。

若振動時間t可以寫成nr+T/2時，則振動質點的路程是：S=4hA+2A。

若振動時間t可以寫成nT時，則振動質點的路程是：S=4hA。

上述三條規律若學生能在解題中靈活運用，將給解題帶來極大方便。

三、高中物理機械振動解題的疑難點

從日常的經驗總結中不難看出，首先，基于機械振動的彈簧問題是學生參加考試時的一個難點，難在題目往往有一個以上的連接器，學生一看到就會產生恐懼心理。其次，運動過程更為復雜，對學生物理綜合能力要求比較高，需要學生結合多方面的知識點進行解題。它結合了牛頓運動定律、機械能守恒定律、動能定律、動量定律等。對于這類問題，通常教師給出的建議是圍繞特定的位置關鍵點進行臨界條件分析，根據隱含條件解決整個問題。此外，學生還必須熟悉簡諧運動過程中平衡位置的對稱性特征，如速度、位移、加速度等。

例2 ：如圖4所示，兩木塊質量分別為m、M，用勁度系數為k的輕彈簧連在一起，放在水平地面上，將木塊m壓下一段距離后釋放，它就上下做簡諧運動。在運動過程中木塊M剛好始終不離開地面（它對地面最小壓力為零）。

在學習高中物理機械振動的過程中，為了提高學生解題的正確率，教師需要不斷培養、提高他們的解題能力，提高他們規范答題的水平。學生則要學好基礎知識，在做題的過程中不斷加深對相應概念的理解，把握其特征并熟練運用。與此同時，教師要不斷歸納總結探究解決機械振動相關題目的規律與方法，從而提升學生解決問題的效率。

結? ?語

物理這門學科研究對象很廣泛，但是歸根結底都是我們日常生活中能夠接觸到的東西。所以，在物理教學中，教師要充分與現實生活相聯系，幫助學生掌握相關知識點，使這些知識不再抽象。總之，機械振動在高中物理教學中屬于重難點。學生必須找出解題的規律與方法，才能在高中物理的學習過程中不斷提高自己的水平，從而提高自己的物理素養。

[參考文獻]

周紅娜.高中物理機械振動解題規律探究[J].科學咨詢（教育科研），2020（08）：161.

作者簡介：孫健（1980.7—），男，吉林磐石人，中學一級教師，榮獲磐石市“優秀教師”稱號，獲吉林市高考提高獎。