“一条红线”贯穿整个高中物理

杨军

摘要：高中学习当中属物理难学，而高中物理主要的又属动力学问题最难。然而解决这类问题存在着两大思想：简单叫做力与运动思想和能量的思想。笔者将从这两方面对高中物理知识进行总结。

关键词：“一条红线” 高中物理

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.01.152

高中学习当中属物理难学，而高中物理主要的又属动力学问题最难。其实我们高中物理主要学习的内容表现为力、热、电、磁、光、原子等几大块，其中涉及的问题多以力与运动为主。然而解决这类问题存在着两大思想：简单叫做力与运动思想和能量的思想，前者是通过分析物体受力与运动的对应关系，运用牛顿运动定律及运动学规律，从而抽象物理模型来解决问题。

一、力与运动的思想

牛顿运动三定律将物体的受力与运动科学地对应起来，当我们分析一个物理事件中的对象所经历的物理过程时，受力分析与运动分析应互为依据，相互印证。孤立地进行受力分析或运动分析，不仅常常会出现错误，更说明对于牛顿运动定律真正的意义没有理解。受力与运动分析是学习物理学的重要基础，是抽象物理模型的依据。受力分析首先应确定研究对象，依据力的基本概念以场力、接触力（弹力、摩擦力）、外力的顺序分析对象受力，而更为重要的是要运用牛顿运动定律通过对象的运动状态确定物体的受力。在运动分析中首先要确定对象的初状态，包括初态的速度、加速度的方向或大小，进而分析运动过程中的速度、加速度的方向及大小变化，其中加速度的分析应以受合外力分析为依据。

力的思想解决物理问题的一般方法：运用动力学和运动学规律分析物理过程的方法称为动力学观点，它是物理学研究问题的基本方法。高中阶段我们可以运用这一观点定性分析变加速度过程，定量描述匀加速度过程和变加速度瞬时状态和匀速圆周运动过程。运用该思想分析问题时应注意通过绘制情景图的方法，明确时间与空间关系，正确分析物体的受力与运动情况，从而抽象物理模型，并运用动力学和运动学规律加以描述。如必要，还需在动态分析中寻找临界条件。当模型对应的物理规律得以正确表达，隐含临界条件得以明确，该问题一定可解。运用动力学观点分析物理问题的关键是：物体的加速度是由哪几个力的合力引起的。

二、能量的思想

做功是能量转化的量度，做功与能量分析是运用能量思想描述物理过程的基础。分析物理过程中的做功情况是这一思想的关键，那么就要判断以下几个问题：

研究对象受几个力？所受每个力中哪些做功，哪些不做功？每个力做功所对应的位移是什么？哪些力做正功，哪些力做负功？哪些是恒力做功，哪些是变力做功？

做功一定伴随着能量的转化，通过功能关系明确对象从初态到末态的过程中能量转化的来源、途径和去向，即能量转化的线索。常见的功能关系有：

1.重力做功，对应重力势能的变化;

2.弹簧弹力做功，对应弹簧弹性势能的变化;

3.合外力做功，对应动能的变化;

4.除重力或系统内部弹力之外的力做功，对应系统机械能的变化;

5.电场力做功，对应电势能的变化;

6.分子力做功，对应分子势能的变化;

7.在电磁感应现象中，克服安培力做功，对应电路中的获得的电能;

8.滑动摩擦力与相对路程的乘积，对应系统内能的变化。

前期准备工作做好之后，下面运用能量解题，这个过程其实就是动能定理与能量守恒定律的应用，首先动能定理应用注意其数学表达式为：

W总=mv22-mv12

1.确定研究对象（可以是一个物体也可以是多个物体组成的系统）;

2.选择研究对象初、末状态，判断对应的动能;

3.对选择对象在初、末状态间的运动过程进行做功分析;

4.按动能定理列方程并求解;

5.对结果进行必要地分析讨论。

而机械能守恒定律应用（对象为系统）可以说成是动能定理的特殊情况因为机械能守恒条件是系统只有重力做功或弹力做功，它才成立。

在这建议大家首选能量的思想，再考虑力与运动的思想，因为有些动力学问题两种思想都能解决，但是能量的思想应用起来比较简单，还有的问题力与运动的思想解决不了只能用能量的思想从这些问题考虑我们以后何不首选能量思想呢。以两道简单问题为例。

1.某物块质量为m=10kg，在平行于斜面的恒定拉力F作用下沿斜面向上运动，斜面与物体间的动摩擦因数为μ=0.1，当物体运动到斜面中点时，去掉力F，物体刚好可运动到斜面顶端停下。设斜面倾角为θ=30°，取g=10m/g2，求拉力F？

解析：取物体为研究对象，在斜面下半段物体受四力：重力mg，拉力F，斜面的支持力N和摩擦力f=μmgcosθ。受力分析如图1所示。在斜面上半段去掉F，其他力都不变。设斜面长为S，对物体从斜面底端运动至顶端的过程，由动能定理有：

F·-μmgScosθ-mgS′sin30°=0

解得：F=117.3N

<E：＼123456＼学周刊·上旬刊201601＼+接排1 126-240＼图1.tif>

图1

这用力与运动的知识也可求得，在这不做求解可以去试，相信就比较麻烦了。

2.如图2所示，质量为m=2kg的小球，从半径R=0.5m的半圆形槽的边缘A点沿内表面开始下滑，到达最低点B的速度v=2m/s。求在弧AB段阻力对物体所做的功Wt。（g取10m/s2）

<E：＼123456＼学周刊·上旬刊201601＼+接排1 126-240＼图2.tif>

图2

解析：物体在弧AB段运动过程中受重力、弹力和阻力作用，其中弹力和阻力是变力，但在此过程中弹力对小球不做功;重力是恒力，在这一过程中，重力的功WG=mgR。由动能定理有：

WG+Wt=mv2-0

解得：Wt=mv2-WG=mv2-mgR

=×2×22-2×10×0.5

=-6J

因此可以得出动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功。力做功时可以是连续的，也可以是不连续的，可以是在一条直线上的，也可以是不在一条直线上的。而这问题再用单纯力与运动的思想解决恐怕就无从下手了。

简单介绍了两种解题思想，可以说它是贯穿我们高中物理的“一条红线”，解决物理问题尤其是动力学问题，无疑离不开这两种思想，只要我们熟练掌握两种思想的应用，动力学问题就不再是大难题了！

（责编 赵建荣）