高中物理“力与运动”常见问题探微

王红燕

高中物理“力与运动”包括静力学、动力学、运动学三个板块，占据很重要的地位，同样也是学生很容易产生困扰的内容。将力学和运动学结合在一起，体现了知识的连接性，能更好地培养学生的理解能力和思考能力。本文将通过对物体平衡状态、匀变速运动、平抛运动、天体运动内容的讲解，将运动性质与运动过程紧密结合在一起，进而让学生对此部分知识有更深入的理解，为之后学习电场、磁场知识打下坚实的基础。

一、物体平衡，正交分解

物体的平衡状态一般是作为题目中的条件来让学生解读的，要想研究物体的平衡状态，需要对其进行受力分析，然后找到平衡的条件，再进行正交分解。

例1：把质量为m的物体放在倾角为？夼的固定斜面上，滑块和斜面表面之间的动摩擦因数为μ。假设物块的滑动摩擦力大小就是最大的静摩擦力，重力加速度取g，则（ ）。

A.物块从静止往下滑动，如果μ>tan？夼，滑块将不动

B.滑块起初有初速度，如果μ

C.沿斜面方向去拉物块，让其匀速滑动，如果μ=tan？夼，拉力大小应为mgsin？夼

D.沿斜面方向向上拉物块，使其匀速运动，如果μ=tan？夼，拉力大小应是2mgsin？夼

将滑块由静止释放，如果滑块下滑，说明重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，进而打破了平衡状态，重力的分力为mgsin？夼，那么最大静摩擦力的大小μmgcos？夼就要小于mgsin？夼，即μ需小于tan？夼。当给滑块沿斜面向下的初速度，当μ

在平衡问题中，还有一类问题是动态平衡问题。这类题目只要掌握了技巧，就会变得很简单。图中的杆件都是轻杆，并且全是光滑的，在将细绳慢慢往左拉的过程中，两杆之间的夹角？夼就会逐渐减小，此时研究拉力F以及BO杆所受压力的改变。解决的方法就是寻找相似三角形，力FN的边对应的是杆OB的长度，所以大小是恒定不变的。而FN与物体的重力G的合力在逐渐减小，说明拉力F也在逐渐减小。

对物体平衡状态进行研究，需要找寻促使物体达到平衡的各个力，然后去分析力之间的关系，包括方向和大小。学生只有掌握方法，问题才会迎刃而解。

二、直线运动，变速情景

在高中阶段引入了加速度的概念。运动的物体由于受到力的作用，进而表现出不平衡的状态，速度会不断变化。解决这类问题，需要分析、整理整个过程，配合必要的物理计算来辅助思考，会使问题变得简单。

例2：两物体甲和乙在同一条线路上进行运动，0-0.4s的v-t图如下。如果只有这两物体之间相互影响，那么物体甲与乙的质量之比和图中时间t1分别为多少？

从图像中可以读出一些必要的信息，乙在做匀减速运动，甲在做匀加速运动，在t1的时间内，乙的速度变化量是甲速度变化量的3倍，也就是说a乙=3a甲。根据牛顿第二定律可知，F=ma，两物体间是存在相互作用的，可能发生的是速度交换，F的大小是相同的，那么就是m甲=3m乙。由图中的条件可以得出，乙的加速度为10m/s2，当速度减为1m/s的时候，需要0.1s，速度就会变为0，所以t1=0.30s。两个物体之间力的作用引起了运动状态的改变。当一个物体受到多个力的作用时，如“一个木块在光滑的水平面上受到恒力作用而运动，前方固定有一劲度系数足够大的水平弹簧，当木块接触到弹簧后……”可以想到，在这个过程中，物块的运动状态发生了多次改变，需要仔细研究。开始没有接触到弹簧的时候，物块在水平方向只受到F的作用，做匀加速直线运动。当接触到弹簧的时候，物块是有速度的，此时的弹簧开始慢慢压缩，产生与力F方向相反的弹力，此时物块受到的合力还是沿力F的方向，但是在逐渐减小，加速度a也在逐渐减小，而速度v还是在增大。直到弹簧的弹力与力F的大小相同时，物块受到的合力为0，速度达到最大，物块还会继续运动。之后物块所受的合力方向就会与运动方向相反，开始做减速运动，直到速度为0，然后运动的方向就会发生改变。

解决这类问题的时候，每一步都要万分小心，不能急功近利，需要把每次的状态改变都找出来。教师要指导学生学会分析，进而提高物理学科素养。

三、圆周运动，知识迁移

解决圆周运动问题要紧紧抓住运动的合成与分解，在分析的过程中深思熟虑。圆周运动是高中物理中非常重要的运动状态，不仅仅会在运动学中考查，在电磁场的综合研究中也会考查，须要学生掌握。

对圆周运动进行研究，需要找出提供向心力的那个力，还需要分析物理量之间的关系。

例3：在水平转盘上有质量为m的物体，当物体到转轴的距离为r时，连接物块和转轴的绳刚好被拉直（绳上的张力为零）。物体和转盘间的最大静摩擦力是其正压力的μ倍。当转盘的速度为■和■时，分别求此时绳子的拉力。

当转盘开始转动的时候，首先由摩擦力来提供向心力，如果角速度再增大，细绳就需要有拉力的作用了。比如当转盘的角速度变为■时，首先要考虑由最大静摩擦力来提供向心力，μmg=mw2r，解得w=■，此时绳子不用提高拉力就能满足要求。但是当w变为■时，就需要拉力了，F+μmg=mw2r，解得F=■。而有些问题就需要对物体进行受力分析，有时候是力的分量来提供向心力，而且还要注意物体做圆周运动的半径，避免步入陷阱中去。

在解决圆周运动的问题时，首先要掌握线速度、角速度、向心加速度等物理量之间的关系。教师应将这些问题的情况总结出来，让学生熟练掌握。

四、天体运动，万有引力

天体运动的知识是高考的必考点，它建立在圆周运动的基礎上，是对圆周运动更深层次的研究。在研究天体运动的时候，要注意分析运动性质。

在“天体运动”的教学中，我让学生尝试着去推导天体的密度。根据密度公式？籽=■得出V=■？仔R3。然后结合万有引力公式，■=■R，得M=■R3，再将M代入到密度公式里就可以了，其实这就是以前学过的知识的简单结合。学生之所以感觉难，是因为教师将所有的工作都做了，学生对教师太依赖。另外，还有一种过程很简单，但是学生在接触时很难想明白的问题——多星问题。天体之间的运动是遵循万有引力定律的，凭借学过的知识踏踏实实去思考就能解决。比如说“双星问题”，两个天体围绕着它们连线上的一点做匀速圆周运动，用彼此的吸引力来提供向心力，角速度是相等的。两个天体之间的距离为r，r=r1+r2。通过万有引力提供向心力来列公式，G■=m1w2r1，G■=m2w2r2，将式子进行联立就能得出r1=■r，这样问题就能得到解决了。三星、四星问题也是通过同样的思维方式来解决的。

对于天体运动问题，学生必须自己动手才能弄清思路，单纯地记结论是不可能将知识理解透彻并熟练掌握的。在平时的学习中，我要求学生必须认真对待每一道题，不要感觉简单就不动笔。

总而言之，力与运动之间的关系非常紧密。由于力的存在，物体的运动状态才会发生改变，包含的情况较多，学生容易思维混乱。教师只有将每种情况的思考方式都传授给学生，引导学生动脑思考，才能提高学生的物理学科素养。