简议高中物理力学问题中对称性的应用研究

杨钟贞

摘  要：近年来，新高考改革与核心素养逐渐推进落地，要求学校扩大高中生发展与选择道路，深刻认识学生未来成长成才与高中阶段文化教育的密切联系。目前国内多数高中院校选用文理分科教学模式，理工学科例如数学、物理、化学与生物主要考察锻炼学生的分析理解与思维发散能力。尤其物理学科知识点宽泛，与现实生活联系较广且学生接触学习较晚，是高中理科教育与学习的一项重要挑战。本文选取高中物理的重要组成部分，即力学问题展开叙述，主要研究高中物理力学问题中对称性思维的应用教学。

关键词：高中物理;力学;对称性;研究应用

理工学科例如数学、物理、化学与生物主要考察、锻炼学生的分析理解与思维发散能力。尤其物理学科知识点宽泛，与现实生活联系较广且学生接触学习较晚，是高中理科教育与学习的一项重要挑战。学好物理十分重要。对于高中生的最终目标即高考成绩来说，物理考试作为理科综合试卷的重要组成，相较于化学和生物都有着更高的分数占比。培养高中生应用对称性思维解决物理问题，有利于减少学生学习物理时一昧记公式、记概念的不当学习方法，有利于学生深刻理解物理学中各种运动力学问题的解决思路。因此，本文对高中物理力学问题对称性的应用与研究十分有必要且有意义。

一、对称性思维在高中物理力学问题中的应用必要性

物理学科知识点宽泛，与现实生活联系较广且学生接触学习较晚。一直以来，学好教好物理学，都是高中理科教育与学习面对的一项重要挑战。笔者结合近年来高中物理教学经历及与学生关于物理学习的各种交流发现，多数学生不擅长物理学习，未能掌握物理学习的正确方法。这部分学生学习物理只是通过对物理公式的死记硬背甚至是对所见题型的印象及记忆来试图解决物理问题，结果往往不能如人所愿。高中阶段的物理知识考察有难有易，容易的物理问题学生通过物理公式的套用及浅层理解就能解决，但对于一些考察物理公式来源、物理定律的理解、常见物理问题的延伸等题型则被学生普遍反映“太难，不会做或总是做错”。实际上，这种问题的产生原因，主要是高中学生在学习物理学时缺乏對称性思维，这种思维的缺乏不仅是因为部分学生的学习模式固化，也与教师教学缺乏思维诱导式培养有关。只有真正实现高中物理教师培养学生在物理学习中运用对称性思维，提高学生利用对称性思维解决物理问题的学习意识，才能真正实现新高考改革所提倡的提高学生学习实践能力、提高学生思维广度等一系列教学目标。高中物理板块划分清楚，主要包括运动学、电磁学、力学等几大板块，对称性思维贯串整个物理学科，尤其在力学问题的研究中应用十分广泛。

二、对称性思维在解决具体高中物理力学问题中的应用

1.在拉力比较问题中的应用

求拉力大小问题是高中物理力学知识考察中的一个重要部分，常见题目情景大概是：一个物体单位作为受力点同时收两个或两个以上方向的拉力时保持受力平衡状态，已知其中几个拉力的大小或方向，求未知拉力的大小。上述拉力多因绳索拉扯而产生，拉力的方向与绳索重合，求拉力的大小时却往往受绳索长度所误导从而犯错。对于此类问题，应用对称性思维，将重点放在受力平衡上，将受力中心受力进行分解，从相对方向的受力着手，通过相对方向受力对称相等的思路解决求解力的大小，能够有效提高做题效率与准确率。

2. 在理想化抛体运动中的应用

高中物理常常考察的抛体运动常为理想化抛体运动，即假设被抛出物体（例如小球）为受力点，在向上抛出和向下落地的过程中都只受重力影响。这类问题往往还涉及到运动学，但利用力学对称性思维解答这类问题往往更为简便。以最简单的抛体运动为例，小球向上抛出时只受重力影响，重力大小恒定且方向竖直向下，因此小球做抛物线运动且上抛和下落运动轨迹完全对称，通过对称性思维推出抛上和下落的时间关系及抛物线轨迹上各点的速度与加速度的大小和方向，有利于学生对抛体运动题理解得更加深刻透彻，从而解决更为复杂的抛体运动型问题。

3. 在碰撞问题中的应用

高中物理问题中研究的碰撞问题往往可以理想化为两粒子的碰撞，题型往往是碰撞之前两粒子的运动方向与速度相同或不相同，求解碰撞后其中一个粒子的运动方向与速度变化。这类碰撞问题同时涉及到运动、力学及能量转化问题，对称性思维的应用主要体现在以下两点：一是两粒子碰撞时以接触点为受力中心，分别受到了大小相等、方向相反的对称性作用力，即相互作用力;二是能量转变的对称性，一个粒子失去的能量与另一个粒子获得的能量对称。对称性思维为这类问题提供了解决切入口，进而再根据题目具体所给的条件，利用牛顿定律及能量守恒定律解决问题，有利于提高解题效率。

三、结束语

力学知识作为高中物理知识的重要构成部分，在其相关问题的应用解决上，高中物理教师让学生利用对称性思维解决物理问题，有效提高学生解决物理问题的正确率，真正实现新高考改革所提倡的提高学生学习实践能力、提高学生思维广度等一系列教学目标。

参考文献：

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