“对称性”在中学物理力学问题求解中的应用

    司润明

    对称性是物理研究分析的一种典型方法，最初是一个几何概念，具体是指系统能够在某些变换下保持状态等价性质，在现代物理学研究中应用越来越广泛.同样，中学力学问题的求解过程也需要对称性来辅助.通过练习在物理力学问题解答过程中应用对称性技巧，能够使中学物理力学难题变得简单易懂，可帮助学生更好地解决高中物理力学问题，提高学生的解题速度和效率.

    一、“对称性”在中学物理力学问题中应用的重要性

    高中物理课程是一门重要的基础课程，在物理教学中，力学问题是物理学习中的重点课题，也是物理学习中的难点.在物理考试中力学问题的所占比例非常大，并且难题也多从力学的角度出题.因此学生想要取得理想的物理成绩就需要掌握正确的解决问题的方法，提高解决物理问题的效率，从而提高物理力学问题解答水平.物理问题具有多样性，解答物理問题的方式也有很多，而对称性的应用就是解决物理问题的一种有效的方式.学生在解决物理问题时，能够适当地运用对称性，可以有效降低物理问题的难度，并且当学生在使用对称性进行问题解决时，能够对解决问题的方法的可行性及有效性进行独立的思考，这使学生的思维能力得到有效提高，也会激发中学生学习兴趣.

    二、“对称性”在物理力学问题中的应用

    1.利用“对称性”解决质量分布不均的问题.高中物理力学问题中，常出现质量分布不均匀的物体，或受到外力不均匀的问题.解决这类问题的时候需要满足物理受到外力或者是对称的条件，如果没有达到这样的条件就会出现物体质量分布不均衡的情况，另外在解决问题时，应当考虑到物体的形状是否对称，以及物体的质量分布是否均匀，从而准确地寻找物体的重心位置，当物体形状对称，且质量分布均匀时，那么物体的重心就是几何中心.但如果物体的外形不对称，那么学生在解决该类问题时，需要借助互补或者切割的方式，将其转化为对称性问题，从而进行解答.例如，对圆台的重力问题进行解答时，由于圆台的重心难以确定，所以这就需要学生利用对称性，物理知识与数学知识进行结合，然后将圆台分割为形状规则的物体，从而进行问题的解答.在解决圆台的重力问题的过程中，如果学生使用传统的方法进行解题，会使问题变得更加烦琐，并且耗费大量的解题时间，且不能保证正确率，但如果利用对称性进行解题，就会使问题变得简单化.

    2.利用“对称性”处理抛体运动的问题.在高中物理教学过程中抛体运动是教学中的重点之一.抛体运动主要分为三种，第一种是垂直上抛运动，第二种是垂直下抛运动，第三种是斜抛运动.但是如果根据运动性质进行划分，就可以分为匀变速直线运动和匀变速曲线运动.在物理力学问题的解答中，教室就可以引导学生将抛体问题的整体看作是平抛运动，根据平抛运动的规律进行解题.针对电容器的粒子运动问题进行解答时，教师就可以引导学生将粒子运动看作是类平抛运动，然后利用平抛运动的规律进行解决，并在解题中应用“对称性”的关系，将复杂物理习题变得简单化，能够快速提高学生的解题效率.

    3.利用“对称性”解决特殊碰撞类的问题.在高中物理学习过程中，经常会遇到碰撞类的问题，碰撞类问题一般包括弹性碰撞和非弹性碰撞两种情况.一般情况下，碰撞问题的考查都是选择两个物体所组成的系统，最后应用动能定理进行解答.但是在碰撞问题中有一类特殊碰撞问题，就是一个大质量的物体与一个小质量的物体发生碰撞，使小质量的物体发生弹射，在碰撞的过程中就会出现堆成关系，而通过这种方式来解决特殊碰撞问题，就会简单得多.在解决特殊的碰撞问题时，如果按照传统的公式进行解答，不仅会在一定程度上增加解题的难度，更会使得学生对物理习题的解答产生厌烦心理，合理运用“对称性”解决物理问题，才能够有效提高学生的物理学习质量.

    在高中物理的教学过程中，物理教师不应该仅仅只注重于对学生传授课本上的理论知识点，更应该注重于学生解题思路的培养，要引导学生在不同的物理问题中，使用不同的解题方法，从而提高学生的物理解题效率及解题质量.在各种物理力学问题的解答过程中正是由于“对称性”的存在，才使得不同类型的问题能够通过补充作图等方式，使原本复杂的力学问题变得简单易懂.在高中物理的教学过程中，物理教师要积极引导学生发散思维，引导学生在解决问题过程中，积极探索不同的解决问题的方案，提高学生对物理必学问题的分析能力及解决能力，从而有效提高物理教学的教学质量.