高中物理运动学之分析思路

浅论高中物理运动学之分析思路
摘要：运动学是高中物理的重要组成部分，在新课标的导向下，鲁科版教材对高中物理运动学的编排由两部分组成，首先使学生从时空观上对运动学进行简单认识，并且初步接触直线运动特征，最后把运动与牛顿定律相结合。

在第二部分内容中介绍较为复杂的运动学规律，研究曲线运动特征等。

运动学规律与人类的生活行为息息相关，正确的分析思路和思维方式有助于对运动学规律的准确掌握，从而提高学生对事物的分析判断能力，本文主要从建立物理模型和分析思路上对运动学知识进行论述。

关键词：运动学规律曲线运动物理模型
一. 引言
高中物理是基础物理的根本，从科目性质上说属于理科范畴，但是作为一门基础课程无疑也是将来各个学科的基础，尤其对于将来选择理工科方向的学生来说，对高中物理规律的掌握是必不可少的。

运动学作为物理学科中的重要分支，在教学设计中占有相当大的比重。

准确理解运动学规律必须建立正确的物理模型，从研究问题的角度出发，分析运动学规律必须建立恰当的研究“环境”，具体说就是把运动对象置于特定的系统中加以分析，该系统对于运动规律的揭示具备参考性和相对稳定性。

二. 运动学解析思路及实例分析
1.正确构建物理模型
物理模型的构建是物理规律的科学依据，也是把复杂的物理系统进一步简单化的有效途径，对于理解、学习具有十分重要的意义。

培养学生建模意识应从简单模型入手，高中物理中典型的实例是运动学中质点的理解，这部分知识点是运动学和力学的入门知识，是学生必须首先掌握的技能。

质点，顾名思义是把物体或者某个特殊系统视为具备质量的点，这样大大简化了系统的复杂性，能够更加容易的从基础入手进行分析。

以下是有关质点模型的建立实例，通过把某个系统进行抽象成质点来分析系统的整体运动规律。

[实例1]质量为m的直升机以某一特定的速度v从地面垂直起飞，已知螺旋桨的转速为ω，试问当起飞高度达到h米时，该飞机发动机做功多少？（不考虑系统摩擦的影响）
有关这道题目的分析首先应该把该系统抽象的视为质点模型，可能大多学生很容易被螺旋桨的转速所迷惑，根据运动学的核心思路：必须把研究对象置于恰当的“环境”中，亦即使其具备特定的参考系。

此问题中以地面为参考系，由于涉及到总体发动机的做工问题，并非和飞机具体的形状特征有关，所以，完全可以把飞机系统等效成无形状、大小的质点进行讨论。

进行质点模型的建立以后，尽管螺旋桨存在一定的转速，但是该物理模型完全没必要考虑对发动机做功的影响，因为螺旋桨的转动是该质点系统的特性，我们仅从质点自身抽象的分析。

初始状态和末了状态飞机在竖直方向的速度是一定的，螺旋桨的旋转对整体速度并没有影响。

因此，发动机
做的总功仅仅体现在该质点系统高度的增加上，亦即系统重力势能的增加，根据公式w=mgh 即可求得发动机所做的功。

从该实例可以看出，物理模型的建立实际上是化繁为简的有效途径，可以帮助学生在运动学规律的学习中排除干扰信息，进行基本知识的准确应用。

2.化整为零，逐点击破
对运动学的分析思路并非一成不变的建立抽象的物理模型，有些题目中只有对知识点的细化，才能深入到问题的本质。

运动学往往涉及到多种规律的交叉应用，比如在研究平抛运动时，对总体平抛运动轨迹分析如果采用抽象思维就很难从本质上解决问题，应该采用“化整为零”的思维。

[实例2]平抛运动规律分析
首先从平抛运动本身依据出发，物体之所以能够呈现平抛运动是因为在水平方向上具备了一定的运动速度，而且该速度的方向完全是水平向前，根据平抛运动的理论基础，在运动过程中仅受重力作用，所以完全有必要单独从相互正交的两个方向分开求解，这样问题就转化成简单的匀速直线运动和自由落体运动，对于多数学生来说对这两种运动的掌握比较容易，进而对平抛运动能够熟练处理，达到了物理教学的目的。

化整为零、逐点击破的分析思路不仅在对于物理过程分析中倡导运动轨迹、运动类型、受力情况的正交分解，同时也注重某一物
理参量的不同特性分解。

这也是培养学生解题技能的基础，首先要求学生对题目所包含的知识点基础比较了解，然后把互相独立的特性分开单独考虑，避免了不相关规律的交叉误导。

比如“速度”这一概念在运动学中无疑处于核心地位，对速度的理解的最低要求必须掌握其矢量性特点，亦即包括大小和方向这两个特性。

在解题过程中往往要求对速度进行正交分解，从不同方向单独解析，那么对于方向和大小可以同时表征，最终可以通过矢量合成实现对末了状态的描述。

以下案例是有关曲线运动采用正交分解的思路，把“加速度”特性化整为零，逐个击破，达到解题目的。

[实例3]曲线运动中加速度变化的判断
加速度是高中物理运动学板块中难度较大的知识点，从定义上讲加速度是对速度变化快慢的描述，其实该定义中对速度变化的表述暗含了速度的矢量性变化，亦即速度变化包括大小和方向的变化。

实际教学中，大多学生对该定义的理解仅仅限于大小的变化快慢，而忽视了速度的矢量性特点，对解题带来障碍。

在匀速圆周运动中，对加速度的理解可以从正交分解的角度考虑。

匀速圆周运动从大范畴上属于一种变速运动，变速意味着速度在发生改变，但是为何又是匀速的呢？对于初学者来说可能由于对速度、加速度基本概念的不了解而陷入困惑，对该类问题的处理，我们有必要把加速度正交分解，沿着切线方向和指向圆心的两个方向。

物体之所以圆周运动是因为始终存在指向圆心的向心加速度，
即速度方向之所以改变是因为存在指向圆心的向心加速度，而之所以匀速是因为在速度方向即切线方向上的加速度始终为零，这两点特性是匀速圆周运动的本质，如果把加速度沿着切向和径向两个方向分解来考虑问题，就很容易更加深入的解决问题。

圆周运动是典型的曲线运动，并非所有的圆周运动都是匀速圆周运动，用正交分解速度的思维分析很容易理解该过程的速度变化情况，例如以下较复杂圆周运动的分析：
图1
由上图1可见，当小球速度大于2（gr）1/2，并且速度逐渐增加时，杆的弹力也发生变化，根据正交思想很容易判断速度的大小逐渐变化，切线方向的加速度不再为零，法线方向的加速度大小和方向都在变化。

可见，在曲线运动中运用化整为零、正交分解的思想处理复杂系统具有十分重要的意义。

3.准确把握临界状态、充分利用力学平衡原理和牛顿运动定律
物体运动状态的改变从本质上讲是受到外力作用，学生处理运动学问题的瓶颈在于对物体状态的把握不准，同时忽略力学是解决运动学问题的基本源泉。

以下实例把物体所处状态与受力结合起来分析，使得对问题的处理迎刃而解。

[实例4]证明：如图2所示，斜面上物体恰好匀速下滑，与质量大小无关。

对于这类问题的处理首先着重分析所处的状态，抓住题目的核
心字眼“恰好”匀速下滑，说明物体在各个方向的受力平衡，应用上述的正交思想，沿着斜面和垂直于斜面分解重力，如图3所示，可以得到：
由此可以看出当物体处于斜面上刚好能够匀速下滑时，所具备的条件仅仅满足（4）式即可，与物体本身质量并无关系。

本题虽然相对简单，但是所体现的解题思路在整个运动学中具有代表性，抓住物体临界状态，充分利用力学平衡原理和牛顿运动定律是解决运动学问题的基本出发点。

三. 结语
高中物理作为一门基础学科，必须运用恰当的解题思路才能有效解决问题，针对目前学生对物理学习的瓶颈，本文就运动学提出了一些具体的解题思路，虽然以上分析在特定的实例中具有明显的效果，但是在实际分析问题的过程中，必须灵活应用各种思路，对物理的学习切不可死板硬套，必须从基本原理上挖掘隐含条件，为解题创造思路，这样才能不断地加深高中生对物理学的认识，为将来各门学科的学习打下基础。

（作者单位：福建省长乐高级中学）参考文献
[1] 刘恒涛，浅谈高中物理教学方法，《学周刊》，2011年05期
[2] 黄新占，谈物理教学中的启发[j]，中学生数理化（教与学），2010年07期
[3] 朱红雨，如何在力学教学中培养学生的创新思维能力[a]，
世纪之交的力学教学——教学经验与教学改革交流会论文集[c]，2000年。