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对物理的认识(高中物理的学习认识)

对物理的认识
物理是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的自然科学,大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,均是物理的研究对象。高中物理涵盖了力学、电磁学、热学、光学、核物理等广泛内容,抽象性和复杂性很高。有的同学说物理很难,做题时一头雾水、毫无思路,照搬公式也很难得出结果;而总有一些被称为“学霸”的同学,每次得满分,以匪夷所思的表情说,不难啊,物理逻辑思维严谨,公式明确,比化学简单。那高中物理是什么样的,如何去学习呢?
首先,物理是一门自然科学。“实验”处于基础和核心位置,是物理定律和定理的出发点和试金石。物理学家从实验事实中通过逻辑推理和数学建模,建立物理理论,并用实验事实验证理论。物理学在解决事实与理论的矛盾过程中不断向前发展。
第二,物理理论与数学深度融合,定理和定律多用数学形式表述,公式不变。核心公式简洁有力,可用于推导其他公式或定理。如牛顿第二运动定律F=ma,可与运动学公式结合推出动能定理、动量定理等。物理模型概括性强,变量少,各变量间数学关系明确,可解性性强,要求数学有一定水平。
第三,如何学习物理?掌握概念、理解定律/定理、分析和运用模型。
概念,有名称、定义、使用条件、例证。例如,力中幽灵的“静摩擦力”,其定义为:相互接触,保持相对静止,又存在相对运动趋势的物体之间的阻碍相对运动的力。似乎不太明白,那就用例证,结合生活经验举例子,人站在坡上没滑下去,人与坡之间存在的力有静摩擦力;推地面上的桌子,没推动,有静摩擦力。相对运动趋势,不好判断,那我们假定接触面光滑,物体会不会动?若会动,就存在相对运动趋势。回头总结一下使用条件:接触、有弹力、接触面不光滑、有相对运动趋势。反例:海面上静止的轮船与海底之间,不接触,无静摩擦力;由一根细绳悬挂的小球,细绳方向竖直,小球与竖直面接触,无弹力,小球与竖直面无静摩擦力;放置在水平桌面的木块,无相对运动趋势,木块与桌面无静摩擦力。定义—例证—使用条件—反例—定义,反复思考和练习,我们会很好的掌握概念。
定律也叫实验定律,物理学家通过做实验归纳总结出来的规律,他们不能通过其他物理或者数学规律推导得来。高中物理中所有的定律,其背后的实验都必须掌握。如大名鼎鼎的“牛二”定律,教材上作为实验课,详细探究了力、质量、加速度的关系。定理是在定律基础上,通过数学推导得到。建议掌握定理的推导过程,在推导过程中加深理解物理意义,对定理的来龙去脉会有更清晰的认识,对适用范围也理解得更深刻。如由“牛二”定律和加速度定义式,可推出动量定理。由“牛二”定律和速度位移关系式推出动能定理,深刻理解动能的定义,理解功和能之间的转化。
概念、定律/定理,是物理的基础,一定要理解并掌握。基础不好的同学尤其要确保弄懂。高中所有的题目都可以用教材上的概念、公式和定理解答。
模型,是在具体情境中对概念、定律/定理的应用。同学做题,老师讲题,就是在训练和讲解各种模型。老师和教学辅导书对各种模型的总结、分类已经很详细了。刷题就是刷模型,有的同学题刷了很多,为什么效果不好?我想主要原因是没有经过自己思考、推导,没有内化到自己的知识体系。下面以碰撞模型为例,进行模型的推导和迁移。
碰撞模型的分类:

完全弹性碰撞非完全弹性碰撞完全非弹性碰撞
名称 特点
动量守恒,动能守恒,碰后相对速度不变
动量守恒,总动能变小,相对速度变小
动量守恒,总动能最小,相对速度变为0

碰撞模型是由动量守恒定律为基础,结合动能的变化推导出来的。光滑水平面上两球相碰,v1>v2,方向向右,选向右为正方向,碰撞后速度分别为v1’和v2’推导如下:
完全弹性碰撞:
非完全弹性碰撞:
完全非弹性碰撞:通过上述分析,我们知道在非完全弹性碰撞基础上,碰撞后两球相对速度变小,v2’- v1’最小为0,两球达到共速。应用动量守恒定律得v共=(m1v1+ m2v2)/( m1+m2)。此时动能损失最大,可计算得出。
我们通过对m2受力分析、动量守恒定律的应用、动能的变化情况分析,应用数学工具(主要是解方程组)直接推导出了相对速度变化情况,极大加深了对碰撞模型的理解。
根据能量守恒定律,在基本碰撞模型中,碰撞消失的动能转化为两物体的内能,最终被耗散掉。
类碰撞模型:光滑水平面上两木块,v1>v2,方向向右,m2后方与轻质弹簧相连,选向右为正方向。
问:1)什么条件下,弹簧弹性势能最大?为多少?
2)两木块的最终速度分别为多少?
3)若m1与轻质弹簧左端接触瞬间即连结在一起(不计该过程能量损失),试分析两木块的运动过程及系统能量的变化过程。
    你能从基本碰撞模型,迁移至类碰撞模型吗?从系统能量变化角度分析,类碰撞过程能体现出完全弹性碰撞、非完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞的特征,为什么?大胆尝试分析,尝试推导,新模型才能内化到自己的知识体系中,对知识的理解才会越深刻,分数才会越高。

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