中学力学问题解题策略研究

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1、中学力学问题解题策略研究摘 要中学力学是中学物理的重要组成部分。物理力学问题解题的质量直接影响着学生掌握物理知识的质量，影响着学生对物理的态度、解决问题的思维方式以及解决物理问题的能力。按照知识结构的角度来分，中学物理教材知识包括力、热、电、光、原五大板块。经调查表明，中学物理五大块中,力学部分是学生们普遍觉得最难学的知识体系。但是每年的高考物理部分，力学的相关题目所占分值的比重往往很大。高考理科综合命题组，一直热衷于出力学综合题来对学生分析问题能力进行考察，力学综合题也是学生最头疼的部分。 力学题涉及面广，考察的内容多，需要学生各方面能力的综合。力学问题解题策略贯穿整个中学物理的教学过程中，

2、为了有效提升中学生解答中学物理中力学问题的能力，中学力学问题解题策略的研究势在必行。本文旨在探究中学力学问题解题策略。关键词：中学物理；中学力学；解题策略。The Study of Problem-solving Strategies on High School Mechanics ProblemsAbstractMechanics in middle schools is an important part of physics in the middle schools. The quality of mechanics problems directly affects the qua

3、lity of the physics knowledge which students master, influence the attitude of students to physics, the thinking way of problem-solving and the ability to solve physics problems.According to the view of knowledge structure, knowledge in middle school physics textbook includes five parts: mechanics,

4、thermology, electricity, optics and atomics. The survey shows that in the five parts, students generally think that mechanics is the most difficult knowledge system to learn. However, the physics part of the annual college entrance examination, the proportion of mechanics problems is often very high

5、. Integrated science proposition group, has been keen to a mechanical problem to examine students ability of analyzing problems, which is the most difficult part for students.The mechanics problem involving a wide range of content, students need an integrated ability of various aspects. Mechanical p

6、roblem-solving strategy throughout the whole physics teaching process in middle school, in order to improve students abilities of solving mechanical problems in high schools, the study of mechanical problem-solving strategy is imperative. This paper aims to explore the high school mechanics problem-

7、solving strategy.Keywords: physics in school; mechanics in middle school; problem-solving strategy.第一章 前言3第二章 力学在中学物理的地位41 力学的发展52 力学在中学物理中的地位52.1 初中力学62.2 高中力学6第三章 力学体系7第四章 中学生学习力学常犯的错误分析81 对一些比较抽象或容易混淆的概念理解不深,甚至有错误。91.1 力的概念91.2 路程和位移的概念。101.3 功和能的概念101.4 冲量和动量的概念101.5、动能和动量的概念112 不理解物理定律的真实含义、研究对

8、象和适用条件。113不理解图象的物理意义，特别是分不清一些相近的物理图象所表示的意义。124 解题中常见的错误。12第五章 力学问题的解题策略131 把握解决力学综合题的三条线索、五大规律132 分析过程，构建物理模型133 做好受力与运动情况的分析144 运用多种思维方式，理清解题思路145 注意动量和能量知识相结合15第六章 结论15第一章 前言力学问题是中学物理教学的重点，同时也是高考的热点之一。在近几年的高考形式下，理综卷里的物理题中关于力学的综合题不是很多，但分值却都很大，对学生的总体成绩来说有直接的影响。物理卷力学综合题答题效果的好坏已经成为拉开考生成绩的主要因素之一。 力学综合题

9、中关于能量、动量的试题往往情况复杂、条件隐蔽、综合性强，对学生的分析推理能力和运用知识的能力要求很高，是学生最头疼的部分。很多中学物理老师对此也是感到很无奈，他们也讲解了很多力学综合题，但学生的分析能力却并没有明显的提高。其实不是老师没认真教，也不是学生没努力学，只是没有适合自己的解题方法而已。理科类的东西，只要学会了一定的解题策略来进行解题，一些问题也就迎刃而解了。力学解题策略，是指学生解决力学问题时用来调节他们的注意力、学习、回忆和思维的技能。它包括解题思路、解题过程中具体思维方法的运用和解题步骤等。这里研究的是解决力学综合题的一般步骤。这个步骤对力学问题的解决有普遍的指导意义。尽管，并不

10、是每道力学题一定用这些步骤来解答，也不是按照这些步骤就可以解决所有的力学问题，但是如果按照这样的步骤思考力学问题，就能快速地正确切入问题，往往比较容易解决问题，少走弯路。对“一般步骤”的说法目前尚未有统一的说法，就本人而言，大致如下： （一）掌握整个力学体系的知识框架，把握解决力学综合题的三条线索、五大规律。 （二）分析过程，构建物理模型 （三）做好受力与运动情况的分析 （四）运用多种思维方式，理清解题思路 （五）注意动量和能量知识相结合 对于力学问题，许多学生依然是“老师一讲就会，自己一做就错”的状况，最主要的原因就是许多学生没有理清解题思路，无法归纳总结出解题的“一般步骤”，形成解题策略。

11、第二章 力学在中学物理的地位力学是物理学的基础，是专门研究物质机械运动规律的一门学科，它的一些基本概念和规律是物理学最重要、最基本的概念和规律，贯穿着物理学的始终。1 力学的发展力学作为一门传统的基础学科，是人类最早从生产实践中获取经验，并加以归纳、总结和利用的自然科学领域。牛顿力学是第一门精密科学。17世纪，牛顿力学体系的建立标志着自然科学的兴起，1819世纪，连续介质力学的诞生使力学发展成为一门内容丰富并且获得广泛应用的基础学科。19世纪，经典力学理论体系趋于成熟，工业和高新技术中的许多复杂问题催生了力学新理论的大力发展，出现了多个力学分支学科。20世纪，力学的发展取得了巨大的突进，建立了

12、完备的科学体系。中学阶段所学习的力学知识，不仅是为后续课程打基础，也是为毕业后参加生产劳动做准备。力学是物理学的重要组成部分，它在物理学中占重要的位置，并且对促进交叉学科的形成和发展具有重要的推动作用。2 力学在中学物理中的地位力学是研究物质机械运动规律的一门科学。力学在整个中学物理中占有很重要的地位。首先，力学是物理学的基础。物质的机械运动是一切运动形式中最基本、最普遍的运动形式；每一种运动形式都包含着简单的机械运动。在中学物理中，力学中的一些基本概念与一些基本规律是物理学最基本、最重要的概念和规律，它们始终贯穿于整个物理学中。研究力学的基本方法-以观察、实验为基础，抽象、归纳出物理规律，把

13、实验同数学方法紧密结合起来，运用科学推理来表示和论证物理规律，运用理论知识分析实际问题等等，这也是学习物理学其它部分所必需的。总之，力学知识及其研究问题的方法，在后继课程中用处很大。其次，力学部分在中学物理教材中讨论得比较详细、系统和完整，这从教学法观点及学生的学习效果看来也是可取的。因此，一般的中学物理教材，都把力学作为整个教材的重点，要求学生对整个力学部分的内容掌握的比较牢固，对力学的基本概念与规律，要求做出一定的定量的分析和描述。这也给培养学生实验，逻辑思维和数学运算等三方面能力提供了充分的机会。从学时上来看，力学占整个中学物理教材比重的三分之一强，这也充分说明了它的重要地位和作用。2.

14、1 初中力学初中物理从物理学的角度来看，是由最简单的的基本概念、基本规律为基础组成的。力学作为物理基础课之一，其结构和内容同样地也是由基本概念和规律组成的。虽然所讲的内容大多数是古代就总结出来的力学规律，但是整个教学结构是以牛顿三大定律为核心展开的。力、功、能这三个概念是关键性的概念。在教学中要结合丰富的实例讲清楚牛顿定律。无论在重力、压强及其应用，还是讲功的原理和简单机械都应逐步加深和巩固学生对牛顿力学三大定律的认识和理解。要让学生了解：自然和规律是简单的，然而它的应用却是无比丰富和生动的。 初中力学教材比较简单，总的说来在教学上困难不大。力学现象是十分普遍的，在生活中到处可碰到。我们在教学

15、中要注意运用直观形象讲授物理知识，引起学生的学习兴趣，并从一开始起就注意培养他们观察现象、进行思维和动手实验的习惯，指导学生钻研教材。初中的练习题一般都比较简单，这时要注意防止学生不了解物理意义单纯套公式求答数的偏向。可以多找一些生动事例启发学生去思考。 2.2 高中力学力学是研究物质机械运动规律的一门科学，高中物理课程比较系统的论述物理学的基本规律。在初中水平的力学结构的基础上，高中水平的力学结构是明确地以牛顿力学三大定律，万有引力定律为其重要内容。高中力学教材共分七章，每一章都可看作一个单元。第一章阐述力的概念、力的合成和分解以及物体平衡等静力学知识，是力学的基础知识。第二章的内容是质点运

16、动学的基础知识。位移、速度、加速度等基本概念和匀变速直线运动的基本规律以及运动的合成和分解等运动学知识，是力学的重要组成部分，是学习以后各章必要的预备知识。第三章运动定律在力学乃至整个物理学中占有重要的地位，是经典力学的基础。这一章的中心内容是牛顿第二定律。它不仅是力学教材的重点，也是整个中学物理的重点之一，在教学中应予以充分的重视。第四章机械能和第七章动量也是力学的重点。功和能是物理学中最重要的概念，它们虽然是由力学引入的，但却贯穿在整个物理学中。动量和动量定理是物理学的重要内容，不论是宏观物体还是微观粒子的运动，动量守恒定律都是适用的。过去的中学教材对这一部分内容只作为牛顿第二定律和第三定

17、律的推论加以一般的介绍，显然是不够的，因此现行教材把动量作为单独的一章。第五章机械振动和机械波也可以看作是运动定律的应用。不过从运动形式来看，振动和波比前面各章的内容要复杂一些，它已超出了质点力学的范围，实际上研究的是连续介质中的过程。这里，主要对简谐振动作了定量的研究，对波的传播只作一般的讨论；它需要以运动定律、圆周运动、运动图像、能量等知识为基础。这一章也是以后学习交流电、电磁振荡、电磁波以及物理光学的基础。第六章圆周运动和万有引力，可以看作是运动定律在某些特定的曲线运动中的应用。从上述教材的安排来看，高中力学教材各章之间的联系是比较密切的。初、高中力学教材的安排，注意了分工和联系。象比重

18、、压强、流体静力学和简单机械，初中讲过了，高中就不再重复；象运动和力、功和能在初中只要求初步了解，到高中再进一步扩充、深化；象滑动摩擦系数，初中讲了，高中则作必要的复习。高中力学在整个中学物理教学中是比较困难的部分。在即时速度、加速度、功和能、运动定律、物体的受力分析、向心力和向心加速度以及波动等问题的教学中，往往会发现学生普遍感到困难。这是由教材本身的特点和学生的实际情况所决定的。下面我们对高中力学教材和教学的特点作一概略的分析。 第三章 力学体系经过许多科学家的努力，在天文学和力学方面已经积累了丰富的资料。在此基础上，牛顿实现了天上力学和地上力学的综合，形成了统一的力学体系。力学体系涉及很

19、多方面，主要包括三大观点五大规律。 三大观点是：力的观点、动量的观点、能量观点。力的观点解决了力的瞬时作用效果，即研究某一物体所受力的瞬时作用与物体运动状态的关系时，一般用力的观点解题；动量的观点解决了力的空间累积效应，即研究某一物体受到力的持续作用发生运动状态改变时，一般用动量定理（涉及时间问题）和动能定理（涉及位移问题）去解决问题；能量观点解决了力的时间累积效应，即研究的对象为一物体系统，且它们之间有相互作用，一般用动量守恒定律和能量守恒定律不去解决问题。五大规律包括：牛顿运动定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律。 牛顿第一定律揭示了惯性和力的物理会义。 牛顿第二定律（F

20、=ma）揭示了物体的加速度跟它所受的外力及物体本身质皮之间的关系。牛顿第三定律（F=-F）揭示了物体相互作用力间的关系。 动量定理。动量定理揭示了物体所受的冲量与其动量变化间的关系。 动量守恒定律。动量守恒定律揭示了物体在不受外力或所受外力的合力为零时的动量变化规律。 动能定理。动能定理揭示了外力对物体所做的总功与物体动能变化间的关系。 机械能守恒定律。机械能守恒定律揭示了物体在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体总的机械能保持不变及其动能和重力势能相互转化的规律。第四章 中学生学习力学常犯的错误分析 力学是物理学的基础部分。力学知识掌握得如何，对物理学其他部分的学习有很大的影响。我们在教学过

21、程中发现，学生在学习力学时常存在许多困难，会士出现不少错误，其中一些错误是常犯的。高中力学教材本身较难，学生刚从初中进到高中时，教材的台阶过大，难以适应，是产生这些错误的一方面的原因。教师的教学水平如何，也与学生是否会产生错误理解有密切的关系。因此，总结学生学习时常犯的错误，分析其原因，,探讨在教学中预 防和纠正的方法，对于加强教学的针对性，使学生学习时少犯这些错误或得到及时的纠正，是很有好处的。1 对一些比较抽象或容易混淆的概念理解不深,甚至有错误。高中力学概念比较多，比起初中来说，要求对概念理解得更深刻、更全面。只有正确理解概念，才能掌握这些概念之间的相互联系的定律和公式，解决各种形式的练

22、习应用题。因此，要非常重视学生是否巳经正确理解了各个概念。学生在学习中对以下一些概念常存在问题。1.1 力的概念 认为 “力是物体运动的原因 ”，“物体因受作力用才能维持速度，受力越大，速度越大。”要他们直接讲述力的概念时，他们当然不会这样说，但是要他们用力的概念去分析实际问题时，他们常常就是以这样的思想为出发点的了。 把惯性的概念和受力的概念混淆起来，把日常生活中 “运动物体有冲力”的习惯说法与物理学中的力的概念混淆起来。要不断分析物体因惯性要保持原有的运动状态与因受力而改变运动状态之间的区别，加深对惯性和力的概念的理解，防止凭空捏造出一些 “力”来。 把压力拉力与重力混淆学生常认为物体对水

23、平地面的压力或对悬吊它的绳子的拉力就是重力。要从性质上区别这些力：物体对水平地面的压力和对悬吊它的绳子的拉力在性质上是弹力而不是重力。 把重量和质量混淆。由于物体的质量是多少千克，可以认为它的重量也就是多少千克。这就使学生容易把两者混淆起来。应在讲课时使学生理解两者的区别和联系。 把力的名称乱套，造成把力重复计入的现象。例如：认为放在光滑斜面上的物体除受到重力和斜面支持力之外，还受到一个下滑力的作用。教学中要使学生理解力的各种命名的意义。1.2 路程和位移的概念。 学生在初中对路程已比较熟悉，但位移则是一个新的概念，而且位移是一个矢量，它的数值在二些情况下等于路程，另一些情况下则不相等，甚至可

24、以在路程很长的情况，物体的位移为零，学生觉得不易理解。讲课时，在引入位移概念时，可举一些例子，例如：我们知道轮船从某一港口出发，航行了20的千米的路程，我们也不能确定轮船在这段时间内位置的改变，因为轮船是可以向任意方 向沿着任意轨道行进的。从而提出引入一个新的物理量位移的必要性。要指出位移和路程的区别。只有在质点沿着某一不变的方向做直线运动时，位移的大小才等于路程。1.3 功和能的概念 功和能是既有密切的联系而又意义不同的两个概念。由于它们联系密切，单位相同，在某些特殊情况下数值相等。因此，学生容易把两者等同起来,认为功就是能。讲述各种能的概念时，要紧紧抓住一条基本的线索，就是从功和能的联系中

25、引入各种具体的能的概念。突出“功是能的变化的量度”这一基本点：动能的增量 ( 而不是动能 ) 等于外力做的功；重力势能增量的负值 ( 而不是重力势能 ) 等于重力做的功；弹性势能增量的负值 ( 而不 是弹性势能 ) 等于弹力做的功。1.4 冲量和动量的概念冲量和动量也是两个既有密切联系而又意义不同的概念。由于它们在某些特殊情况下大小和方向相同，两者量纲也相同，因此，容易混淆起来。1.5、动能和动量的概念动能和动量这两个概念，学生也容易发生混淆。有些学生虽然能背出这两个物理的定义，却不理解它们意义上的区别。有的认为动能较大的动量也一定较大。应引导学生把二者对比，找出它们的如下区别：定义不同。动能

26、是标量，动量是矢量。动能是与外力做功有密切联系的物理量，这种联系由动能定理体现出来；动量是与力的冲量有密切联系的物理量，这种联系由动量定理体现出来。单位不同。2 不理解物理定律的真实含义、研究对象和适用条件。 学生往往把力学中定律背熟了，公式记住了，但在具体应用时却错了。问题出自什么地方呢？对基本概念理解不够透彻，导致对反映各个物理概念之间关系的物理定律理解模糊，是产生问题的原因之一。另一方面，对各个物理定律的研究对象和适用条件认识不足，也是导致错误的原因。常见的错误有： 没有正确理解牛顿第二定律的意义。有些学生把由牛顿第二定律得到的公式理解为：物体的质量m与外力F成正比，与加速度a成反比。这

27、种说法，从数学的角度来看是可以的，但在物理观念上却完全错了。讲牛顿第二定律时，就应指出这一点。有人把ma当作一个外力，认为“质量为m的物休以加速a沿水平方向做加速运动时，沿水平方向到三个力的作用：拉力F、摩擦力f和加速力ma。”这种说法也是错误的。根据牛顿第二定律只能说ma等于F和f这两个力的合力不能认为它是沿水平方向施于物体的第三个力加速力。 把牛顿第三定律与二力平衡条件混淆。学生一般都能说出“作用力与反作用力是作用在不同物体上，不能相互平衡”的结论，但具体分析物体受力情况时，却常把作用力与反作用力看成是作用在同一个物体上，并互相平衡。 机械能守恒定律与动量守恒定律，常见的错误是：（1）不明

28、确这些定律的研究对象。这两个定律的研究对象都是系统。一些学生只知道 “守恒” ,至于谁 “守恒” ，就很模糊了。动量守恒定律指的是整个系统的总动量守恒，但系统中每一个物体的动量并不守恒。（2）不注意这两个定律的适用条件，或者把这两个定律的适用条件混淆起来。（3）不注意分清初始状态和终了状态。3不理解图象的物理意义，特别是分不清一些相近的物理图象所表示的意义。 在直线运动的图象中，学生对加速度方向与初速度方向相反的匀变速运动的速度时间图象理解比较困难，特别是利用这个图象求物体运动的位移和路程时常发生错误。学生常搞不清振动图象与波的图象的意义和区别。在振动图象中，不懂得如何根据图象判定各时刻的速度

29、和加速度的方向，在什么时刻速度及加速度为最大道或零。在波的图象中，不理解横坐标轴表示什么，如何确定质点的速度方向和确定同相和反相的质点，不能正确画出不同时刻的波的图象。4 解题中常见的错误。受力分析错误。受力分析是正确解决力学问题的关键。由于学生对力的概念理解不透彻，进行受力分析时发生错误是常见的。乱套公式。有些学生不重视物理过程的分析，不管公式的物理意义，不问适用的条件，乱套公式。没有正确运用交分解法。 正交分解法是力学解题中一种常用的方法。学生应用这种方法常见的错误是：列出各个矢量的分量时有遗漏；用三角函数计分量时有错误（如正弦函 和余弦函数相互用错）；各个分量的正负号有错误；不能由合矢量

30、的分量正确地求出合矢量，特别是不能正确地求出合矢量的方向（当合矢量方向不是在第一象限时，错误更常见）。此外，一些学生常常不知道如何恰当地选取坐标轴的正向以使得计算较为简化。单位问题。容易产生错误的是：加速度的单位，应用牛顿第二定律时力（特别是重力）和质量的单位，功和能的单位，率功的单位以及冲量和动量的单位。 第五章 力学问题的解题策略 力学解题策略，是指学生解决力学问题时用来调节他们的注意力、学习、回忆和思维的技能。它包括解题思路、解题过程中具体思维方法的运用和解题步骤等。这里研究的是解决力学综合题的一般步骤。1 把握解决力学综合题的三条线索、五大规律三条线索：考查有关物理量的瞬时关系时优先考

31、虑牛顿第二定律；研究对象为单一物体时优先考虑两大定理，即涉及时间问题时优先考虑动量定理，涉及位移问题时优先考虑动能定理；如果研究对象为一相互作用的物体系，应优先考虑两大守恒定律，特别是相对位移（或相对路程 ）问题优先考虑能量守恒定律 。五大规律 ： 牛顿第二定律 。 两大定理 ：（1）动量定理；（2）动能定理 。 两大守恒定律 ：（1）动量守恒定律 ；（2）能量守恒定律。2 分析过程，构建物理模型物理是研究物质运动的一般规律和物质基本结构的学科。解答力学综合题首先要认真 审题，仔细分析过程，将题目包含的物理过程找出来，这样把一道力学综合题分解成几个小题目，然后各个击破。在分析题目时要注意构建物

32、理模型，如碰撞打击模型、子弹打木块模型、人船模型等。例如，构建人船模型是应用和延伸平均动量守恒求位移的一种方法，单摆在摆动中满足机械能守恒。合理构建物理模型可使复杂问题简单化，有助于学生正确快速地解答问题。 3 做好受力与运动情况的分析力学综合题常涉及物体受力和运动两个方面，因此在解答时要对受力对象进行受力分析和运动情况分析。做受力分析时分清楚力的方向以及恒力、变力、做功力、不做功力及其做功的正负，另外，如果研究对象是系统整体时要注意区分内力和外力。在进行运动情况分析时要注意分析运动性质，如是否是匀变速运动或类平抛运动。还要注意运动的特点如 运 动 过程中能量是否守恒 ，动量是否守恒。最后还要

33、分析运动的初末状态以及运动过程之间的系，如时间关系、移关系等。做好了这两个方面的分析可以说一道题已经解答了百分之八十 ，可见受力分析与运动分析非常关键。4 运用多种思维方式，理清解题思路这些年高考考试大纲中明确提出考查学生运用数学方法解决物理问题的能力，所以要结合题目的实际情况综合运用由已知到未知、由未知到已知、假设、反证、极限综合等多种思维方式，在分析过程中尽量理清解题思路。例如，要判断一个物体的运动性质，我们可以先假设物体做匀变速运动 ，然后分析加速度恒定 ，如果加速度是定值则假设成立，不是定值则假设不成立，这样利用假设法来推理可以轻松解答这类题。 5 注意动量和能量知识相结合 这几年高考

34、题目综合性较强，很多需要把动量和能量知识结合起来解答，而且有的题目要反复运用某个或某几个定律来解答。可见动量、能量知识相结合是另一个需要注意的问题。另外，解答力学综合题时，如有必要可画草图帮助审题，尤其是带电粒子在电磁场中的动力学问题只要画粒子的轨迹图问题就会迎刃而解。第六章 结论 在高中物理各类考试中，力学综合题都是重点和热点问题。力学综合题之所以成为各类考试和考察的侧重点，主要在于力学综合题对教学效果与学生物理学习水平的检查有重要作用。高中物理力学综合题的重要性，要求我们必须掌握相应的解题方法。所以，在解答高中物理力学综合题时不仅要认真审题，弄清楚题意，还要对研究对象进行确定，正确运用解题途径与规律。只有这样才能确保该种类型题目的得分率，才对提高学生的学习成绩有很重要的作用。