高中物理機(jī)械振動解題規(guī)律探究

摘 要：隨著新課程改革的深入實(shí)施，各學(xué)科都開始重視學(xué)生的素質(zhì)教育，并重視培養(yǎng)學(xué)生的閱讀與理解能力及提煉關(guān)鍵點(diǎn)的能力。高中物理教學(xué)經(jīng)過不斷創(chuàng)新，不斷注入新內(nèi)容，以及加入現(xiàn)實(shí)生活的情境要素，已經(jīng)變得更加貼近生活，貼近社會熱點(diǎn)。與此同時(shí)，學(xué)生在解題方面也要更加注重規(guī)律。在物理學(xué)科中，機(jī)械振動是新高考考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，出題頻率高、形式多樣。基于此，本文總結(jié)了高中物理機(jī)械運(yùn)動的解題規(guī)律與解題要點(diǎn)，希望對學(xué)生有所幫助。

關(guān)鍵詞：高中物理;機(jī)械運(yùn)動;解題規(guī)律

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-624X（2021）24-0062-02

引 言

物理中，機(jī)械振動的相關(guān)知識已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，如心電圖、核磁共振等。機(jī)械振動在高中課程中也有重要的體現(xiàn)，因此加深學(xué)生對機(jī)械振動規(guī)律的認(rèn)識和理解是很有必要的。在新一輪高考改革的新形勢下，學(xué)生掌握相關(guān)知識，提高解題能力變得尤為重要。廣大教師需要進(jìn)一步探索高中物理機(jī)械振動中的問題解決規(guī)律，以提高學(xué)生解題效率，同時(shí)加深學(xué)生對該知識點(diǎn)的理解，并使學(xué)生將這些知識真正應(yīng)用到實(shí)際生活中。

一、高中物理機(jī)械振動知識的考查點(diǎn)

在機(jī)械振動中，振動的強(qiáng)弱是用振動量來衡量的，振動量既可以是振動的位移，也可以是速度或者加速度。機(jī)械振動的研究對象是質(zhì)點(diǎn)，主要研究質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀況。學(xué)生經(jīng)過此前對高中物理的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對常見的運(yùn)動有了充分的認(rèn)識，并能熟練地解答習(xí)題。而機(jī)械振動同樣也是以質(zhì)點(diǎn)為研究對象的一種運(yùn)動形式，但與我們學(xué)過的運(yùn)動有所不同，機(jī)械振動獨(dú)特的專有名詞為振幅、周期、頻率等，它們都是用來描述機(jī)械振動特征的物理量[1]。

機(jī)械振動可以分為多種類別，在高中物理機(jī)械振動的學(xué)習(xí)中，學(xué)生只學(xué)習(xí)簡諧運(yùn)動。在實(shí)際教學(xué)中，教師通過讓學(xué)生觀察單擺模型和彈簧振子模型時(shí)間和空間上的周期性變化來理解相關(guān)物理量的周期性變化，可以顯著提升學(xué)生的判別能力及對簡諧運(yùn)動的認(rèn)識程度，從而幫助學(xué)生掌握振動規(guī)律。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要了解其深度的運(yùn)動內(nèi)涵及基本概念特征，并能熟練地預(yù)算某一時(shí)間、空間點(diǎn)的振動情況。

機(jī)械波具有周期性，通常指傳播的時(shí)間和距離的周期性，T為波的周期。機(jī)械波的振動還具有雙向傳遞的特點(diǎn)，而這一點(diǎn)是學(xué)生解題過程中容易忽略的。

例1：（多選）一個(gè)質(zhì)點(diǎn)a做簡諧運(yùn)動的圖像如圖1所示，下列結(jié)論正確的是（? ? ? ）。

A.質(zhì)點(diǎn)的振幅為4 cm

B.質(zhì)點(diǎn)的振動頻率為0.25 Hz

C.質(zhì)點(diǎn)在10s內(nèi)通過的路程是20cm

D.質(zhì)點(diǎn)從t1=1.5s到t2=4.5s的過程中經(jīng)過的路程為6cm

振幅是質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離，由圖像能直接讀出;周期是質(zhì)點(diǎn)完成一次周期性變化所用的時(shí)間，也可直接讀出，再由f=求出頻率;質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)通過的距離是4A，根據(jù)周期性可求解質(zhì)點(diǎn)通過的路程。

二、高中物理機(jī)械震動解題規(guī)律的探究

（一）波速的表達(dá)式

波在均勻介質(zhì)中是勻速傳播的，由此可以得到波速的不同表達(dá)式為：

由教材中給出的公式推得更為普遍的公式。

（二）判斷橫波傳播方向規(guī)律

根據(jù)已知條件（如已知波的傳播方向），在原波形旁邊再用虛線勾勒出新的波形。如圖2所示。

（1）對波速方向的判斷：若新的波形如原圖2左側(cè)的圖所示，那么，波向左傳播;若新的波形如圖2右側(cè)的圖所示那么，波向右傳播，具體如圖3左側(cè)圖所示。

（2）對媒質(zhì)點(diǎn)振動方向的判斷：原波形中媒質(zhì)點(diǎn)的振動方向均垂直于傳播方向而指向虛圖，如圖3右側(cè)圖所示。

（三）媒質(zhì)點(diǎn)的周期及路程的計(jì)算

（1）波形圖上任何一個(gè)媒質(zhì)點(diǎn)的振動周期（或頻率）跟波的傳播周期（或頻率）一定相等。

（2）媒質(zhì)點(diǎn)在半個(gè)周期時(shí)間內(nèi)通過的路程是振幅A的2倍，一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)通過的路程是振幅A的4倍，但1/4周期時(shí)間內(nèi)通過的路程不一定是振幅A，只有在特殊條件下為振幅A。

若振動時(shí)間t可以寫成nr+T/2時(shí)，則振動質(zhì)點(diǎn)的路程是：S=4hA+2A。

若振動時(shí)間t可以寫成nT時(shí)，則振動質(zhì)點(diǎn)的路程是：S=4hA。

上述三條規(guī)律若學(xué)生能在解題中靈活運(yùn)用，將給解題帶來極大方便。

三、高中物理機(jī)械振動解題的疑難點(diǎn)

從日常的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中不難看出，首先，基于機(jī)械振動的彈簧問題是學(xué)生參加考試時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)，難在題目往往有一個(gè)以上的連接器，學(xué)生一看到就會產(chǎn)生恐懼心理。其次，運(yùn)動過程更為復(fù)雜，對學(xué)生物理綜合能力要求比較高，需要學(xué)生結(jié)合多方面的知識點(diǎn)進(jìn)行解題。它結(jié)合了牛頓運(yùn)動定律、機(jī)械能守恒定律、動能定律、動量定律等。對于這類問題，通常教師給出的建議是圍繞特定的位置關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行臨界條件分析，根據(jù)隱含條件解決整個(gè)問題。此外，學(xué)生還必須熟悉簡諧運(yùn)動過程中平衡位置的對稱性特征，如速度、位移、加速度等。

例2 ：如圖4所示，兩木塊質(zhì)量分別為m、M，用勁度系數(shù)為k的輕彈簧連在一起，放在水平地面上，將木塊m壓下一段距離后釋放，它就上下做簡諧運(yùn)動。在運(yùn)動過程中木塊M剛好始終不離開地面（它對地面最小壓力為零）。

在學(xué)習(xí)高中物理機(jī)械振動的過程中，為了提高學(xué)生解題的正確率，教師需要不斷培養(yǎng)、提高他們的解題能力，提高他們規(guī)范答題的水平。學(xué)生則要學(xué)好基礎(chǔ)知識，在做題的過程中不斷加深對相應(yīng)概念的理解，把握其特征并熟練運(yùn)用。與此同時(shí)，教師要不斷歸納總結(jié)探究解決機(jī)械振動相關(guān)題目的規(guī)律與方法，從而提升學(xué)生解決問題的效率。

結(jié)? ?語

物理這門學(xué)科研究對象很廣泛，但是歸根結(jié)底都是我們?nèi)粘Ｉ钪心軌蚪佑|到的東西。所以，在物理教學(xué)中，教師要充分與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系，幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識點(diǎn)，使這些知識不再抽象。總之，機(jī)械振動在高中物理教學(xué)中屬于重難點(diǎn)。學(xué)生必須找出解題的規(guī)律與方法，才能在高中物理的學(xué)習(xí)過程中不斷提高自己的水平，從而提高自己的物理素養(yǎng)。

[參考文獻(xiàn)]

周紅娜.高中物理機(jī)械振動解題規(guī)律探究[J].科學(xué)咨詢（教育科研），2020（08）：161.

作者簡介：孫健（1980.7—），男，吉林磐石人，中學(xué)一級教師，榮獲磐石市“優(yōu)秀教師”稱號，獲吉林市高考提高獎(jiǎng)。