比如,已知物体的初速度V0、加速度a、时间t,怎样求运动的距离S?这个场景非常常见,“苹果下落1秒后落了多远?”就是这类问题(V0=0,a=g=9.8,t=1)。
那要怎么做呢?
非常简单,要求距离S就得借助关系2(S=(V0+Vt)×t/2),这里V0和t都有了,就差一个Vt,而Vt能够根据关系1(Vt=V0+at)得到。
所以,最终的结果就是把关系1的Vt代入关系2,这么我们就能得到了一个不含Vt的关于S的表达式。
你亲自去推一下,就会得到这么一个结果:S=V0t+at⊃2;/2。
这个式子非常常用,可是我非常不建议你立即把这个公式死记下来,然后用它去套各种题目。
因为这个式子的物理意义不是很明显,你能够把这个式子记下来,但很难看清它背后的物理图像。
假如你把过多的精力放在记忆这类物理意义不明显的公式上,尽管短时间内可以提升解题速度。但长此过往,会逐渐丧失对物理图景的把握,会认为物理越来越无聊,就是一堆公式游戏,那就完蛋了。
物理学是描述自然的,自然就在我们眼前,我们能看到,能感觉到。所以我们用来描述自然界的物理语言,也应该是能看到,能感觉到的。
我们学习物理,要尽力看清公式背后的物理图像,假如你认为那些公式非常简单,那物理就会很简单。
因此,整篇文章都在告诉你高中物理的框架是什么,怎样看清它的物理图像。我们想告诉你,物理学的每一种想法,每一个公式的来源都是有理有据有节操,合情合理又合法的。
关于物体的运动部分,我们只要知道描述物体运动的5个物理量之间有2个意义非常明确的关系式,其它公式都能从这里推出来就完了。
5个物理量,2个方程,你想推导不包含哪个物理量的方程,用消元法把它消掉就行了,不用死记它们。我们须要记住的是牛顿力学处理问题的一般方法,以及这背后的物理图像。
再回到上面的式子,不包含Vt的公式是这么的:S=V0t+at⊃2;/2。你须要这个公式时,临时推一遍就完了,耽误不了你多少时间。推导次数多了,很快就自然记住了。
你因为推导次数过多自然记住的,比死记下来的效果强太多了:第一,你永远不用担忧会忘记公式;第二,作为出发点的那两个关系式的物理意义足够明显,所以你会认为推导结论的物理意义也足够明显;第三,这个过程会锻炼你的逻辑推理能力,喜欢推公式的人,数学、物理都不会差。
假如没有理清物理框架,没有看清公式背后的物理图像,只是死死地记住了一堆结论,记住了一堆特定问题的特殊解法,那物理会学得非常痛苦。
好,再来试一个,假如把时间t消掉,初速度V0、末速度Vt、加速度a、距离S之间就会有这么一个关系式:Vt⊃2;-V0⊃2;=2aS。相同,别去死记它,别把非常有意思的物理搞成了无聊的字母游戏。
本着这类精神,你会发现出题人在物体运动状态这一边能动的手脚也非常有限,无非就是在这几个量之间变来变去。
20
场景复杂化
再回到核心的牛顿第二定律F=ma上来。
在这篇文章里,我坚持在牛顿第二定律后面加上了F=ma,假如你能看到这里来,看了这样多遍F=ma,应该形成条件反射了吧?
牛顿第二定律F=ma是整个牛顿力学的核心,它把物体的受力状况和运动状况联系在了一起,并且告诉我们物体受力以后要如何运动。
围绕它出题,也只能一方面把物体的受力状况复杂化(添加各种各样的力,复杂化受力分析),一方面把物体的运动状况复杂化(V0、Vt、a、t、S五个量颠来倒去的变)。
假如还不够复杂,那就增多场景的数量。
比如,我让小球从光滑斜面上滚下来,这非常简单。那好,我再增多一个场景:小球滚下来以后再经过一个摩擦力无法忽略的地板,在摩擦力的作用下慢慢减速。
还不够复杂?那我再增多一个磁场(电场),让小球滚进磁场(电场)里运动;加一个弹簧,让小球被反弹运动;加一个传送带……