给小朱的第7封信:如何学好物理

小朱好,这封信聊聊物理哪些事儿。

据说有些幸运儿能够毫不费力地学好物理(这么说真是没心没肺),但其他人想取得好的物理成绩,则必须付出大量的努力。
2020年上海高考选物理的仅有1万2千人,依然是六小门中人数最少的。

巅峰难度唯物理,莘莘学子竞折腰。

好在只要学习重要的基础技能,并经常练习,几乎所有人都能掌握物理教材中的知识。但是,理解物理甚至比取得好成绩更加重要,因为控制世界运作方式的是一些看似神秘的力量,而更好地理解“物理”(名如其意,相由心生)能够帮助我们了解这些力量。

知乎最高票回答说:高中物理题,基本核心就是一个,运动,运动的核心是什么,无非就是力。

最简单的是通过分析,得出物体受力,然后受力又分为重力,弹力,压力,电场力,磁力等等。通过电场力,又能分析出有关电场的一系列属性。说白了就是拆解,无论是已知运动去求力,还是已知力去求运动,只要对总体有个概念,运动无非就那几个,力也无非就那几个,从题里面扣线索,缺哪个就找哪个。

不要小看这种拆解,拆解就是找到解决问题的思路。这么说来天天嚷嚷的“终评”也就是一种“拆解”:拆解“物”,找到“理”。这种理和朱熹之流的蛮不讲“理”有什么区别,区别在于摆事实,讲逻辑。

比如,我们都看过 WHAT IF 上的一个问题:《星球大战》里尤达大师的原力输出功率有多大?
在看作者兰道尔·门罗的拆解方法前,建议你先回忆一下,或者自己想一想解决的思路是什么。

门罗的拆解方法用的就是高中物理学的三种东西 — 概念,实验定律,模型

第一步,概念。

比如,我们学到电流时,书上告诉你电流的公式是 I= q / t,这个公式不需要问为什么,因为我们就是这么定义电流的(电流为单位时间通过截面的电荷量)。如果没掌握,直接翻书就好了。

在尤达大师这道题目里,基本概念有两个,一是原力,二是功率
1 功率,是指物体在单位时间内所做的功的多少,公式也很直白,是 P = W / t
2 原力是一种超自然的神秘力量 ,就玄乎了。好在导演爸爸卢卡斯同时表示,原力是一种能量场,能够举起有形的物体。这就好办了,举起物体就是在做功。
到这里基本思路是让尤达大师举一件重物,计算功率。

第二步,定律。

定律也叫实验定律。他们都是科学家通过做实验得出的规律,他们不能通过其他物理或者数学规律经过数学推导得来。功的计算就属于这一类。具体来看一下:
1 功,是指力对位移的累积的物理量,尤其是指通过使物体朝向力的方向移动的力的作用下能量的转移。公式是 :

这里的E 是 “动能”的变化, 从Ek0增至Ek,

2 动能,是指是物质运动时所得到的能量。它通常被定义成使某物体从静止状态至运动状态所做的功。(维基百科)
研究“从静止状态至运动状态”?说人话就是速度变化
什么定律研究力和速度变化的关系?
牛顿的
想一想?

对了,是 牛顿第二定律

牛顿第二定律又称为“加速度定律”。
基本的公式很美:F = ma
被誉为 经典力学 的灵魂。在经典力学里,它能够主导千变万化的物体运动与精彩有序的物理现象。牛顿第二定律的用途极为广泛,它可以用来设计平稳地耸立于云端的 上海中心 摩天大厦,也可以用来计算从地球发射火箭登陆月球的运动轨道。
溢美之词如黄河之水滔滔不绝,文科生的废话就是多。

在获得这些实验定律后,经过数学推导,获得一些新的定理,比如用速度、质量计算功的公式:

推导就10行(使用到积分),很精彩,未来你会学到。

到这里,解题思路已经通顺了,就是让尤达大师举一件重物,通过测量重量,速度,时间,利用上述公式计算出功率。

这里插一句:
在高中阶段定律的实验,和逻辑推导过程,才是高中物理的精华。
哪些定理可以推导得到的,建议最好掌握定理推导。如果某条定理没有出现在书上,那么不建议机械记忆该定理(记住也不会用)。

高中涉及的实验定律有多少?
数了数一共只有13个:
自由落体定律、牛顿第一定律、机械能守恒定律—三个定律都是伽利略思想实验的产物?
牛顿第二定律—小车和打点计时器
胡克定律—弹簧弹力和伸长量
万有引力定律一牛顿的思想实验?与卡文迪许扭秤
库仑定律—库伦扭秤实验
欧姆定律,焦耳定律—初中实验
电阻定律——初中做了定性实验,高中引入电阻率概念
法拉第电磁感应定律——电生磁磁生电实验
楞次定律—也是实验
斯涅尔定律(就是初中光折射反射定律)—初中实验

所以高中物理中所有的实验定律,其背后的实验都必须牢固掌握。

第三步,模型。

模型的学习也就是将学过的概念和定律,应用的具体的题目当中去。刚才已经可以看出,整个高中阶段,涉及的概念、定律、实验并不多。如果学完以后,背了一堆结论,或者疯狂刷题,做一道算一道,这些物理模型(或者说是题型,或者做题套路)对你就没有意义。
模型一般还是要来源于老师的课堂笔记和一些题目的练习。物理模型(或者叫题型)的意义用一句话总结,叫:“补全你的方式组”。

以尤达大师的例子,最能展现原力风采的是他在达戈巴星球上把卢克的X战机,从沼泽中提出来。方程式中要补全:
X战机的重量 (得要知道质量、达戈巴星球的重力加速度)
和X战机提升的速度有多快

建议你看一下 WHAT IF 作者是怎么做到的,这就是应用能力的训练。

reference:
1. wikihow:如何学好物理
2. 知乎:如何学好高中物理
3. 维基百科:牛顿第二定律

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