讲透高中物理 力学

什么是物理学？这个问题似乎太大。中国科学院物理研究所研究员曹则贤在视频演讲中曾经说自己学习物理十几年并且后来从事物理方面的工作又十几年都没有想过这个问题，认真思考以后给出了非常睿智的回答：“物理学是一种什么都想理解的渴望，或曰野心。”高中物理课本（人教版2019年第1版）中则将其概括为“研究物质（课标补充：物质的基本结构、相互作用）及其运动（作者补充：变化也是一种运动）规律的科学”，这里的运动显然并不仅仅指位置的变化，还指各种运动的发展变化。

物理学科的重要性是毋庸置疑的。《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）中指出，物理学是自然科学领域的一门基础学科……基于观察与实验，建构物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系……始终引领着人类对自然奥秘的探索，深化着人类对自然界的认识，对化学、生命科学、地球与宇宙科学等自然科学产生了重要影响，推动了材料、能源、环境、信息等科学技术的进步，促进了人类生产生活方式的变革，对人类的思维方式、价值观念等都产生了深远影响，对人类文明和社会进步作出了巨大贡献……高中物理课程在义务教育的基础上，帮助学生从物理学的视角认识自然，理解自然，建构关于自然界的物理图景；引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力；引领学生认识科学的本质以及科学·技术·社会·环境（STSE）的关系，形成科学态度、科学世界观和正确的价值观，为做有社会责任感的公民奠定基础。赵凯华、张维善老师在《新概念高中物理读本》（人教社2006年第 1版）中更简单地概括说：“物理学是自然科学的基础，更是当今众多新技术的源泉，发展的基石。”课本的序言部分讲得更具体详细，大家可以自己品味。

所以我们可以更直白一点概括高中物理：有趣、有理、有用。

但高中物理又常常被认为是一门很难学的课，因为物理“既是一门实验科学，也是一门崇尚理性、遵循逻辑推理的理论科学”（课本序言），在中学阶段，需要较强的数学能力以及“深刻的洞察力与想象力”，甚至是直觉。

人们都说兴趣是最好的老师，杨振宁先生说“研究物理学的动力是好奇心”，爱因斯坦也说“能激发学生的兴趣与好奇心是教师的最高水平”。学生兴趣与好奇心的萌发容易，但保护这些萌芽、培养持久的兴趣又离不开一个个问题解决的正面反馈与激励，离不开一个个小台阶的上升。具体到学习的过程，除了听课过程的学会与想明白，还有自己顿悟到一些道理的恍然大悟与豁然开朗，还有畅快淋漓地解决物理问题的成就感与学习成绩提高的荣誉感的不断激励。中学遇到的物理问题的主要表现形式是习题，习题是情境高度简化、条件相对明确的物理问题，解决真实的物理问题不能跳过这一步。所以严济慈先生说：“要学好物理而不做习题是不可想象的。”

做物理题为什么会难、会卡？可能是对概念、规律不理解，或者理解不清晰、不准确，也可能是思路、方法不对，又或者是对问题的各种理想化条件不了解，因而不能想象出恰当的情境与模型。

于是我们可以再次概括高中物理：有难度、有方法、有滋味、得用心。

在网络如此发达的时代，如果我们挑选全国最好的老师把每一节课都录制成视频让全国的中学生上课，是不是就整体提高了全国的教学成绩？答案是否定的，因为适合的才是最好的，由于学生情况的不同，最适合的课当然也不同；即使同样的讲法，节奏快慢也会不同；即使同样程度的学生，由于课堂上突然想到的问题不同，也会影响课堂教学的发展。

在信息时代，网络上有无限多的讲解，总有一款适合我的吧？可能也不行。搜索和选择的时间成本是学生无法承担的。

搜索、组合资源后与老师的知识和经验相结合，整理出适合自己学生的教学材料，并时刻根据学生的反馈进行有效互动，是老师不可或缺的独特工作。而一套适合学生随时按需查阅的参考书，就相当于身边一位能够即时答疑解惑的老师。我们这一套书就希望实现这个目标。

本书基于编著者对各种程度学生学习中遇到的困难和学习习惯的充分了解，以及对中学物理教学内容的熟练把握，凝结了编著者毕生的教学经验与思考。写作时，我时刻想象有学生坐在我的旁边，而且可能随时提出疑问，我按照学生在高中阶段的学习节奏，依托课本，根据学生的认知基础，引用学生熟悉的生活素材逐步引导；引导学习习惯，引导看书习惯，引导理解新知识，引导分析物理问题。在前面的几章内容中，学习习惯与学习方法的引导会多一些，后面则逐步地聚焦到对知识与问题本身的思考和理解，也始终穿插编著者的一些人生感悟以及风趣幽默的奇思怪想，看似离题万里，细想会心一笑。

本书精选了部分习题，主要以历年高考题为主，毕竟这些题目都经过命题人员的认真推敲，都是很严谨的。但问题的讲解不同于大部分习题集的标准化与直白解答，而是从读题出发引导思考“这一句话是什么意思”“为了解决这个问题，我们该从哪里入手”“这个问题我可能解决不了，但我可以解决其中的哪些局部问题”，从而引导学生自己发现、自己想通。学生看到习题最好先不要看解答或者提示，要先想一想自己明白什么、还不明白什么，再看解答与提示，收获会更大。为此，许多例题、习题的题目与分析解答是分开的。至于为什么选用这些题目，如果读者也能进一步思考并且在想象中和编著者相视一笑，那是对编著者极大的精神鼓励。

我们也可以简单概括一下本书的特色：理解你、接地气、不枯燥、随时查。

我最早教过的学生的孙子也已经上学了，当然我现在也还在教学生。但我见到过去的学生总是感觉很内疚，内疚于当时教他们时自己对知识的理解不到位、方法不得当、思路不简洁，甚至关心谈话不够，而且大概以后还会对现在的学生内疚，因为学然后知不足，教然后知困、知进，学无止境，教也无止境。如果大家做了家长，还想思考当初那个物理课究竟该怎样学、现在孩子的物理课为什么成绩不好，想实打实地帮助自己的孩子，那就阅读这本书吧。

本书对于新入职的年轻老师也算是倾其囊、尽其有，就像师傅带徒弟那样全面、细致，而且可随时回顾，有益于他们迅速成长为优秀的中学物理老师。

本书的主要参考资料为大学普通物理教材和现行各种版本的高中物理教材，还有沈克琦教授主编的《高中物理学》（中国科技大学出版社，2015年7月第1版），以及赵凯华、张维善教授的《高中物理读本》，还借鉴了美国主流理科教材《物理原理与问题》（钱振华等译，浙江教育出版社2005年出版），一些科学史方面的知识主要参考郭奕玲、沈慧君教授的《物理学史》（清华大学出版社，2005年8月第2版）和吴国盛教授的《科学的历程》（北京大学出版社，2002年10月第1版）以及一些网络资料。本书部分思想与灵感来源于曹则贤教授的《物理学咬文嚼字 增补版》（中国科学技术大学出版社，2018年5月第1版）。

由于编著者知识与经历以及理解能力的局限，本书疏漏与不足之处在所难免，如蒙赐教，不胜感激。

    本书依托高中物理新课程标准，紧扣《高中物理教材（人教版）》（2019年6月第1版，2022年8月第4印次，其中第1~4章对应课本必修一，第5~8章对应课本必修二，第9~11章对应课本选择性必修一的相应章节），对于中学物理的力学部分的知识内容、逻辑体系做了系统的梳理和丰富的展开。本书风格类似课堂实录，以聊天的形式娓娓道来，对于学生学习中的难点、卡点做了巧妙的梳理和解答，以经典习题举例说明高中物理常见问题的分析思路和方法，在不使用超纲知识的前提下对部分内容进行了形象类比和思维点拨。
    本书是高度概括的教材与海量习题之间的衔接、过渡、引导与催化，是高中一线物理教师基于中学生知识基础与思维特点的耐心辅导与答疑解惑，类似慈祥长者在饭桌边与自己孩子的平易对话。本书结构新颖，文字活泼幽默，思想深刻自然。
    本书适用于高中物理学习的同步指导，也可供学有余力的初中生提前预习、了解高中物理知识，还可作为新入职青年物理教师的“实操攻略”。对于想同孩子交流物理学习的家长，本书可提供很好的引导；对于中学物理教学同行，本书对各“众所周知”的问题提供了一些可能不同的视角，可作它山之石。

段宝维，男，中国人民大学附属中学高级物理教师，中学生物理竞赛金牌教练，省学科带头人，从事高中物理教学30多年，连续10年担任人大附中“拔尖创新人才早期培养项目（简称'早培班'）物理教学工作，常年资深高三实验班任课教师，学生高考成绩优异。讲课风格生动幽默、直击灵魂、引人深思，擅长用最朴素简洁的语言讲述中学物理概念、规律、思想、方法，深受学生喜爱。

第1章运动的描述

11位置的确定

12位置的变化

13匀速直线运动与变速直线
运动：科学起于分类

14位置变化的快慢

15速度随时间的变化

第2章匀变速直线运动的研究

21中学物理实验

22匀变速直线运动规律

23vt图像

24匀变速直线运动的一些
特殊规律

25常考的实验：研究匀变速
直线运动

26自由落体

27习题课

第3章力

31力是物体对物体的作用

32重力

33弹力

34关于弹力的一些讨论

35摩擦力

36牛顿第三定律与简单
受力分析

37力的合成与分解

38实验：探究两个互成角度的
力的合成规律/验证力的
平行四边形定则

39共点力的平衡

310习题课（一）三力平衡
问题再分析

311习题课（二）力的正交
分解法的应用

312习题课（三）整体法与
隔离法

第4章牛顿运动定律

41“段子老师”看牛顿

42理解牛顿第一定律

43牛顿第二定律

44力学单位制

45超重、失重

46习题课

第5章平抛运动

51曲线运动

52运动的合成与分解

53探究平抛运动的特点

54抛体运动的规律

55习题课

第6章圆周运动

61圆周运动快慢的描述

62向心力

63向心加速度

64生活中的圆周运动

65离心现象

66曲线运动中的超重与
失重

67圆周运动和其他运动的
合成

第7章万有引力与宇宙航行

71行星的运动

72万有引力定律

73万有引力理论的成就

74再讨论一下重力

75人造地球卫星

76黑洞双星拉格朗日点

77从绳系卫星到引潮力

第8章机械能守恒定律

81功和能

82功

83功率

84动能和动能定理

85势能

86机械能守恒定律

87机械能守恒综合练习
习题课

88机械能不守恒问题

89系统机械能损失的两种
隐蔽情景

810追寻守恒量

第9章动量

91动量、冲量、动量定理

92应用动量定理分析解决几类
典型问题

93动量守恒定律及应用

94碰撞和类碰撞

95实验：验证动量守恒定律

96动量能量综合习题课

第10章机械振动

101简谐运动

102简谐运动的描述

103简谐运动的回复力和
能量

104单摆

105实验：用单摆测重力加
速度

106阻尼振动与共振

107习题课

第11章机械波

111波的形成

112波的描述

113习题课（一）用波的图像
与振动图像分析问题

114波的反射、折射与衍射

115波的干涉

116一些干涉现象和应用
分析

117多普勒效应

118习题课（二）与波的特性
有关的问题

参考文献

001001008016018027033033040042045046048050074074076080085089099106112114121133141148148149151157161167193193198206213216224224230233236248250252253253258261263269274282288288290300307316324334343347352354354361367380388390402403408413413417420424428429432437443447454457459463

    本书依托高中物理新课程标准，紧扣《高中物理教材（人教版）》（2019年6月第1版，2022年8月第4印次，其中第1~4章对应课本必修一，第5~8章对应课本必修二，第9~11章对应课本选择性必修一的相应章节），对于中学物理的力学部分的知识内容、逻辑体系做了系统的梳理和丰富的展开。本书风格类似课堂实录，以聊天的形式娓娓道来，对于学生学习中的难点、卡点做了巧妙的梳理和解答，以经典习题举例说明高中物理常见问题的分析思路和方法，在不使用超纲知识的前提下对部分内容进行了形象类比和思维点拨。
    本书是高度概括的教材与海量习题之间的衔接、过渡、引导与催化，是高中一线物理教师基于中学生知识基础与思维特点的耐心辅导与答疑解惑，类似慈祥长者在饭桌边与自己孩子的平易对话。本书结构新颖，文字活泼幽默，思想深刻自然。
    本书适用于高中物理学习的同步指导，也可供学有余力的初中生提前预习、了解高中物理知识，还可作为新入职青年物理教师的“实操攻略”。对于想同孩子交流物理学习的家长，本书可提供很好的引导；对于中学物理教学同行，本书对各“众所周知”的问题提供了一些可能不同的视角，可作它山之石。

段宝维，男，中国人民大学附属中学高级物理教师，中学生物理竞赛金牌教练，省学科带头人，从事高中物理教学30多年，连续10年担任人大附中“拔尖创新人才早期培养项目（简称'早培班'）物理教学工作，常年资深高三实验班任课教师，学生高考成绩优异。讲课风格生动幽默、直击灵魂、引人深思，擅长用最朴素简洁的语言讲述中学物理概念、规律、思想、方法，深受学生喜爱。