《高中物理必修二》畅想

此时在教室，坐在电脑前，耳朵想起《新闻周刊》的巨大响声，学生在看这个节目。可是我还要控制住自己，就为了明天的课程。

必修二延续着必修一力学的知识，必修一讲“运动与力”，必修二总体上是讲“运动与能量”，当然这里的运动是比较复杂的运动，是曲线运动，不管在知识上还是在方法上，更加复杂了；当然对于能量这个名词，由于人们没有亲身的体会感受，感觉是比较抽象的，而对于它的作用与计算更是难以理解。

必修二学习的是曲线运动，那么首先要理解物体为什么会做曲线运动？曲线运动的条件是什么？这个需要学生从大量的事实中归纳出结论。在曲线运动中，学生主要学习的是平抛运动与圆周运动。如何认识这两种运动呢？运动主要是要认识他们的运动性质，比如它们的速度如何，如果是变速，是怎样的变速运动呢？它与直线运动不同，这是一维的，而曲线运动是在平面上的运动，是二维，即两个方向的，那么这两个方向运动如何呢？这就要学习运动的合成与分解，没错，类似于力的合成与分解。其实所谓运动的合成与分解，无非就是运动物理量如位移、速度、加速度的合成与分解——所有矢量都遵循平行四边形定则。

平抛运动的性质可以根据实验来验证两个方向的运动性质，也可以根据理论推导出来，推导的知识是“牛顿第二定律”，这个可以让学生去推导，一方面复习知识，另一方面增强推导能力。我想通过实验与理论的学习，学生掌握了知识与方法，对于知识的应用就不会难以接受，对知识的学习也容易提高兴趣。

然后说说圆周运动吧，当然也是从运动性质开始认识的，很容易认识到这是变速运动，根据圆的知识认识到，某时刻的速度方向是与半径垂直的。既然是变速运动，那么就有加速度，根据矢量的运算方法，它的加速度方向是沿半径方向，即指向圆心的。那么根据牛顿第二定律，它受到的力一定也是指向圆心的，这个就叫做向心力——注意向心力是根据效果来命名的。那我们来认识一下向心力，它是什么力，有什么作用呢？原来向心力可以是某个力、合力或者分力，它不是跟弹力、摩擦力相似的某个性质力，而只是根据指向圆心的特点命名而已。当然什么情况下是分力、什么情况下是合力，比如地面物体绕地轴做圆周运动，它是地球对它的引力的一个分力，又比如匀速圆周运动，根据运动的合成与分解，它没有切向的速度，即这个方向的加速度为零，也就是这个方向没有力，那么综合起来，物体只有向心力，也就是说物体所受的合外力都用来充当向心力。向心力的作用当然是产生加速度，具体而言是产生速度的变化，使得物体做圆周运动。

然后说说万有引力吧，万有引力是怎么发现的？这是首先根据天体运动观察提出来的，开普勒根据前人的经验与自己的大量观察计算，得出天体的三大运动定律，即天体做椭圆运动，太阳在椭圆的焦点上。假设天体做圆周运动（我们都是这么处理的），那么根据圆周运动的特点，天体一定受到指向圆心的向心力。这个力没有通过物质作用在天体上，它跟电磁场一样是场力，这个力的性质一定是吸引的——科学家把这个力叫做引力。后来牛顿发现除了天体受到引力外，地球上的物体落下来是受到重力的作用，他提出重力的效果与引力的效果是相似的，都是使物体无法脱离出去。他想重力应该是与引力性质一样的，或者说重力就是引力，也就是天上的力与地上的力都是同种性质的力，后来发现所有物体都具有相互的引力，从而提出万有引力概念，并得出万有引力的公式。原来，质量很小的物体引力是极其小的，比如原子核里核子间的力就远远小于核力从而忽略不计（当然电磁力也很小忽略不计）。万有引力通过实验得到证明，特别是得出了引力常量更使得它成为一个真理。

万有引力的发现有哪些作用呢？我们可以根据牛顿第二定律，即向心力等于万有引力（当然前提是要得出向心力的公式与向心加速度的公式）得出天体运动的速度、角速度、周期、向心加速度与半径。知道这些东西对于航天事业有什么作用呢？我们知道发射到不同的高度需要不同的发射速度，即第一、第二、第三宇宙速度，这些速度是如何计算出来的呢？比如第一宇宙速度，它是根据近地卫星的运行速度得出的。根据这个宇宙速度，那么火箭就需要很大的动力，因为动力大了，加速度就大，就能快速地达到既定的速度，我们采取的是三级火箭，当燃烧完后，自行脱落，减小火箭质量，从而增加加速度，使得火箭更快达到既定速度。

这是前面运动学的内容，那么后面的能量又是怎么回事呢？这个问题的提出是源于生活与生产的经验，比如我们发现高处的水往下冲才能使水轮机转动起来、机器必须燃烧产生高温高压气体才能让它工作，也就是说必须有一种东西减少才能有一种东西产生。这种东西虽然形式不同，但我们统一称之为能量，那么这里涉及一个叫做功的物理量。什么是功呢？它跟能量什么关系呢？人们发现，有力作用在一个物体上并使得物体产生运动，就说力对物体做了功。力做了功就有某种能量的东西减少而另一种能量增加，事实上我们就是根据物体是否能够做功来定义物体是否具有能量的，当然了根据物体由于不同的原因具有的能量物体就具有不同的能量，比如物体由于运动而具有的能量叫做动能、物体由于被举起高而具有能量叫做重力势能等。

再然后就是在功能的世界里根据生活生产经验找出它的规律，然后就有了动能定理，即合外力做功等于动能的变化，有了机械能守恒定律，即物体（或系统）在只有重力（或弹力或两种力）作用下，物体（或系统）的机械能守恒，有了能量守恒定律，即能量不会消失，只会从一种形式到另一种形式，但是总量保持不变——这个定律是19世纪最伟大的三大发现之一（19世纪三个伟大发现：细胞学说、能量守恒定律、生物进化论）。

在后面的热学内容部分，再一次通过热力学第一定律证明能量守恒定律的正确性，当然也证明了与热有关现象的方向性问题。

总之，这就是必修二的内容，概括出来就是“曲线运动与功能”，这就是我在教室、办公室、家里写出的关于必修二的畅想，既然是畅想就是写到哪里算哪里，希望你能跟随我来了解。