许多初中学生把物理力学这个板块戏称作期中考试路上的拦路虎, 同时也就是期末考试时的终结者。当他们碰到那些密密麻麻排列着的公式以及抽象难懂的受力分析情况时。
很大一部分同学会感到完全找不到解决问题的开头方法。实际上, 力学相关的公式并不是那种冷冰冰没有感情的符号。这些公式其实就隐藏在我们的日常生活细节里, 比如说穿衣、吃饭、居住、出行等方方面面中。
在学校里, 你如果观察过这个场景, 就会发现从“书包带”与“菜刀锋”这两个东西那里, 压强公式能够走进校园。当你背着沉重的书包来到学校的时候, 你是否注意到, 为什么书包一定要配上比较宽的背带, 而不是用比较细细的绳子?
等到你回到家里的时候, 你又有没有看到, 妈妈在切肉的时候, 总是要把菜刀磨得非常的锋利? 表面上看过去的这两件事, 似乎是完全不同的两个场景, 但其实在这两个场景的背后, 都隐藏着初中物理力学里面一个非常重要的压强公式, 那就是$P=F/S$。
在物理学里, 压强是用来描述压力所产生的那种作用效果的。不少同学在参加各种考试的时候, 都容易把“压力”和“压强这两个概念给混在一起。用最通俗的话来讲, 你背的书包到底有多重, 这个指的就是压力（$F$）, 而你的肩膀实际感受到的那种“痛感”, 代表的就是压强（$P$）。
你在背着那种里面装满了课本的书包的时候, 书包对你的肩膀产生的压力, 我们把它叫做F, 这个是固定不变的, 这个时候宽背带的用处就开始显示出来了, 它增加了受力面积S, 根据相关的公式来分析, 在分子F一直不变的情况下分母S变大了, 那么这个分数值P就会变小一些, 所以说宽背带能够让压强减小, 然后肩膀就不会感觉那么的疼痛了。
相反的话, 磨菜刀是为了把受力面积给减小掉。刀刃越薄的情况下的话, 那个受力面积 $S$ 就越小, 在力 $F$ 同样大小的情况下头, 产生的压强 $P$ 就变大了, 那么切肉的时候自然就是很顺了。
考试的题目的时候, 压强的应用题往往都是会结合上“改变压强的方法”一起来出的。你要记住这个生活里的逻辑的: 想要去减小压强的时候初中物理业务考试物理好资源网，要么是把力减小, 要么是把面积加大；要是想要增大压强的时候, 要么是把力加大, 要么就是把面积减小。
另外, 压强公式还有一个被称为“孪生兄弟”的东西, 那就是液体压强公式 P=rho gh。大家可以想象一下, 当你潜入到泳池的深处的时候, 耳朵会感觉到一种压迫感, 这种压迫感其实就是液体压强存在的一种表现。
这个具体的公式向大家传达了这样的信息, 也就是说, 液体所产生的压强仅仅是和液体的密度 rho 以及深度 h 这两方面因素有着关系。
在考试里面, 老喜欢问大家大坝为什么要建得上面窄下面宽, 或者深海里的鱼为什么不能马上游到水比较浅的地方去, 这里面的关键知识点就是深度 h 这个数值越大, 压强 P 这个量值也就越大的那个原理, 如果能把书包带子和潜水时候的那些逻辑搞清楚了, 那么关于压强这一章里头的那些公式, 就不会再让人觉得像是需要死记硬背的那种负担了。
场景二是从关于“推车”与关于“爬楼”的情况来看得清在力学学习里头功和功率这个公式的一些内容。这里要跟大家说清楚一点的是, 很多同学最容易把“功”这个概念给弄误会了的地方。物理学里面所讲的所谓“做功”, 还有我们普通老百姓日常嘴巴里常说的觉得身子骨累, 这完全是两码事。
接下来我们将要用一个生活当中很常见的场景例子来给大家细细地把这个问题拆解一下。假如说你拼了老大的力气去推那一堵墙, 最后弄得自己也是满头大汗的, 可是那堵大墙却依然一动不动地立在那里。此时如果有一位物理老师站在旁边问你, 你今天到底做的功是多大数值?
这就是功的计算公式$W=Fs$所告诉我们的要点。要做成某件事情, 必须同时满足两项条件初中物理业务考试，其中一项是把力量施加在物品上, 也就是$F$, 另一项是该物品确实沿着力的方向移动了一段路程, 即$s$。
就推墙这个情景来看, 尽管用力的大小$F$非常可观, 但是物体本身并没有发生位移, 因此$s$等于零, 于是算出来的功$W$也必然是零。在学生做的考试试卷里, 这类问题很多时候会用提着水桶一边往前走一边保持匀速这样的描述方式出现。
你可能会觉得非常累, 但是因为你向上提桶的力的方向是向上的, 而水桶移动的位移的方向却是水平的, 所以力这个方向和位移这个方向的之间是相互垂直的, 结果就是, 力没有对水桶产生做功这件事。
当我们把这个叫做功的概念给弄明白了之后, 功率这个名字所代表的那个概念就已经非常自然而然地出现了。让我们来想象一个具体的情景, 就是两个同学正在爬同一座教学楼。小明这个人花了 30 秒的时间完成了这个过程。小红这个人花了 1 分钟的时间完成了这个过程。
因为这两个人的体重情况是相同的, 虽然我们这里加了一个假设是说他们的体重一样, 再加上他们都爬升了相同的一个高度。根据那些大家都会用的公式 $W=Gh$ 来进行计算, 那么可以得出一个结论, 就是他们两个人所做的这个功是一样多的。
不过话要说回来, 小明在爬坡的时候表现得更快一些。这种更快的表现意味着他在每一个单位时间之中所完成的那些功更多一些。正因为如此, 所以才说他的功率更大。而这个功率的计算方法呢, 就是用 $P=W/t$ 来表示。
功率在考试的时候会经常出现在大家视野里面, 用功率可以很直接地衡量到机器的性能水平。举个简单的例子, 假设有两台起重机在进行作业, 它们都去吊起那些一模一样的建筑材料, 结果发现其中一台用的时间更短一些, 那么这台用时短的机器它所拥有的功率就是更大的。
还有呢, 在做实际题目的过程中, 关于功率还有一个特别实用、特别好用的推导公式, 就是这个公式的样式是 $P=Fv$, 它的具体含义就是功率等于力乘以速度。
这个公式可以解释为什么人们开车爬坡的时候必须去换成低速的挡位, 它说的是当发动机的那个大功率P保持不变的时候, 如果你把那个车速v给减小掉的话, 你就可以得到更大的那个拉力F, 通过说推墙和爬楼这两个具体的例子, 你能清楚地看到力、位移、做功啊还有功率啊这些概念是怎么一个个连起来的, 等以后考试的时候碰到了那种要计算很多东西的题, 你也可以很快地找到应该从哪里开始下手。
场景三是有关浮力公式的, 它是通过游泳还有曹冲称象这两个例子来说明的, 浮力这个物理量在初中的力学知识板块里面, 往往是给学生带来最大困扰的内容之一, 这主要是因为跟它关联在一起的数学计算公式数量很多, 并且具体的变化情形也比较繁杂, 假如说我们能够回到阿基米德当年在澡盆里洗澡并发现浮力原理的那个历史现场, 再或者去重新阅读小学阶段语文课本中所记载的曹冲利用石头来称量大白象重量的那个经典故事, 那么对于浮力这一知识的理解过程, 就会从抽象变得非常具象化。
浮力的核心公式就是那个被称为阿基米德原理的东西, 它写作 $F_{浮} = G_{排} = rho_{液} g V_{排}$ , 这个式子看起来特别长, 但大家去理解的时候, 其实可以把这个过程当成是一种替换的动作, 就像当你跳进游泳池里面去以后一样, 你的那个身体就会占据掉一部分水原本所在的位置, 而那部分被你赶走的或者说被你挤开的东西有多重呢, 你受到的浮力就有那么大。
在考试的过程中, 关于浮力这一类的题目而言, 通常情况下会被归纳划分为如下的三种状态, 也就是漂浮这种情形, 还有悬浮这样的情形, 以及沉底这般的情形。
1. 当物体处于漂浮的状态, 就像小船那样在水面上飘着的时候, 在这个时候, 作用在物体上的浮力的大小是等于物体自身所受到的重力的大小的。
2. 就像潜水艇这样处于悬浮状态的时候, 浮力的大小也是同样等于重力的大小的, 只不过这种状况下物体是完全都没有露出水面, 而是完全没入了水中的。
3. 当一个物体沉到底部, 比如说像石头这样的物体的时候, 它所受到的浮力是不大于它的重力的。
好多学生在一道关于浮力计算的题目上面, 最让他们觉得头疼, 也就是痛点所在的地方, 就是搞不清楚到底在什么时候应该使用公式$F_{浮}=G$也就是平衡法去进行计算, 又到底在什么时候应该使用公式$F_{浮}=rho g V_{排}$也就是公式法去进行计算。
这里有个备考时特别实用的一个技巧, 如果题目里面出现了排开水的体积这个情况, 或者提到了浸没的深度怎么样, 这个时候你要优先去考虑那个阿基米德原理的公式对不对上劲, 要是题目里着重强调了漂浮的这个状态, 或者是静止在水面上面的情形, 那你就得优先去联想重力和浮力之间的那种平衡关系。
咱们可以这么去想, 浮力, 其实就是那水在给物体施加一种类似于向上的、用来托举着的、带有爱意的东西。这个家伙到底有多大个儿, 它可不是看上那个物件本身到底有多重了才决定的, 你比方说, 有一根大大的木头它能漂着不动, 可是一个小小的铁钉子它反倒就沉到底下去了, 这就不证明了只跟重量有关。
真正让它起作用的, 是那个物件能够排开多少数量的水。当年曹冲那个小孩去给大象称体重的时候, 他把这事儿用上了, 因为他让那些石头都去把头伸进水里, 把水和那大象所占据的空间弄得完全一样大, 就是这么回事儿, 这样一来, 重力就变成了可以被测量的数据。
在做浮力这类综合题的时候, 大家要记住, 如果能把排开液体的体积这个叫作 $V_{排}$ 的特别重要并且处于核心位置的一个变量给抓住了的话呢。哪怕是那些被抽象得有点晕头转向的题目。基本上也是能够很轻松地去把这些问题解决掉并把它攻克下来的。
这里有一段话要总结一下, 并且给出行动上的建议。初中物理里面的力学部分真的不怎么像那种看不懂的天书。它其实就是把大伙儿平时觉得特别平常的那些生活里的现象, 给弄成了符号和逻辑。你如果想弄明白压强的道理, 就去看看那个书包的带子在肩膀上勒的情况。
如果你想搞懂什么是功以及功率是怎么回事儿, 那就去想想爬楼梯这个过程。而要是你想把浮力这部分彻底弄通吃透, 不妨联想到自己平时游泳时的感受。你会慢慢地发现, 这些看起来枯燥的公式并不是单独存在的, 它们其实都是相关联的, 共同构成了一个完整的有机整体。
大家如果想要在考试的过程里拿到一个很高的分数, 我建议你们能够从下列所说的这三个具体的方面去开始采取实际的行动。
1. 在进行建立场景相关联系的活动的时候, 每当学习者刚刚掌握并学会了一个新的数学或者物理公式, 就需要努力地尝试着去在自身的家里面或者是所在的校园之中, 去寻找和这个知识点相对应的具体生活现象或者是自然现象。
2. 你需要先把受力分析图画好, 这是因为力学题目的核心重点完全在于这个图, 并且应当采取的顺序是在画出图形之后再去列出相应的计算公式, 这种做法可以使得计算的准确率达到百分之五十甚至更加高。
3. 一定要时刻警惕单位这种陷阱, 在物理运算的整个过程之中, 保持单位的统一绝对是被放在首要位置的重要任务, 这一点是不能够有丝毫马虎的, 以面积 $S$ 为例来说, 它一定得要先被换算成平方米这样一种状态, 而对于体积 $V$ 的要求也是一样的, 需要把它换算成长方体的立方米也就是 $m^3$。
力学这门课, 在大家看来是有相当的难度的, 可是, 如果你肯把那种只靠死记硬背的老办法给抛开, 转而去学会用带着物理意味眼光去看周围的事情的话, 你就会明白一件很有意思的事情, 那就是那些表面上特别复杂的公式, 其实在心里头琢磨起来的时候, 是非常好的东西, 你如果想要知道有关于物理里面别的章节在备考的时候该有哪些技巧的话, 又或者是对某一个特定的公式应该怎么去理解这件事本身感到有些搞不清楚头绪的话, 那么你就欢迎你跑到评论区那里留下你自己的话, 我们好一起在这个物理的大的环境里面去实现那个游戏里升级过关一样的高涨情绪。