答读者问(二)——大一物理和高中物理有什么区别
本来今天想更新的是昨天模型的运用,但奈何昨天那篇文章的平均阅读时长只有0.47分钟(悲),所以今天换一个我认为读者可能会感兴趣的话题。http://kuailexuexi.net/data/attachment/forum/20250118/1737206418312_0.png
Q:您好,请问从高中到大学是不是需要有物竞基础上手才会比较快呀?学长请问您认为高中物理与大学物理有什么区别?
A:首先声明,我只学习了一个学期的大学物理,也只学了力学,虽然我以后可能从事微电子/应用物理专业,但我觉得我只能就普通的力学来讲一讲两者的差别。这里也只挑选几个与高中生关系比较密切的区别。当然普通高考生上手肯定不会有太大的问题,虽然物竞选手上手更快。以下是我的成绩,我不是竞赛生,高考前从未接触过任何大学内容,最后力学的绩点也还算高。
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差别一:坐标系的多样程度
高中很多题目不需要建系,即使要建系就全是直角坐标系,但是大学“建系”,在坐标系里考察力的思想非常明显,坐标系还包括了极坐标系等多种,而且坐标系的“参考物”也是非常强调的,比如“非惯性系”以及“惯性系”,对于现在而言,解题时可以多多关注怎么用坐标来表示位置/力,这可以更好适应基础力学的思维习惯。
差别二:对“方向”与“正负”判断的严格程度
在高中物理中,我们很容易就可以判断两个力之间的大小关系,或者明确可以知道一个力的方向,而且我们列等式的时候往往会使得“标量”的味道更为浓厚,但是到了大学里这一个观念会不那么靠谱了。比如轴对杆的作用力一开始我们可能根本不知道沿哪个方向。再比如选极坐标时重力是背离极半径增大的方向的,我们就不能随意的在重力分量前面加上+。力学一开始就会引入“叉乘”这类对方向判定非常严格的概念(一个很鲜明的例子是洛伦兹力,高中可能就是qVB,用左手定则判定一下即可,有时甚至偷懒不判断也能做出来)但是在大学物理中不能有这种侥幸心理,在受力分析时对于已知方向的力要判断其分力和坐标轴(非常多种)正向是相同的还是相反的,对于未知方向的力只能先假设其为正方向,甚至最终可能解出的是一个负值。所以对于现在,解题的时候也可以多多培养一种“正向”的意识,比如令竖直向下为正,在写等式时不能在“潜意识”里直接用力的大小关系来把式子列好,而是在时刻提醒自己方向的条件下把式子列好。
差别三:对于一些“小细节”的处理
在高中物理中,很多题目之所以成为“错题”,是因为其中很多小细节经不起推敲,这主要是因为高中在解题时其实在潜移默化中用了很多“近似”,忽略了很多很多细节(当然在高中卷子里以此为理由咒骂题目我觉得也不可取)比如高中时几乎不会有人怀疑“同绳等力”,但在基础力学中即使是这一点也是不能直接用作前提的,高中的“同绳等力”其实是将滑轮等近似为质点的结果。比如北大力学期末考里有一道难度中等偏上的大题是这样的:
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这里如果视为同绳等力将导致这题(20分)基本没分了。理由等上了大学物理课大家自己会明白(其实是滑轮有转动惯量),题目本身有十几行字,而这最关键的联通三个模块(滑轮,杠杆,浸在液体里的物块)的描述只有十个字,如果没有这种“处处从基本点出发分析”的意识将会”万劫不复“。在高中这么啰嗦地分析每一个小细节,分析运动的因果是没有必要的,甚至会揪出题目本身的bug,但在大学里这是一个基本的操作。所以现在大家虽然不用这么分析题干,但是可以养成一种运动的因果意识,即什么样的受力方式导致了什么样的运动,这样可以在刚接触大学物理时不必对铺天盖地的”震碎高中三观“的分析条件感到不自在。
当然,以上只是分析了和高中物理关系比较紧密的部分,大学的物理的推导很多建立在高等数学的基础上,这里避而不谈。
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