高中物理解題思維方法的運用探討

一、整體與隔離

在物理解題中,整體或隔離考慮問題是一種基本的思維方法。整體思維就是不糾纏細枝末節,把相互聯繫的幾個物體或幾個相關物理過程當作一個整體來考慮和分析。隔離思維就是把一個整體或一個物理過程分解為幾個部分,分析內部的物理關係。許多物理習題往往要採取先整體後隔離的方法,先對整體與外界的物理關係進行分析,獲知習題中的隱含條件,得出相關等量關係,再隔離其中的某一物體,可以很方便地獲取正確結論。

例1.如圖1所示,輕繩OA的一端系在質量為m的物體上,另一端系在一個套在粗糙水平橫杆MN的圓環上,現用水平力F拉繩上一點,使物體從圖中實線位置緩慢上升到圖中的虛線位置,但圓環仍保持在原位置不動。在這一過程中,拉力F、環與橫杆間的靜摩擦力f和環對杆的壓力N的變化情況可能的是:①F逐漸增大,f保持不變,N逐漸增大;②F逐漸增大,f逐漸增大,N保持不變;③F逐漸減小,f逐漸減小,N保持不變;④F逐漸減小,f逐漸增大,N逐漸減小。

對於N和f的變化情況通過整體考慮,可知整體在豎直方向只受重力和支持力N,重力不變,則N不變。而靜摩擦力f等於拉力F。對於拉力F的變化可以隔離物體m,因為繩的張力的豎直分力等於m的重力,水平分力等於F。由於θ角變大,故F變大,f也變大

二、歸類與轉化

建立物理模型是解決物理習題的重要環節。在思考物理問題時,我們可以根據相關問題的彼此聯繫進行物理建模,分門歸類,明確其屬性、一般解題方法和技巧。然後通過不同知識範疇的靈活轉化,尋找突破口,把握住解題的命脈。

例2.兩個質量相同的小球用不可伸長的.細線連結,置於場強為E的勻強電場中,小球1和小球2均帶正電,電量分別為Q1和Q2(Q1Q2)。將細線拉直並使之與電場方向平行,如圖2所示。若將兩小球同時從靜止狀態釋放,則釋放後細線中的張力T為不計重力及兩小球間的庫侖力。

此題看似一道電學題,實質在明確圖中小球1和小球2有共同的加速度,所受合外力為E(Q1+Q2)後,就可以轉化為關於力與加速度關係的力學問題,應用牛頓第二定律及物體受力分析便可以使問題得到有效解決。

三、正向與逆向

正向思維就是按照物理過程從始態到終態的發展去思考問題,逆向思維則是反其道而行之,將問題倒過來思考。學生往往都習慣於正向思維,然而許多物理問題,按着逆向思維解題的過程會大大簡化。

例3.勻速行駛的卡車制動後經過8秒鐘停下,若它在最後1秒內通過的位移是2米,求卡車的加速度和勻速行駛時的速度。

此題若沿時間順序正向思維,過程會比較煩瑣,而將卡車的運動逆時間順序思維,就可以把制動過程看作初速度為零的勻加速直線運動的逆過程,最後1秒位移就變成了勻加速運動的最初1秒位移,卡車勻速行駛的速度就變成了勻加速運動的末速。由運動學公式很容易得到正確結果。

四、代換與推理

有些物理問題,如果完全按照基本概念和原理去運算,不僅步驟煩瑣、過程絮長,而且容易出現錯誤。而採取代換與推理的方式,抓住不變的物理量和同一物理過程中各方面相同的物理量,將新的問題與熟知的物理模型進行等效處理,往往能夠化繁為簡、化難為易,切實提高解題速度。

例4.一個物塊從斜面底端衝上足夠長的斜面後返回到斜面底端,已知小物塊初動能為E,它返回斜面底端速度大小為v,克服摩擦阻力做功為E/2。若小物塊衝上斜面的初動能變為2E,那麼其返回斜面底端時動能、速度和克服阻力做的功是多少?對於這一問題,我們可以將2E代換為E',由題意推理知,其返回斜面底端時克服阻力做的功是E'/2,即為E,返回斜面底端時動能也為E,再由題中條件E=mv2知返回斜面底端時速度v'滿足mv'2=2mv2,即v'=■v.

五、發散與多維

學習高中物理的目的不是解答物理習題,而是通過解答習題鞏固物理知識,培養創新思維能力。為此,思維品質中的發散與多維自然成為物理解題思維方法的重要組成部分。對於許多物理問題,我們應該從不同的角度、不同的思路,以不同的方法去分析,以發散和多維思維探尋最有效、最簡潔的解題途徑。

例5.如圖3所示小球沿水平面通過O點進入半徑為R的半圓弧軌道後,恰能通過最高點P,然後落回水平面,不計一切阻力,若將半圓弧軌道上部的■圓弧截去,其他條件不變,則小球能達到的最大高度比P點高多少?

對於此題,我們可以用牛頓第二定律、動能定理與機械能守恆定律等不同方法解決,但比較後我們會發現:機械能守恆定律在思考與運算方面具有明顯的優勢。

解題能力是物理綜合能力的重要表現形式,對物理解題思維方法的思考與研究,是提高物理解題能力的重要手段。只有掌握正確的解題思維方法,才能在解題過程中創造性地運用知識的縱橫聯繫,脈絡清晰、思路順暢、不落俗套、不拘一格,進而達到事半功倍的解題效果。

參考文獻:

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