高中物理解題思維方法的運(yùn)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(xì)枝末節(jié),把相互聯(lián)系的幾個(gè)物體或幾個(gè)相關(guān)物理過程當(dāng)作一個(gè)整體來考慮和分析。隔離思維就是把一個(gè)整體或一個(gè)物理過程分解為幾個(gè)部分,分析內(nèi)部的物理關(guān)系。許多物理習(xí)題往往要采取先整體后隔離的方法,先對整體與外界的物理關(guān)系進(jìn)行分析,獲知習(xí)題中的隱含條件,得出相關(guān)等量關(guān)系,再隔離其中的某一物體,可以很方便地獲取正確結(jié)論。
例1.如圖1所示,輕繩OA的一端系在質(zhì)量為m的物體上,另一端系在一個(gè)套在粗糙水平橫桿MN的圓環(huán)上,現(xiàn)用水平力F拉繩上一點(diǎn),使物體從圖中實(shí)線位置緩慢上升到圖中的虛線位置,但圓環(huán)仍保持在原位置不動。在這一過程中,拉力F、環(huán)與橫桿間的靜摩擦力f和環(huán)對桿的壓力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。
對于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等于拉力F。對于拉力F的變化可以隔離物體m,因?yàn)槔K的張力的'豎直分力等于m的重力,水平分力等于F。由于θ角變大,故F變大,f也變大
二、歸類與轉(zhuǎn)化
建立物理模型是解決物理習(xí)題的重要環(huán)節(jié)。在思考物理問題時(shí),我們可以根據(jù)相關(guān)問題的彼此聯(lián)系進(jìn)行物理建模,分門歸類,明確其屬性、一般解題方法和技巧。然后通過不同知識范疇的靈活轉(zhuǎn)化,尋找突破口,把握住解題的命脈。
例2.兩個(gè)質(zhì)量相同的小球用不可伸長的細(xì)線連結(jié),置于場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)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(xì)線拉直并使之與電場方向平行,如圖2所示。若將兩小球同時(shí)從靜止?fàn)顟B(tài)釋放,則釋放后細(xì)線中的張力T為不計(jì)重力及兩小球間的庫侖力。
此題看似一道電學(xué)題,實(shí)質(zhì)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)后,就可以轉(zhuǎn)化為關(guān)于力與加速度關(guān)系的力學(xué)問題,應(yīng)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(tài)到終態(tài)的發(fā)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(xué)生往往都習(xí)慣于正向思維,然而許多物理問題,按著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后經(jīng)過8秒鐘停下,若它在最后1秒內(nèi)通過的位移是2米,求卡車的加速度和勻速行駛時(shí)的速度。
此題若沿時(shí)間順序正向思維,過程會比較煩瑣,而將卡車的運(yùn)動逆時(shí)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(yùn)動的逆過程,最后1秒位移就變成了勻加速運(yùn)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(yùn)動的末速。由運(yùn)動學(xué)公式很容易得到正確結(jié)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(yùn)算,不僅步驟煩瑣、過程絮長,而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。而采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(jìn)行等效處理,往往能夠化繁為簡、化難為易,切實(shí)提高解題速度。
例4.一個(gè)物塊從斜面底端沖上足夠長的斜面后返回到斜面底端,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。若小物塊沖上斜面的初動能變?yōu)?E,那么其返回斜面底端時(shí)動能、速度和克服阻力做的功是多少?對于這一問題,我們可以將2E代換為E',由題意推理知,其返回斜面底端時(shí)克服阻力做的功是E'/2,即為E,返回斜面底端時(shí)動能也為E,再由題中條件E=mv2知返回斜面底端時(shí)速度v'滿足mv'2=2mv2,即v'=■v.
五、發(fā)散與多維
學(xué)習(xí)高中物理的目的不是解答物理習(xí)題,而是通過解答習(xí)題鞏固物理知識,培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。為此,思維品質(zhì)中的發(fā)散與多維自然成為物理解題思維方法的重要組成部分。對于許多物理問題,我們應(yīng)該從不同的角度、不同的思路,以不同的方法去分析,以發(fā)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(diǎn)進(jìn)入半徑為R的半圓弧軌道后,恰能通過最高點(diǎn)P,然后落回水平面,不計(jì)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(dá)到的最大高度比P點(diǎn)高多少?
對于此題,我們可以用牛頓第二定律、動能定理與機(jī)械能守恒定律等不同方法解決,但比較后我們會發(fā)現(xiàn):機(jī)械能守恒定律在思考與運(yùn)算方面具有明顯的優(yōu)勢。
解題能力是物理綜合能力的重要表現(xiàn)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(chuàng)造性地運(yùn)用知識的縱橫聯(lián)系,脈絡(luò)清晰、思路順暢、不落俗套、不拘一格,進(jìn)而達(dá)到事半功倍的解題效果。
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