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      淺議高中物理常用的思維方法

      2017-12-09 07:58:39高雪蓮
      考試周刊 2017年23期
      關(guān)鍵詞:整體法轉(zhuǎn)換法隔離法

      高雪蓮

      摘 要:方法比知識更重要,教師要把思維方法傳授給學生。高中物理常用的思維方法有:整體法和隔離法、假設(shè)法、轉(zhuǎn)換法、數(shù)學解析法、圖象法等。本文主要探討了高中物理教學過程中的幾種常用的思維方法,并作一歸納總結(jié),以期給同仁一些啟示。

      關(guān)鍵詞:思維方法;整體法;隔離法;假設(shè)法;轉(zhuǎn)換法;數(shù)學解析法;圖象法

      中國有句老話:“授人以魚,不如授人以漁。”這句話對教師而言,就是教會學生的學習方法,比單純傳授知識更重要。偉大的哲學家培根說過:“關(guān)于方法的知識是世界上最寶貴的知識?!苯處熃虝W生一道題,學生也只理解了這道題;而教會學生一種方法,他們能用來解一堆的題目。

      高中物理思維中常用的思維方法有:整體法和隔離法、假設(shè)法、轉(zhuǎn)換法、數(shù)學解析法、圖象法等。本文通過實例來說明各種思維方法的應(yīng)用。

      一、 整體法和隔離法

      在物理問題中,有時涉及的往往不是一個單獨的物體或一個孤立的物理過程,而是由幾個相互作用的單獨物體構(gòu)成的系統(tǒng),或由幾個相對獨立的物理過程組成的一個大過程。我們把所涉及的多個物體、多個過程作為一個整體來考慮,這種以整體為研究對象的思維方法叫整體法。把所研究的對象從整體中分離出來,只對單獨的一個物體進行研究,這種研究方法叫隔離法。整體法和隔離法是相對統(tǒng)一、相輔相成的,不是相互對立的。解題中往往兩種方法交叉運用。

      例:A、B兩個物體疊放在水平地面上,B受到一個水平向右的拉力F的作用,F(xiàn)=5 N,A、B一起向右做勻速直線運動。問:A、B間的摩擦力和B與地面間的摩擦力分別是多大?

      分析:求B與地面的摩擦力時,把A和B看作一個整體即一個系統(tǒng),不必研究A、B之間的相互作用。AB系統(tǒng)水平方向受到一個水平方向作用力F做勻速直線運動,系統(tǒng)受力平衡,系統(tǒng)必然還受到一個水平向左的滑動摩擦力的作用,F(xiàn)f=F=5 N。這里采用了整體法。求A、B之間的摩擦力,則單獨把A隔離出來,只對A進行研究,A水平方向不受其他力作勻速直線運動,A受力平衡,所以A不受摩擦力的作用,F(xiàn)A=0。這里用了隔離法。我們看到整體法和隔離法是相輔相成的,不是對立的。具體應(yīng)用中,看問題研究的需要選擇使用或配合使用。

      二、 假設(shè)法

      研究物理問題時,依據(jù)經(jīng)歷的物理過程或所處的物理狀態(tài),得到物理條件,根據(jù)物理規(guī)律,求得某些物理量或做出判斷。但是有的問題中無法直接判定是否存在著某個條件。影響了對問題的判斷,導致結(jié)果錯誤。這時,提出某種假設(shè),分析物體是否與所處的狀態(tài)相符合,如果相符合,假設(shè)成立;如果不相符合,則假設(shè)不成立。

      例:小球與光滑斜面接觸,細線處于豎直位置。問:小球受到多少個力的作用?

      分析:小球受到重力和細線的拉力作用。斜面是否發(fā)生微小形變,肉眼無法直接做出判斷。這時,假設(shè)小球不受彈力的作用,既小球只受重力和拉力的作用而平衡,這與細線處于豎直位置相符合。假設(shè)成立,小球不受斜面的彈力,只受2個力的作用。

      假設(shè)法常用在判斷物體是否存在發(fā)生微小形變產(chǎn)生的彈力,和物體是否存在相對滑動的趨勢而產(chǎn)生的靜摩擦力。

      三、 轉(zhuǎn)換法

      在研究一個問題時,如果對不能直接處理或解決某一問題時感到困難,可以將問題等價地變換為我們熟悉的另一個問題去解決,這種方法叫做轉(zhuǎn)換法。在高中物理中,常用的轉(zhuǎn)換法有:轉(zhuǎn)換研究對象、轉(zhuǎn)換物理過程、轉(zhuǎn)換參考系、轉(zhuǎn)換物理圖象等。

      1. 轉(zhuǎn)換研究對象

      例:一物體的質(zhì)量5 kg,靜置于水平地面,求地面受到的壓力?

      分析:若直接以地面為研究對象,將無法求解。若以物體為研究對象,物體受到一個重力和一個支持力的作用而平衡。根據(jù)力平衡條件,支持力與重力等值反向;再依據(jù)牛頓第三定律,地面受到的壓力與支持力等值反向。壓力F=49 N,方向豎直向下。問題得以順利解決。

      2. 轉(zhuǎn)換參考系

      例:如圖,相同的木棒A、B,長都是h,豎直放置,相距高度差為H,但不在同一直線上。A由靜止釋放,同時B豎直上拋,且初速度為v;B上升過程與A相遇后又相離。不計空氣阻力。求:兩棒從相遇到相離經(jīng)過了多長時間?

      分析:我們通常習慣以大地為參考系,A做自由落體運動,B做上拋運動,兩者都做勻變速運動。要求出A、B相遇時的速度,位移總和為2h的運動時間。過程有:sA=gt21/2,sB=vt-gt21/2,sA+sB=H,vA=gt1,vB=v-gt1,vAt2+12gt22+vBt2-12gt22=2h等。這種解法過程復雜,計算繁鎖。若以A、B中的一個為參考系,則另一個的速度為v,做勻速直線運動。時間t=2h/v。簡直是太簡單了。這就是轉(zhuǎn)換參考系之妙。

      四、 數(shù)學解析法

      研究物理問題中,對研究對象進行分析,運用數(shù)學工具建立方程,求出應(yīng)變物理量與自變物理量的一般函數(shù)關(guān)系,根據(jù)自變量的變化情況及變化區(qū)間確定應(yīng)變物理量的變化情況。這種方法叫做數(shù)學解析法。

      例:重為G的木塊與水平地面間的動摩擦因數(shù)為μ,一人欲用最小的力F使木塊做勻速直線運動,則此力的最小值是多大?沿什么方向?

      分析:木塊在運動中受到摩擦力的作用,要減小摩擦力應(yīng)使作用力F斜向上,設(shè)F與水平方向成α角時有最小值。物體受力如圖。據(jù)平衡條件,

      Fcosα-μFN=0

      Fsinα+FN-G=0

      聯(lián)立上式解得:F=μG/(cosα+μsinα)

      設(shè):sinθ=μ/1+μ2cosθ=1/1+μ2tanθ=μ可得F=μG1+μ2cos(α-θ),可見當α=θ時,F(xiàn)有最小值,即Fmin=μG1+μ2,方向是與水平方向成α角斜向上且tanα=μ

      這里巧妙地運用了三角函數(shù)關(guān)系求解。常用的數(shù)學關(guān)系有:三角函數(shù)、一元二次方程求解及根的判別式。

      五、 圖象法

      在研究物理問題時,物理量之間的函數(shù)關(guān)系可以用公式表示,也可以用物理圖象來表示。物理圖象是數(shù)形結(jié)合的產(chǎn)物,它直觀、形象。應(yīng)用物理圖象研究問題可避免復雜的計算,往往更簡捷。這種應(yīng)用物理圖象研究問題的方法叫圖象法。常用的圖象有:速度-時間圖象、振動圖象、波形圖等。

      例:甲、乙、丙三輛汽車以相同的速度經(jīng)過某一路標,從此時開始,甲車做勻速直線運動,乙車先加速后減速,丙車先減速后加速。它們經(jīng)過下一路標時的速度相同。則( )。

      A. 甲車先通過下一路標

      B. 乙車先通過下一路標

      C. 丙車先通過下一路標

      D. 三輛車同時通過下一路標

      分析:作三輛車的圖,從第一個路標到第二個路標,三輛車的位移相同,即三輛車的圖與軸所圍的面積相同。由圖可得乙車先通過下一路標。很明顯,如果應(yīng)用列式定量討論的方法,涉及眾多未知量,要列數(shù)個方程,計算復雜。而應(yīng)用圖象法卻能收到事半功倍的效果。

      參考文獻:

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      [2]孫冰梅,馬麗珠.思維點撥[M].沈陽:遼寧大學出版社,2003.

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