周付豪
(山東省新泰市第一中學(xué),山東新泰 271200)
整體法指的是把多個受力的物體看作為一個整體,將他們相互之間產(chǎn)生的作用力看作為一個系統(tǒng)內(nèi)整體的內(nèi)在力,以及來對受力分析過程進(jìn)行簡化以及適當(dāng)減少受力的分析對象。整體法是在高中物理學(xué)習(xí)中一種重要的解題思路、方法,與隔離法并列為高中物理力學(xué)研究的常用方法。由于力學(xué)的知識量龐大、知識難點眾多因此需要借助整體法來抓住問題的主干思想,從而簡化題目的難度,對其更好的提供幫助。
在運(yùn)用整體法的時候,不能隨便使用,應(yīng)詳細(xì)了解題意,明確其是否符合整體法的使用范圍,再進(jìn)行后續(xù)解題。
力學(xué)內(nèi)容的篇幅較長,也是歷年考試的重要考查點,雖然力學(xué)與生活息息相關(guān),但是力是不可見的,很多學(xué)生在做題中不知道如何下手。所以在解題過程中,養(yǎng)成標(biāo)記力點的習(xí)慣可以有效地降低遺漏的情況,可以使條理更加清晰,也便于自己進(jìn)行后續(xù)整理。
整體法是將局部帶入到整體的思維模式,主要作用可以將過程化難為簡,將受力情況整體帶入,避免出現(xiàn)受力點繁瑣的情況也簡化了解題思路,跳出題目給出的條框,從另一個角度看問題解決問題省略掉了很多繁瑣的過程,極大程度上提高了學(xué)生的解題效率。很多學(xué)生要么不能正確分析受力情況,不明白如何下手解決,或者就是干擾項過多導(dǎo)致太過于繁瑣,步驟越多越容易出錯。而在學(xué)習(xí)過程中整體法的優(yōu)點可以有以下幾點概括。
(1)有效簡化解題難度,提高解題效率。
(2)擴(kuò)展物理問題,提高自身綜合解題思路。
(3)從多方面分析問題,提高對物理教學(xué)內(nèi)容的理解。
在解題過程中運(yùn)用整體法,可以靈活地解決問題,在學(xué)習(xí)物理力學(xué)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的整體性思維能力,從整體看待問題,不要太過于局限性。
下面我們將通過相關(guān)的例題講解,來更直觀的展示整體法在高中物理力學(xué)問題的解題過程中的實際用處。
例一:將質(zhì)量為M的斜面體水平放置于一粗糙表面上,斜面為光滑斜面,傾斜角為θ?,F(xiàn)將一塊質(zhì)量為m的木塊放置在斜面上,隨著木塊下滑的加速,試求在木塊的下滑過程中,斜面體承受所承受的靜摩擦力與支持力各為多少?
這種問題在物理學(xué)習(xí)過程中很常見,面對此類題目的時候,應(yīng)該先對題目進(jìn)行認(rèn)真的審題之后再進(jìn)行解題,題目給出斜面為光滑斜面,說明木塊在滑動的過程中,可以暫且不考慮摩擦阻力,僅考慮重力作用,也給出斜面體角度為θ,設(shè)木塊下滑加速度為a,a=gsinθ,公式中,g為重力加速度,所指出的加速度方面與斜面相平行,方向向下。
在解決這種問題的時候,如果逐個分析受力點會過于復(fù)雜化,使解題過程變得過于繁瑣。可以通過整體法來對其進(jìn)行解析,將木塊與斜面看作一個整體,不去考慮其他的各種支持力與壓力的存在,只考慮題中要求算出的摩擦力與地面的支持力,更簡潔的完成整套題。
通過上述分析,可以得出算題步驟,求取斜面所受的摩擦力時,通過斜面受到的合力與木塊的加速度,并結(jié)合牛頓的第二定律F=ma以及三角函數(shù)的關(guān)系式,可得出以下結(jié)論:Fx=macosθ=mgsinθcosθ, 簡化后整理可得:f=magsin^2θ/2。
F=(M+m)g-N=masinθ=mgsin^2θ, 再簡化后整理可得:N=(M+m)g-mgsin^2θ。
由此可見,整體法可以為解題過程很有效地提供更加簡潔化的思路,從而提高學(xué)生的解題效率,以及學(xué)生的整體思維能力,但是之前也說過了,整體法并不是所有的題目都受用的,在實際應(yīng)用過程中,不僅要掌握整體法的過程還應(yīng)該對整體法的約束性更加了解,避免出現(xiàn)濫用的情況。
例:如圖所示,將帶+q電荷量、質(zhì)量為m的小球a與電荷量為-q的小球b,通過絕緣線將兩個球球相連,并用絕緣線懸掛于房頂。房間內(nèi)有強(qiáng)度為E、方向向左的電場,在這種情況之下,小球的狀態(tài)為()。
由題目可知,兩個小球自身的所帶電量是不相同的,如果采用整體法,將這兩個小球看做一個整體,單方面的去進(jìn)行受力分析就會直接的選擇A項。但是題目給出兩個小球的所攜帶電量的差異,電量不相同的前提之下,看成一個整體在進(jìn)行受力分析時,左右電場的力是不能達(dá)成平衡的,也就是不可能為0,所以在排除A項之后,就是剩下的三個選項的區(qū)別就在于夾角大小的問題,將a球的細(xì)線與垂直方向的夾角設(shè)為α,這個時候再利用整體法來進(jìn)行解題,把α與β看成一個整體,即為tanα=Eq/2mg,再回過來研究b球,將b球的細(xì)線與豎直方向的夾角設(shè)為β,即為tanβ=Eq/mg,所以有α<β。即小球b與豎直方向大于小球a與豎直線間的夾角。所以這道題目選擇C。
由上面兩道題可以看出來,當(dāng)整體水平穩(wěn)定且一致,并且各物體系統(tǒng)內(nèi)相互不涉及的情況之下,可以選擇使用整體法來進(jìn)行解題,但若整體狀態(tài)不穩(wěn)定、各物體之間的相互作用不清楚的時候也可使用整體法,不過什么時候,哪個步驟使用需要結(jié)合題目給出的條件,以及解題過程中的條件,謹(jǐn)慎使用,再進(jìn)行后續(xù)步驟。
綜上所述,整體法的正確使用確實會為物理力學(xué)的解題帶來很多便利之處,省去了極為繁瑣的步驟的同時也減少了做題的出錯率。不過更緊要的是需要仔細(xì)地對題目進(jìn)行閱讀,以達(dá)到理解的程度。在選擇時使用整體法,將多元化的思維方式進(jìn)行整合,使相互聯(lián)系、相互制約、相互依賴的多個組成融合為一個整體。恰當(dāng)?shù)厥褂谜w法可以有效地提升學(xué)生的做題思路,培養(yǎng)學(xué)生整體性思維模式,提高學(xué)生對物理學(xué)的積極性。