高中物理常用思維方法

一、等效思維法

高中物理中的等效思維主要有：物理模型的等效替代；物理過(guò)程的等效替代；作用效果的等效替代。如合力與分力；交流電的有效值；電源的等效內(nèi)阻；這些都是等效思維法在物理學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。

例1：圖（1）所示裝置是在豎直平面內(nèi)放置的光滑絕緣軌道，處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶負(fù)電的小球從高h(yuǎn)的A處由靜止開(kāi)始下滑，沿軌道ABC運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入圓環(huán)內(nèi)做周?chē)\(yùn)動(dòng)，已知小球所受電場(chǎng)力是其重力的，圓環(huán)半徑為R，斜面傾角θ=60°，BC段水平，SBC=2R，若使小球在圓環(huán)內(nèi)能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，h至少為多少？

解析：小球所受的重力與電場(chǎng)力都為恒力，故可以將兩力的合力F等效為一個(gè)新的“重力”，由已知可求得F=mg，方向與豎直方向成37°角，由圖可知小球能否做完整圓周運(yùn)動(dòng)的臨界點(diǎn)是D點(diǎn)（物理最高點(diǎn)），設(shè)小球恰好能過(guò)D點(diǎn)，此時(shí)彈力為零，由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)和動(dòng)能定理可解。

二、臨界思維法

臨界問(wèn)題在高中物理習(xí)題中很普遍，解題的關(guān)鍵在于找出臨界點(diǎn)，確定臨界條件，根據(jù)研究對(duì)象在臨界點(diǎn)前后具有的特征進(jìn)行求解。

例2：物體A的質(zhì)量為2kg，兩根輕繩AB和AC（LAB=2LAC）的一端系在豎直墻壁的BC兩點(diǎn)，另在端系在物體上，如果在物體A上再施加一個(gè)與水平方向成θ=60°夾角的力F，要使兩根輕繩都能伸直，求拉力F的范圍。（g=10N/kg）

解析：根據(jù)題中幾何條件可知∠BAC=60°，由兩繩子都要伸直可知F不能太小，F(xiàn)太小時(shí)AC繩子要彎曲，由此分析可知F最小的臨界條件是繩子AC上的拉力FAC剛為零，此時(shí)對(duì)A受力分析，由平衡條件可解。

三、逆向思維法

高中階段遇到的可逆性物理過(guò)程很多，有的問(wèn)題從正面入手解答有一定的難度，若能充分運(yùn)用運(yùn)動(dòng)形式的可逆性，時(shí)間的可逆性，電路、光路的可逆性，將初態(tài)與終態(tài)顛倒，沿著正向思維相反的方向去思考，可能茅塞頓開(kāi)，柳暗花明。

例3：如圖（2）所示，光滑導(dǎo)軌由一段半徑為R的半圓圓弧軌道和一段傾斜直軌道組成。B、C分別為圓弧軌道的最低點(diǎn)與最高點(diǎn)，從平地上某處（O點(diǎn)）以某速度拋出一小球，使它無(wú)碰撞地由C點(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道、經(jīng)B點(diǎn)滑上傾斜直軌道，到達(dá)高為H的A點(diǎn)時(shí)速度恰為零，求O到B的距離x及拋出小球的速度VO。

解析：如果我們沿著從O→C的正向思維，物體的運(yùn)動(dòng)屬?gòu)?fù)雜的斜拋運(yùn)動(dòng)，若我們調(diào)整思路，逆向思維，讓小球從A點(diǎn)自由下滑經(jīng)B到C，再?gòu)腃點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng)后落到水平地面上的O點(diǎn)，該題就變得簡(jiǎn)單而常規(guī)。以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，由機(jī)械能守恒定律可解。

四、對(duì)稱思維法

對(duì)稱本指圖形而言，這里所述的對(duì)稱已大大延伸，是指物理過(guò)程和規(guī)律的對(duì)稱，例如鏡像對(duì)稱、時(shí)空對(duì)稱等。有的時(shí)候，還需將一些看起來(lái)表面上不對(duì)稱的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)稱問(wèn)題，再利用對(duì)稱性求解。

例4：沿水平方向向一豎直光滑的墻壁拋出一個(gè)彈性小球，拋出點(diǎn)A離水平地面的高度為h，距離墻壁的水平距離為s，小球與墻壁發(fā)生彈性碰撞后，落在水平地面上，落地點(diǎn)距墻壁的水平距離為2s，如圖（3）所示。求小球拋出時(shí)的初速度。

解析：因小球與墻壁發(fā)生彈性碰撞，故碰撞前后入射速度與反射速度具有對(duì)稱性，碰撞后小球的運(yùn)動(dòng)軌跡與無(wú)墻壁阻擋時(shí)小球繼續(xù)前進(jìn)的軌跡相對(duì)稱，如圖所示，所以小球的運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)換為平拋運(yùn)動(dòng)處理，效果上相當(dāng)于小球從A＇點(diǎn)水平拋出所做的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可解。

作者單位 陜西省靖邊縣第三中學(xué)

責(zé)任編輯 楊博

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