淺談物理思維程序的訓練

在高中物理教與學的實際過程中不難發現，相當一部分學生在初中學習階段缺乏對于物理思維過程的有效訓練，停留于簡單的識記、背誦和按部就班的套用公式階段，故而導致在高中物理的學習過程中表現為：能聽懂課，會做簡單的題，能在教師帶領下完成部分習題與問題的解答。但是在高中選擇題尤其是多項選擇題上出現少選、選錯的現象，在提供的四個選項的對與錯的分析中，不知所以然，不能排除干擾項等實際問題。在計算與分析類題目中，不能提取有效信息，在規定答題時間內無法快速形成正確思路，在信息量較多的題目中思維混亂，無法有效組織知識間的相關聯系，從而感覺無處下手等現象。而新課標又極為重視理論聯系實際，往往將對于物理理論知識的考查通過實際生活問題甚至科技前沿類問題來體現學生對于物理知識的考查。使得部分學生在學習中一籌莫展，降低了學習效率，乃至于喪失學習信心云云。

因此，在教學中更要重視思維程序的建立和訓練，解決實際問題的思維程序是我們探求的急所。

重視思維程序的建立和訓練，解決實際問題的思維程序大體可分如下環節，即審題→抽象出物理對象和物理情景→尋找問題所滿足的定量和定性的規律→建立模型→求解。

一、審題

從實際問題中提取與問題有關的文字信息或圖像信息，明確已知量和未知量，并用相應的圖形或符號表示，使復雜的變化過程代碼化。讀題時為了節省時間，冗長的數字信息或背景介紹類可略去，忽略干擾項，排除次要因素，抓住問題所設，確立理想化的研究對象和物理場景，應用所學的物理知識，尋找物理對象在變化過程中滿足的定量和定性的規律，直至解決問題。

例1[2014·四川卷]石墨烯是近些年發現的一種新材料，其超高強度及超強導電、導熱等非凡的物理化學性質有望使21世紀的世界發生革命性的變化，其發現者由此獲得2010年諾貝爾物理學獎。用石墨烯制作超級纜繩，人類搭建“太空電梯”的夢想有望在本世紀實現。科學家們設想，通過地球同步軌道站向地面垂下一條纜繩至赤道基站，電梯倉沿著這條纜繩運行，實現外太空和地球之間便捷的物資交換。

（1）若“太空電梯”將貨物從赤道基站運到距地面高度為h1的同步軌道站，求軌道站內質量為m1的貨物相對地心運動的動能。設地球自轉角速度為ω，地球半徑為R。

（2）當電梯倉停在距地面高度h2=4R的站點時，求倉內質量m2=50kg的人對水平地板的壓力大小。取地面附近重力加速度g取10m/s2，地球自轉角速度ω=7.3×10-5rad/s，地球半徑R=6.4×103km。

審題：很明顯，文中開始的文字描述即為背景介紹，本著抓住主要因素，忽略次要因素的原則，這里可以進行快速閱讀;邊閱讀邊在稿紙上記錄相關已知量如h1、m1、ω、R等，而未知量為動能，即Ek=m1v，欲知動能，在m已知的條件下須知速度，又結合題中已知h1、m1、ω、R和明確運動為勻速圓周運動，應用公式v1=r1ω和r1=R+h1具體如下：

[解析]（1）設貨物相對地心的距離為r1，線速度為v1，則

①r1=R+h1

②v1=r1ω

③貨物相對地心的動能為Ek=m1v12

④聯立①②③得Ek=m1ω2（R+h1）2

（2）設地球質量為M，人相對地心的距離為r2，向心加速度為an，受地球的萬有引力為F，則

⑤r2=R+h2

⑥an=ω2r1

⑦F=G

⑧g=

設水平地板對人的支持力大小為N，人對水平地板的壓力大小為N′，則

⑨F-N=m2an

⑩N′=N

聯立⑤～⑩式并代入數據得N′=11.5N

二、確定物理對象，建立物理情景

運用示意圖幫助理解題意，尋找變化規律，建立各物理量的聯系。常見的示意圖有受力分析示意圖及運功情景示意圖，通過邊審題、邊畫圖，并一一把已知條件和問題用字母符號標注在受力分析示意圖及運功情景示意圖上，使問題能在腦中形成完整的表象，不至于因忘記條件或問題而中斷解題過程的思維去重新審題，同時，示意圖能使解答問題所必須的條件同時呈現在視野內，圖象成為思維的載體，視圖凝思實際上是視覺思維參與了解解題的過程。

例2（2014·武漢11月調研）某學校組織趣味課外活動——拉重物比賽，如下圖所示，設重物的質量為m，重物與地面間的動摩擦因數為μ，重力加速度為g。某同學拉著重物在水平地面上運動時，能夠施加的最大拉力為F，求重物運動時的最大加速度。

[解析]依據題中要求解重物運動時的最大加速度，故選擇對重物進行受力分析，畫出受力分析示意圖，由牛頓第二定律

FN+Fsinθ=mg

Fcosθ-Ff=ma

又Ff=μFN

聯立以上各式解得a=（μsinθ+cosθ）-μg

當tanθ=μ時，重物運動時的最大加速度 am=-μg

三、建立模型關系并列式求解：常見高中物理模型大致有如下幾種

（一）物理對象模型

作為物理研究對象的客觀實體的理想模型有質點、理想氣體、點電荷、彈簧振子、理想變壓器、薄透鏡、點光源、光線等。

（二）物理狀態及過程模型

這類模型有勻速直線運動、自由落體運動、勻變速直線運動、穩恒電流、等溫變化等。

（三）直觀假想模型

這類模型有電場線、磁感線、等勢面、光滑平面等。

（四）結構理想模型

這類模型有原子核式結構模型、波爾原子模型等。

在明確研究對象時，一般選擇與已知量或未知量有關的物體對象或模型為研究對象，結合物理狀態及過程選擇恰當的規律進行列式計算或討論。注重挖掘隱藏條件，把握臨界狀態的含義。

例3[2014·全國卷]一物塊沿傾角為θ的斜坡向上滑動。當物塊的初速度為v時，上升的最大高度為H，如圖所示;當物塊的初速度為時，上升的最大高度記為h.重力加速度大小為g則物塊與斜坡間的動摩擦因數和h分別為（ ）。

A.tanθ和

B.（-1）tanθ和

C.tanθ和

D.（-1）tanθ和

[解析]此題中提到最大高度，達到最大高度的隱藏條件即為速度為零，題中求解動摩擦因數，既有摩擦力，不能用機械能守恒定律，故使用能量守恒定律。根據能量守恒定律，以速度v上升時，mv2=μmgcosθ+mgH，以速度上升時m（）=μmgcosθ+mgh，解得h=，μ=（-1）tan θ，所以D正確。

綜上所述，在進行習題課時，我們注重對題意的理解深度，就要加強對物理思維的訓練，通過知識之間的邏輯推理、因果關系的推敲，是我們的思維更加縝密，解題思路就會逐漸開闊，從而提升分析綜合能力。

（責編 田彩霞）