淺議高中物理常用的思維方法

高雪蓮

摘 要：方法比知識(shí)更重要，教師要把思維方法傳授給學(xué)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(xué)解析法、圖象法等。本文主要探討了高中物理教學(xué)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(xué)解析法；圖象法

中國(guó)有句老話：“授人以魚，不如授人以漁。”這句話對(duì)教師而言，就是教會(huì)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，比單純傳授知識(shí)更重要。偉大的哲學(xué)家培根說過：“關(guān)于方法的知識(shí)是世界上最寶貴的知識(shí)。”教師教會(huì)學(xué)生一道題，學(xué)生也只理解了這道題；而教會(huì)學(xué)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(xué)解析法、圖象法等。本文通過實(shí)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(shí)涉及的往往不是一個(gè)單獨(dú)的物體或一個(gè)孤立的物理過程，而是由幾個(gè)相互作用的單獨(dú)物體構(gòu)成的系統(tǒng)，或由幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的物理過程組成的一個(gè)大過程。我們把所涉及的多個(gè)物體、多個(gè)過程作為一個(gè)整體來考慮，這種以整體為研究對(duì)象的思維方法叫整體法。把所研究的對(duì)象從整體中分離出來，只對(duì)單獨(dú)的一個(gè)物體進(jìn)行研究，這種研究方法叫隔離法。整體法和隔離法是相對(duì)統(tǒng)一、相輔相成的，不是相互對(duì)立的。解題中往往兩種方法交叉運(yùn)用。

例：A、B兩個(gè)物體疊放在水平地面上，B受到一個(gè)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(yùn)動(dòng)。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(shí)，把A和B看作一個(gè)整體即一個(gè)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(gè)水平方向作用力F做勻速直線運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)受力平衡，系統(tǒng)必然還受到一個(gè)水平向左的滑動(dòng)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(dú)把A隔離出來，只對(duì)A進(jìn)行研究，A水平方向不受其他力作勻速直線運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(shí)，依據(jù)經(jīng)歷的物理過程或所處的物理狀態(tài)，得到物理?xiàng)l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(gè)條件。影響了對(duì)問題的判斷，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。這時(shí)，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(xì)線處于豎直位置。問：小球受到多少個(gè)力的作用？

分析：小球受到重力和細(xì)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(shí)，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(xì)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(gè)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(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)而產(chǎn)生的靜摩擦力。

三、 轉(zhuǎn)換法

在研究一個(gè)問題時(shí)，如果對(duì)不能直接處理或解決某一問題時(shí)感到困難，可以將問題等價(jià)地變換為我們熟悉的另一個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)象，將無法求解。若以物體為研究對(duì)象，物體受到一個(gè)重力和一個(gè)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(zhǎng)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(shí)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(jì)空氣阻力。求：兩棒從相遇到相離經(jīng)過了多長(zhǎng)時(shí)間？

分析：我們通常習(xí)慣以大地為參考系，A做自由落體運(yùn)動(dòng)，B做上拋運(yùn)動(dòng)，兩者都做勻變速運(yùn)動(dòng)。要求出A、B相遇時(shí)的速度，位移總和為2h的運(yùn)動(dòng)時(shí)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(fù)雜，計(jì)算繁鎖。若以A、B中的一個(gè)為參考系，則另一個(gè)的速度為v，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。時(shí)間t=2h/v。簡(jiǎn)直是太簡(jiǎn)單了。這就是轉(zhuǎn)換參考系之妙。

四、 數(shù)學(xué)解析法

研究物理問題中，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析，運(yùn)用數(shù)學(xué)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(xué)解析法。

例：重為G的木塊與水平地面間的動(dòng)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(yùn)動(dòng)，則此力的最小值是多大？沿什么方向？

分析：木塊在運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dāng)α=θ時(shí)，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(yùn)用了三角函數(shù)關(guān)系求解。常用的數(shù)學(xué)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(shí)，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(fù)雜的計(jì)算，往往更簡(jiǎn)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(shí)間圖象、振動(dòng)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(biāo)，從此時(shí)開始，甲車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，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(biāo)時(shí)的速度相同。則（ ）。

A. 甲車先通過下一路標(biāo)

B. 乙車先通過下一路標(biāo)

C. 丙車先通過下一路標(biāo)

D. 三輛車同時(shí)通過下一路標(biāo)

分析：作三輛車的圖，從第一個(gè)路標(biāo)到第二個(gè)路標(biāo)，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(biāo)。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(gè)方程，計(jì)算復(fù)雜。而應(yīng)用圖象法卻能收到事半功倍的效果。

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