謹防物理學習中的“思維陷阱”

陳衍銘

(福建省泉州市安溪一中高二15班 362400)

物理對很多高中理科學生來說是一門比較難的學科，有的學生可以在物理方面一點就通，有的學生卻完全不知道該如何學習、解決物理問題.其實很大一方面的原因是因為物理學習、理解對學生的思維邏輯能力要求高.著名物理學家伽利略用親身實驗的方法證明了重量不同的兩個鐵球可以同時落地，改變了人們幾千年的錯誤思維.牛頓、愛因斯坦、霍金等這些物理科學巨匠都對人類科技發展史做出了不可磨滅的貢獻，他們都將自己的思維發揮到了極致.從古至今物理學的發展也反映了人類的思維發展進程.我們學習物理，不僅能將前人的成果傳承下去，而且能鍛煉自己的思維能力.思維能力的高低直接影響我們的學習效率和學習成果.在物理學習中我們通常會遇到各種刁鉆的問題，它可能只是蘊含了一個比較簡單的知識，但我們轉不過來彎，也就怎么也想不通.如果我們不能靈活變通，用固定的思維方式思考問題，那么很有可能就會落入思維陷阱.

一、力學中的陷阱

圖1

如圖1所示，在光滑水平面上放一輛質量為2kg 的模型小車，將一個質量為1kg的物體放在小車的右端.已知物體與小車之間的動摩擦因數為0.5.當物體受到水平方向上向左的大小為6 N的拉力，小車受到向右的大小為9N的拉力，經過0.4 s的時間后，同時撤去兩力.為了使物塊不從小車上滑落，小車要滿足這個要求，小車最少要多長才不會滑落？撤去兩力時，物塊與小車的速度分別為多少？

解析本題主要涉及了物理學方面的三個知識點，第一，牛頓第二定律，第二，勻變速直線運動的速度與時間的關系，第三，勻變速直線運動的位移與時間的關系.牛頓第二定律揭示了力與運動的關系，即知道了力，可根據牛頓第二定律，分析出物體的運動規律.當然，如果知道了運動，就可以根據牛頓第二定律，分析物體的受力情況，這是解題的第一步.

題目“陷阱”在解答這道題時，我們一定要注意，牛頓定律只能用來研究具有慣性的物體的運動，用于肉眼可以觀察到的物體，而不能用來觀察離子，分子，電子之類的微觀粒子的運動.這一題中的小車如果換成離子，分子的運動，就不能運用這個定律了.大家應該注意，我們學過的勻變速直線運動的幾個公式，只能用于勻變速直線運動中.如果不是勻變速運動，則不能使用這些公式.研究探討勻變速直線運動的位移與時間的關系時就要看它的加速度與速度的方向是否一致，如果加速度與速度所進行的方向是一致的，那么該物體就是在做勻加速直線運動.這一題中的小車就是在做勻加速直線運動.在這類題目中，學生不容易分辨清物體到底是在做勻減速運動還是勻加速運動，還有，該物體的運動是否具有慣性，只有具有慣性的物體才能用牛頓定律.

解答對物塊進行受力分析，根據牛頓第二定律和運動學公式可以計算出物體的速度是每秒0.4米，對小車進行受力分析，可以計算出小車的速度為每秒0.8米.撤去外力之前，物塊的位移為0.08米，小車運動的位移為0.16米，撤去外力后，兩者速度相等后就不會滑下，根據動量守恒定律可以計算出速度為每秒0.4米，系統的動能減小轉化為內能，當物塊運動到小車左端時，兩者速度剛好相等，根據能量守恒定律，可以帶入解得長度為0.096米，所以小車的最小長度為0.336米.

二、機械振動問題

一根彈簧振子在一條水平直線上做簡諧運動，它經過M點和經過N點時的速度是相同的.那么，兩點的受力情況是怎樣的.

圖2

解題思路這一題考了高中物理中的簡諧運動，簡諧運動具有四個方面的特征，動力學特征是判斷某機械運動是否為簡諧運動的依據.簡諧運動是一種變加速運動，具有周期性.機械能也遵循守恒定律，任何一個振動物體在經過平衡位置時的勢能最小.平衡位置對稱的兩點物理量的大小相等.

題目“陷阱”要解決這道題，我們最好在草稿紙上建立起彈簧振子模型，不能只根據我們學過的理論知識想當然的想象物體的運動.如圖2所示，由題目已知彈簧振子第一次按順序經過M、N兩點時的速度相同，那么，可以根據振子的運動路線，確定這兩點的位置，在理論上這兩點應該是關于O點對稱的，當振子從左至右運動時，它是從左側開始運動的，相反，則振子是從右側開始運動的.在這類題目中，我們要首先確定運動的方向，有時候理論上物體的運動方向和現實可能不一致，因為物體的運動受諸多因素的影響，所以在做這類題目時最好在草稿紙上建立起物理模型，根據所建立的模型探究具體問題.

解答在物理問題中，位移，速度和加速度都是一種矢量，他們如果要完全相同就必須要保持在方向上相同.因為M.M兩點是關于O點對稱，振子反彈回來的力量應該在大小上相等，在方向上相反，同理振子位移情況也是方向相反，大小相等.振子由M點到O點雖然速度逐漸加快，但它的加速度是越來越小的，所以振子此時在做加速運動.因為振子在兩點的加速度雖然在方向上是相反的，但大小相等，所以振子在這兩點的加速度大小相等.

三、能量守恒問題

圖3

如圖3所示，光滑水平面上放著一輛質量為八千克的小車，將一個三千克的物體放在A處，AB段是一個比較粗糙的水平面，它與物體間的動摩擦因數為零點二.BC段圓弧在B點處與AB相交于B點，現在物塊以每秒五米的速度運動，之后物塊便會沿著AB,BC運動，然后返回到起點，最后又會再次回到A點處，此時，它與小車是處于相對靜止狀態的.那么物塊從開始運動一直到運動結束，它和小車一共損失了多少機械能？

題目“陷阱”本題考察學生對動量守恒定律和能量守恒定律的掌握情況.系統的動量是指系統內所有質點的動量之矢量和.動量守恒中的速度只是針對有慣性運動的物體的.動量和應是同一時刻的所有動量之和.在這一題中，應該注意能量的總和是保持不變的，一種能量減少，必然會有另一種能量增加.還有兩個物體之間的相對狀態，這一題中到最后物體和小車之間是處于相對靜止狀態的，就可以根據靜止狀態下能量守恒定律求出物體所耗的能量.

解答物體返回A點時與小車相對靜止，設它的速度為v，則根據mv0=(m+M)v1，可求出減少的機械能為二十焦.

高中物理中存在許多的思維陷阱，因此我們要學會正確的思維方法，掌握物理學中的規律和奧妙，讓學到的東西真正變成自己的東西.在物理學習中，首先就是要加強記憶.很多人認為物理不用背東西，只要理解弄懂就可以了，其實不然，物理中最基本的知識概念，只有先背下來，才會在背誦的基礎上加以理解.學習語文的時候教師要求我們背誦名言警句，文言文古詩詞，數學的公式，定理也要背誦，英語的單詞更不用說了，學習物理也要熟記基本的概念公理.打好了記憶的基礎，我們就要加強積累了，積累知識的過程也是我們不斷消化知識的過程.在積累中，要將知識分門別類，所以我們就要知道這些是屬于哪方面的知識，它的考點是什么.還要將不同的知識點聯系起來，因為各個物理知識之間也是相互聯系的 .在高中學完了各章節的知識以后，做一個匯總大綱，看看哪些自己理解了，哪些還是疑難點，有的知識我們在生活中會經常用到，這樣的知識就必須要理解掌握，并能在生活中加以運用.老師也要加強物理教學中的趣味性，讓學生增強學習物理的興趣.最后，對我們的能力要求就比較高了，我們要從物理學習中鍛煉我們的思維能力.通過對所學物理知識的深度理解，能快速的分析解決問題，物理學中存在不少的思維陷阱，一不小心就跳進去走不出來，因此學好物理，我們不僅要理解它的概念，還要從不同的角度理解物理問題，換位思考，多方面思考，發散思維與集中思維相結合，透過現象看本質，不斷提高思維的靈活性，才能克服慣性思維，不懼物理學中的思維陷阱，找到適合自己的學習物理的方法，讓自己在物理學上真正有所提高，學到終身受益的物理知識.