高中物理力學解題中整體法的運用方法探析

陳聰

摘 要：對于高中生來說，物理是一門難度系數極大的學科，很多學生難以理解物理教學內容，更有甚者，會直接放棄學習物理，這便對物理教師開展物理教學造成了非常大的阻力。高中物理知識中，力學的相關知識占比較大，解題方法的選擇是解決物理問題的關鍵。在教學力學題時，大多數教師會應用整體法，整體法的應用可以簡化題目，將解題思路變得簡單，學生可以更直接地分析物體的受力情況。文章主要解釋了整體法的概念和整體思想中的受力過程分析，分析了整體法運用的意義，并通過具體物理力學題目探究如何用整體法解題。

關鍵詞：高中物理;力學解題;整體法;運用方法

引 言

力學是高中物理最主要的內容之一，關系到電學、磁學、功能轉換等單元相關問題的分析與解答，具有基礎性地位。但力學解題常常是教學中的難點，傳統的教學模式下，教師多采用題海戰術，雖然有一定的成效，但學生依然無法準確地進行受力分析，同樣的知識點換種題目形式出現，學生仍然不會。教師若想真正提高學生解力學題的正確率，教師首先應讓學生明確解題的思路。物理問題的解決需要根據具體情況區別對待，既要善于從局部著手，又要善于綜觀全局，在高中物理力學解題中運用整體法為力學分析提供了可行性路徑，對提高教學實效性有重要意義。

一、整體法的概念

整體法就是把多個物體看成一個整體，不考慮物體與物體間的相互作用力，對整體進行受力分析，即將復雜的受力分析簡單化。如將兩個木塊疊放在一起，用一個力推上面那個木塊，使其運動，進行單個逐一分析時，學生可能找不全木塊的受力，不如將兩個木塊看成一個整體先進行整體分析，然后根據整體受力分析，算出整體加速度，再進行局部力的分析，以簡化解題思路，方便學生推理。整體法是解決高中物理問題的一種重要方法，它可以從整體上揭示事物的變化規律，避開中間煩瑣的推算環節，而且可以使學生在思考問題時，不拘泥于問題的局部特征，而是著眼于問題的整體結構，全方位分析問題，提高學生分析問題、解決問題的能力。整體法深受高中物理教師的喜愛，若運用整體法依然無法準確地進行分析，教師不僅可以確保物理教學的進度，還可以教會學生先忽略各物體復雜的受力關系，快速找到題目中的關鍵詞并理清解題思路。

二、整體思想中的受力過程分析

高中物理中，關于力學，一般有兩種題型：物體靜止時的受力分析;物體運動過程中的受力分析。明確物體的受力情況后，物體的運動狀況。而有時學生需要清楚物體的運動狀態是什么樣的，物體在做加速運動、減速運動還是勻速運動，才能進行物體的受力分析。在一般的物理力學解題過程中，學生要先明確研究對象，即確定分析的物體，研究對象可以是單個物體，也可以是多個物體的組合;分析物體受力的順序依次是“重力肯定有，彈力查四周，分析摩擦力，不漏電磁浮”，在這里主要分析前三種力;找到存在哪些力之后，再判斷受力方向和所受力的數量，需要注意的是，力是矢量，其不僅有大小，還有方向，重力是一直存在的，方向豎直向下。彈力的產生需要具備一定條件，彈力發生在兩個接觸的物體之間，但是接觸的物體也不一定會產生彈力，彈力的分析是對物體進行受力分析的一大難點，學生在分析過程中很容易分析錯彈力的方向，需要謹慎判斷。對于摩擦力，學生普遍認為，只要兩個物體接觸了就會產生摩擦力，這是錯誤的思想，在物理教學中，教師要糾正這一觀點，其實摩擦力的產生，也應具備一定的條件。教師要教導學生邊分析邊將力一一畫在受力示意圖上，并準確標出各力的方向，最后檢查畫出的每一個力，能否找出它的施力物體，檢查分析結果能否使研究對象處于題目所給的運動狀態，否則，必然出現漏力、多力或錯力的現象。

三、高中物理力學解題中整體法的意義

針對高中物理力學，無論解題還是日常學習，進行受力分析是重中之重，也是關鍵性的第一步，受力分析的正確與否直接決定了問題能否順利解決。從高中物理力學教學的現狀來看，無論在日常課后練習還是階段性考試中，受力分析仍是學生學習的難點，學生易出現錯誤。究其原因，一是學生對于受力分析的理解不到位，二是學生沒有完全掌握受力分析的方法與技巧，從而導致在受力分析時出現錯誤或遺漏受力，長此以往，會嚴重打擊學生學習物理的積極性，使學生對力學失去興趣，甚至出現抵觸心理。相關教育學者基于學生學習的現實情況及學生認知特點，提出的“整體法”的力學解題方法，為力學教學開辟了一條新的路徑，對于提高學生力學分析能力產生了積極的影響。高中物理力學解題中整體法的應用有效避免了學生陷入遇到力學問題無從下手、盲目分析的困境，能幫助學生建立整體觀念，在解答問題時形成整體思維，并做到舉一反三。整體思維是一種綜合思維，其一方面表現為知識的綜合貫通，另一方面表現為思維的有機組合。因此，學生在物理研究與學習中，要善于運用整體研究分析，處理和解決問題。整體法的運用能夠降低學生對題目的理解難度，當遇到一個物體受多個力或多個物體受力的復雜情況時，學生能夠運用整體法的解題思路快速找到切入點，提高解題效率，降低解題錯誤率。

四、高中物理力學解題中整體法的應用

（一）物體平衡題型中整體法的應用

高中物知識中，平衡問題是力學解題的基礎，所占比重非常大，考驗學生對物體受力的分析能力。平衡問題主要分為兩種題型，分別是單個物體的受力分析和連接體中各個物體的受力分析。單個物體的平衡分析比較簡單，一般是三個力的平衡、動態平衡和三個以上力的平衡，連接體的平衡分析相對較難，需要結合整體法和隔離法進行物體受力分析，以下題為例。

如圖所示，傾角為α的粗糙斜劈放在粗糙水平面上，物體a放在斜面上，輕質細線一端固定在物體a上，另一端繞過光滑的滑輪固定在c點，滑輪2下懸掛物體b，系統處于靜止狀態。現將固定點c向左緩慢移動少許，發現a與斜劈始終靜止，則在此過程中，下列說法正確的是（ ）

A.斜劈對地面的壓力保持不變

B.細線對物體a的拉力增大

C.細線對滑輪2的作用力不變

D.地面對斜劈的摩擦力增大

分析：對滑輪和物體b受力分析，根據平衡條件求解細線的拉力變化情況;對滑輪2進行受力分析，根據平衡條件分析細線對滑輪2的作用力;對斜劈、物體a、物體b進行整體受力分析，根據平衡條件求解整體與地面間的靜摩擦力和彈力的情況。

解答：B、C：對滑輪2和物體b進行受力分析，受重力和兩個拉力，如下圖所示。

根據平衡條件，有：mbg=2Tcosθ

解得：T= ? ? ?，將固定點c向左移動少許，則θ減小，故拉力T減小;細線對滑輪2的作用力始終與b的重力等大反向，故B錯誤、C正確。

A、D：對斜劈、物體a、物體b整體受力分析，受重力、支持力、細線的拉力和地面的靜摩擦力，如下圖所示：

根據平衡條件，有：N=G總-Tcosθ=G總- ? ，N與角度θ無關，恒定不變;根據牛頓第三定律，壓力也不變;f=Tsinθ= ? ·tanθ，將固定點c向左移動少許，則θ減小，故摩擦力減小;故A正確，D錯誤。

故選AC。

點評：本題主要是考查共點力的平衡，掌握整體法和隔離法的使用技巧：當分析相互作用的兩個或兩個以上物體整體的受力情況及分析外力對系統的作用時，宜用整體法;而在分析系統內各個物體（或一個物體各個部分）間的相互作用時常用隔離法。整體法和隔離法不是獨立的，對一些較復雜問題，通常需要多次選取研究對象，交替使用整體法和隔離法。

（二）物體運動過程中整體法的應用

高中物理需要學生掌握正確分析物體運動情況的能力和技巧，牢記當一個物體的運動狀態發生變化時，它一定受了力的作用。物體運動的過程可以分為單個物體的單段運動和多段運動以及多個物體的多段運動。一般，在分析運動中多個物體的受力情況時，我們首先將多個物體分為不同的局部，若各個物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力時，可以把它們看成一個整體，分析整體受到的合力，應用牛頓第二定律求出加速度（或其他未知量）。若直接隔離分析某一物體，滑動摩擦力、靜摩擦力等因素的出現，提高了物體受力分析的難度，在分析過程中，學生可能會忽略靜摩擦力對物體的影響，在分析過程出現問題，導致結果錯誤。因此，整體法的應用可以降低分析相互作用物體受力的難度，簡化解題思路，以下題為例。

如圖所示，水平面上A、B兩物塊的接觸面水平，二者疊放在一起，在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做勻速運動，某時刻撤去力F后，二者仍不發生相對滑動，關于撤去F前后下列說法正確的是（ ）

A.撤去F之前A受3個力作用

B.撤去F之前B受到4個力作用

C.撤去F前后，A的受力情況不變

D.A、B間的動摩擦因數μ1不小于B與地面間的動摩擦因數μ2

分析：分別對撤去拉力前后整體和A的受力情況進行分析，根據平衡條件判斷A、B間是否存在摩擦力，從而確定兩種情況下它們的受力個數。撤去力F后，二者仍不發生相對滑動，A、B間的靜摩擦力不大于最大靜摩擦力，由牛頓第二定律分析A、B間的動摩擦因數與B和地面間的動摩擦因數大小。

解答：A、B：撤去F前，整體做勻速運動，故B所受的地面滑動摩擦力與F平衡，而A水平方向不受外力，故A不受摩擦力，故A受重力、B的支持力共2個力作用。B受重力、A的壓力、拉力F、地面的支持力和滑動摩擦力，共5個力。故A、B錯誤。

C：撤去拉力F后，B開始做減速運動，A相對B有向前滑動的趨勢，所以B對A有靜摩擦力，故A受重力、B的支持力和靜摩擦力，共3個力，所以撤去F前后，A的受力情況將發生變化，故C錯誤。

D：撤去力F后，二者仍不發生相對滑動，由牛頓第二定律得：

對整體有：μ2（mA+mB）g=（mA+mB）a

對A有： f=mAa≤μ1mAg

可得μ1≥μ2，即A、B間的動摩擦因數μ1不小于B與地面間的動摩擦因數μ2，故D正確。

故選D。

點評：本題考查共點力平衡條件和牛頓、第二定律的應用，可采用假設法分析勻速運動時A、B間是否有摩擦力。要掌握物體間不發生相對滑動的條件：靜摩擦力不大于最大靜摩擦力。

結 語

整體法在高中物理力學教學中處于重要地位，應用整體法之后，力學解題過程中的受力分析也得到了簡化，便于教師講解，便于學生理解物體的受力情況，減輕了學生學習物理的壓力。從上面的例子可以看出，應用整體法求解物理問題的優點非常明顯——簡潔明快，刪繁就簡，是一種應該掌握的方法。在解決力學平衡問題、相互作用問題和運動過程問題時，整體法的應用可以幫助學生培養整體分析能力，培養學生的整體思維，同時還可以培養學生的空間思維能力和空間想象能力，學習物理，最重要的就是空間思維。在高中物理力學解題過程中，教師要應用整體法開展教學，不斷提升學生的解題正確率和效率。

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