整體法在高中物理解題中的應(yīng)用

劉家祥

(福建省上杭縣第一中學(xué) 364200)

整體法是指在研究物理問題時，把所研究的對象作為一個整體來處理的方法.教學(xué)中為使學(xué)生能夠靈活應(yīng)用整體法解答相關(guān)的物理習(xí)題，應(yīng)注重為學(xué)生講解應(yīng)用整體法解題的基本步驟以及應(yīng)用時的注意事項(xiàng)，在分析物理問題時能夠正確的選取研究對象，巧妙的破題.

一、用于解答受力分析習(xí)題

受力分析是高中物理的重要基礎(chǔ)知識.為使學(xué)生掌握受力分析的技巧，提高受力分析效率，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用整體法解答相關(guān)的習(xí)題，使學(xué)生體會到整體法在學(xué)習(xí)中的便利，提高在解題中的應(yīng)用意識.

如圖1，在大磅秤上放置一個大木箱，在箱內(nèi)放置一個小磅秤.一人站在小磅秤上，某時刻其用力向上推木箱頂部，人和其他物體均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則兩磅稱的示數(shù)將( ).

圖1

A.小磅秤和大磅秤的示數(shù)都增大

B.小磅秤的示數(shù)增大，大磅秤的示數(shù)不變

C.小磅秤的示數(shù)增大，大磅秤的示數(shù)減小

D.小磅秤的示數(shù)不變，大磅秤的示數(shù)增大

題目考查了學(xué)生受力分析知識.分析時需要采用整體法與隔離法，正確處理整體與局部的關(guān)系.

分析大磅秤的示數(shù)時將人、小磅秤、木箱看做一個整體，人推木箱頂部屬于內(nèi)部的力可不考慮，因此，大磅秤的示數(shù)并不會發(fā)生變化.以人研究對象其向上推木箱，必然受到木箱的反作用力，促使其對小磅秤的壓力的增加，因此，小磅秤的示數(shù)將變大.綜上，正確答案為B項(xiàng).

二、用于解答多次作用習(xí)題

物體多次作用相關(guān)的習(xí)題，過程較為復(fù)雜.如采取的方法不正確，不僅計(jì)算繁瑣，而且容易出錯.教學(xué)中為簡化解題步驟，使學(xué)生少走彎路，可鼓勵學(xué)生運(yùn)用整體法進(jìn)行分析，深化其對所學(xué)知識的理解的同時，更好的提高其解題水平.

如圖2所示，在光滑的水平面上放置質(zhì)量相等的5個物塊，其間隔一定距離且排成一條直線.給予第1個物塊初動能E0，使其依次與4個靜止的物塊發(fā)生碰撞，每次碰到后不再分開，最后5個物塊連成一個整體，則這個整體的動能為( ).

圖2

解答該題如逐一的考慮碰撞過程，需要多次使用動量守恒定律，較為繁瑣.而使用整體法，將5個物塊看作一個整體，只需要經(jīng)過簡單的計(jì)算，便可得出正確答案，解題效率明顯提升.

將5個物塊看作一個整體，設(shè)每個木塊的質(zhì)量為m，起初第1個物塊的速度為v0

由動量守恒定律得：mv0=5mv，

選擇C項(xiàng).

三、用于解答簡諧運(yùn)動習(xí)題

簡諧運(yùn)動是物體運(yùn)動的常見形式，是高中物理的重要知識點(diǎn).解答簡諧運(yùn)動相關(guān)習(xí)題應(yīng)認(rèn)識到整體法的重要性，根據(jù)題設(shè)情境靈活運(yùn)用整體法以及隔離法，構(gòu)建對應(yīng)的方程求解出相關(guān)的參數(shù).

如圖3所示，一彈簧振子的質(zhì)量為M，他的勁度系數(shù)為k.某時刻在振子上放一質(zhì)量為m的木塊，使其一起在光滑水平面上運(yùn)動.木塊的回復(fù)力F也滿足F=-k′x，x為離開平衡位置的位移，則k′/k=( ).

圖3

解答該題既需要從整體上進(jìn)行考慮列出對應(yīng)的方程，又需要將m隔離開來進(jìn)行單獨(dú)分析，列出方程，才能求得k′/k的比值.

四、用于解答綜合習(xí)題

高中物理綜合類的習(xí)題對學(xué)生思維靈活性、解題技巧有一定要求，因此應(yīng)注重為學(xué)生展示相關(guān)例題，并注重講解整體法在解答綜合習(xí)題中的應(yīng)用，為學(xué)生以后更好的解題帶來良好啟發(fā).

如圖4所示，在光滑的水平面上放置A、B、C三個滑塊，對應(yīng)的質(zhì)量依次為2m、m、3m.其中A、B之間壓縮一彈簧并使用與輕繩連接(彈簧和滑塊不栓接).開始時A、B以相同的初速度v0向右運(yùn)動，C靜止.某時刻輕繩突然斷裂，A、B被彈開，而后B和C發(fā)生碰撞并粘在一起，最終三滑塊速度恰好相同.求整個過程中彈簧釋放的彈性勢能和系統(tǒng)損失的機(jī)械能之比.

圖4

解答問題需要從整體上進(jìn)行考慮.其中彈簧釋放的彈性勢能等于A、B動能的增加量.而系統(tǒng)損失的機(jī)械能主要由B和C的碰撞引起，因此，求解彈簧彈開后A、B滑塊的速度以及B和C碰撞后的速度成為解題的關(guān)鍵.

以A、B為一個系統(tǒng)，彈簧彈開前后的動量守恒.設(shè)向右為正方向，彈簧彈開后A、B的速度分別為vA、vB.

由動量守恒定律可知：(2m+m)v0=2mvA+mvB.

將B、C看做一個系統(tǒng)，碰撞后的共同速度為vC

由動量守恒得到：mvB=(m+3m)vC，又∵vA=vC.

設(shè)彈簧的釋放的彈性勢能為Ep，以A、B為研究對象，由機(jī)械能守恒得到：

設(shè)BC碰撞后損失的機(jī)械能為ΔE損，則碰撞前后由能量守恒得到：

以上各式聯(lián)立得到Ep/ΔE損=1∶2.

整體法是一種重要的學(xué)習(xí)方法，為提高學(xué)生應(yīng)用整體法解題的意識與能力，既要注重相關(guān)例題的講解，又要組織學(xué)生開展專題訓(xùn)練活動，使學(xué)生不斷的積累相關(guān)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與技巧，遇到相關(guān)習(xí)題能夠迅速的找到解題思路，實(shí)現(xiàn)高效、正確解題.