高中物理應用整體法解題的研究

陳慶濤

(甘肅省慶陽第一中學,甘肅 慶陽 745000)

解題方法的正確選擇通常是解決相關物理問題的重中之重,而整體法作為極其重要的一種解題方法,其可以使物理問題得到有效簡化,在促進解題效率提高的同時,實現解題時間的縮短.通過對以前的物理試題加以分析可知,整體法已成了當前考查的熱點,也成為學生解決難點問題的重要方法.因此,高中物理的解題教學中,教師需注重講解整體法,這不僅可以使學生立足于整體,呈現出事物的變化規律及其本質,有效避開解題中的繁瑣推理,實現問題的高效解決,而且還能使學生在進行問題思考與解決的時候,不再局限于局部,更多地是站在整體的角度,全面地分析問題,以提高學生分析與解決物理問題的能力.

1 整體法及其選用原則概述

1.1 整體法內涵

高中物理解題中,可以將系列的運動全過程看作為整體,也能將存在關聯的對象看作為整體,即整體法就是由個體至全局的一種解析思路,最重要的就是理解到物理現象存在的本質,接著,將其重新組合為存在關聯的物體,依據整體能量變化、動量變化及其受到外力的狀況,列出相應的方程式,以實現物理問題有效解決的目的.同時,因為整體法是站在全局的角度來看待問題的,所以,其忽視了系統內部各個物體之間存在的相互作用即機械運動中的細節,這就會減少整個運算量,把復雜的問題簡單化,從而促進解題效率的提高.

1.2 整體法的選用原則

目前,高中物理解題中,整體法的運用還不是很多,并不是所有與平衡有關的問題都能運用整體法解決,一般來說,滿足以下條件的可運用整體法加以解決:第一,求取的物理量僅是與研究系統有關,而與系統內部的相關細節無關;第二,求取的物理量涉及到整個運動過程,但與某個時段運動的過程無關;第三,通過系統化的物理規律解決物理問題,類似于動能定理、機械守恒定律等;第四,系統當中的各個物體的加速度都是相同的,類似于平衡狀態,以及需加以分析的系統外的力,也就是外力,而非系統內的各個物體間存在的相互作用,即內力;凸顯出主要矛盾,即研究的外力,避開次要矛盾,即系統內力[1].

2 應用整體法解決物理問題的思路

高中物理解題中,運用整體法的思路具體為:第一,確定具體的研究對象,需與試題中的情境相結合,實施科學選擇,主要就是選擇和周圍環境存在關聯,且已知條件相對較多的,當面對相對復雜的物理問題時,需關注到物體各個部分存在的制約,并分離出多個對象,才能實現物理問題的有效解決;第二,物理問題解決的關鍵是對受力點開展受力分析.常規來說,可先對電場力、磁場力、重力實施分析,接著,分析彈力、摩擦力等接觸力,最后再對其他別的力實施分析,或者是采取先進行重力分析,再進行彈力、摩擦力分析,然后再對其他力加以分析,經過該順序,對物體實際受力情況進行準確分析.通過這一順序加以分析的主要目的是防止多力、少力或者弄錯力的方向[2].第三,依據受力分析狀況以及研究對象的具體運動過程,與定律相結合,獲得物體受力平衡的平衡方程、動量守恒的方程或者是能量守恒的方程,然后聯立公式加以計算,就能夠求出相應的物理量,或者是判斷出物體的具體運動狀態.

3 高中物理應用整體法解題的策略

3.1 整體法應用于解答受力分析題

受力分析屬于高中物理教學中的一種基礎知識,想要使學生充分掌握分析受力情況的技巧,提高學生分析受力情況的效率,教師就需要引導學生應用整體法進行受力分析相關試題的解答,以便于學生深刻感受到整體法在解題中的便利,并實現解題效率的提高.

例1如圖1所示,在大磅秤上放一個大的木箱,在箱子內放個小的磅秤,一個人站到小磅秤上,在某個時刻,其用力朝上推箱的頂部,人與其他物體都處于靜止狀態,那么,兩磅秤的示數為( ).

圖1 例1題圖

A.小磅秤與大磅秤的示數同時增大

B.小磅秤的示數明顯增大,大磅秤的示數則不變

C.小磅秤的示數明顯增大,大磅秤的示數明顯減小

D.小磅秤的示數保持不變,大磅秤的示數明顯增大

本題主要對學生分析受力情況進行考查,分析受力的時候,通常需運用整體法,以實現整體和局部之間的關系有效處理.在對大磅秤的示數進行分析時,則是把人、木箱、小磅秤看作為整體,人推木箱的頂部,可以不考慮其內部力,所以,大磅秤的示數通常是不會有變化的,將人作為研究對象,向上推木箱,則會形成木箱反作用力,這就會使小磅秤壓力增加,所以,小磅秤的示數會明顯增大,由此可知,運用整體法進行受力分析,則能得出正確的答案B.

3.2 整體法應用于多次作用題

與物體的多次作用有關的試題,其過程通常是十分復雜的.如果在解題時采取的解題方法錯誤,不僅會使計算過程十分繁瑣,而且還極容易出現錯誤,而整體法的運用,整個教學過程以及解題步驟就會變得更加簡單,可以使學生在解題時,少走彎路,并引導學生通過整體法對多次作用題進行分析,以深化學生對學習知識的理解與掌握,并促進學生解題水平的提高[3].

例2如圖2,光滑水平面上放了相等質量的5個物塊,每個物塊之間間隔相應的距離,并排列成一條直線,第1個物塊的初動能是E0,將其依次和4個物塊產生碰撞,在每次碰撞之后,就不會分開,最后,把5個物塊連成整體,那么,這個整體的動能是( ).

圖2 例2題圖

解決本題,需分別考慮到每次的碰撞過程,需多次運用動量守恒定律,其解決過程通常十分繁瑣,而通過整體法的合理運用,則能把5個物塊看作成整體,只要經過相對簡單的計算過程,就能計算出正確答案是C.

3.3 整體法應用于平衡類試題

高中物理平衡類試題一般涉及到多個力和多個物體間的相互作用,從問題平衡的整體入手,往往能夠化繁為簡,快速地找到平衡條件[4].其中,在對研究對象進行選擇時,可將幾個單個物體看作是一個整體,然后分析其受力情況,簡單、高效地解決問題.

例3一個直角三角形物體B下端與彈簧相連,一條直角邊緊靠墻壁,一個正方形物體A靜置于B上,物體A、B以及彈簧處于靜止狀態,現在給物體A施加一個沿斜面的方向的力F,如圖3所示,此時,物體A、B以及彈簧仍處于靜止狀態,則這時關于物體受力的判斷正確的是( ).

圖3 例3題圖

A.物體A與B之間的摩擦力變大

B.墻面與物體B之間可能沒有摩擦力

C.B與墻之間的彈力可能是不變的

D.B與墻之間的摩擦力變大

將物體A、B看作一個整體,未加力F之前,物體重力等于彈簧彈力,物體與墻面之間沒有力的作用,當A、B組成的整體受到力F作用后,物體A、B以及彈簧仍處于靜止狀態,說明彈簧彈力不變,物體B與墻面的彈力增大,摩擦力也增大,因此正確答案為D.

3.4 整體法應用于運動過程類試題

高中物理的解題過程,學生能夠正確、高效分析出物體運動的情況,是其學習與掌握物理知識所必備的一種能力,而力則會使物體的整體運動狀態出現相應的變化,在實際運動的時候,通常體現了3種類型,也就是單個物體產生的單段運動、多個物體產生多段運動、單個物體產生多段運動,可以通過整體法分析物體的運動過程.

3.5 整體法應用于電路類試題

動態的電路分析通常是高中物理中常見的考查內容,在對相關試題進行解答的時候,通過整體法的合理運用,可實現問題的有效解決.

例4如圖4所示電路,電源(電動勢E,內阻r),三個阻值為R的定值電阻分別為R1、R2、R3,滑動變阻器接入電路的有效阻值為0-2R,當移動滑動變阻器滑片時,下列說法正確的是( ).

圖4 例4題圖

A.b→a時,電流表的示數會逐漸變大

B.a→b時,電壓表的示數會逐漸變大

C.a→b時,定值電阻R1消耗的電功率會逐漸增大

D.b→a時,滑動變阻器的電功率先增大,然后變小

答案:D

綜上,整體法是解決物理綜合題的一種有效解決方法,在高中物理的解題教學當中,發揮了重要作用.因此,在具體教學時,物理教師需注重整體法的科學、系統講解,提供給學生相對簡單的思維方式,從而使學生分析與解決物理問題的能力得到明顯的提高,同時促使學生形成站在宏觀的視角來看待問題的素養.