轉換法在高中物理解題中的運用探究

林旭

【摘要】力的作用是高中物理力學知識體系的重要構成，也是較為常見的考查方向.面對力的作用的相關問題，學生需要借助轉換法進行解題.利用轉換法，可以通過轉化題目中的關鍵信息，讓復雜的問題簡單地呈現出來，促使物理問題得到更好的解決.本文引入常見的力的作用相關問題，從不同角度出發提出利用轉換法解決物理問題的方法.

【關鍵詞】轉換法；力的作用；解題運用

在物理解題中利用轉換法，其本質就是對研究對象、物理規律與思維角度進行轉化，將物理題目的本質以更簡單直接的方式呈現出來.這種轉換法，可以間接解答物理問題，充分展示學生對物理問題的分析能力，提高學生的物理問題解題高效性.在實際過程中，學生必須結合具體的物理題情況，靈活調整轉換的角度，充分發揮轉換法的有效性［1］.

1 研究目標轉換，快速確定解題思路

目標轉換法，是較為常見的物理解題方法.面對力的作用題目時，學生應當認真閱讀題目，梳理題目信息，快速確定本道題的研究對象，以研究對象為目標進行轉換.轉換目標的目的，是以一種更簡單的方法間接尋求相關元素之間的關系，探尋力的作用情況，從而形成清晰、有條理的解題思路.

例1 一平面上放置兩個木塊A、B，兩個木塊的質量分別是m1、m2，兩個木塊的摩擦因數分別是μ1、μ2，請問，在水平力F的推動之下A、B共同運動，且不下滑，此時力F的最小值是多少？

這道題是標準的力的作用題，考查的是學生對“力的相互作用之下，推力與摩擦力之間的關系”的掌握與理解，旨在檢驗學生的物理基礎知識掌握情況、抽象分析能力與邏輯思維能力.根據題目條件，已知信息為： （1）B受到A擠壓，壓力是N；（2）木塊B不下滑，需要符合臨界條件：μ1N=m2g.

采用目標轉換法的解題方法：題目給出的假設信息是木塊B不下滑，那么此時木塊A與B的加速度應當是a.可以將B轉化為研究目標，利用隔離法對木塊B的受力情況進行分析——B受到的力包括：重力、A對于B的摩擦力、A對于B朝前的壓力N、B不下滑的臨界作用力（符合μ1N≥m2g）.可以得出B不下滑的必要條件μ1m2a≥m2g.因此，加速度a=gμ1.之后，可以采用整體法對A與B進行整體分析，按照牛頓第二定律得到結論F-μ2（m1+m2）g=（m1+m2）a.因此，可以推導出推力應當為F=（m1+m2）（1μ1+μ2g）.

2 轉換參考系，拓展學生解題思維

面對高中物理中的力的作用題目時，經常發現題目中涉及物體的運動、參考系等內容.從牛頓力學的角度來說，是不允許隨意選擇參考系的，這是由于牛頓定律僅能夠被運用在慣性運動問題中［2］.那么，在相對問題、處于運動的物體的有關題目中，學生們可以適當轉換參考系.

例2 在某公路上，汽車勻速前進，速度是10m/s.一個人在公路旁等待救援，距離公路50m.這個人與汽車相距100m時發現了汽車，開始追趕，請問，這個人用最小的速度勻速跑步，應當選擇什么方向呢？

這個問題是一個較為簡單的力的作用問題，常見的參考系是大地.

利用轉換參考系的解題方法：假設參考系為大地，此時汽車與人作為運動的兩個事物，他們的狀態都是十分簡單的.這道題解題的難點就在于如何分析人與大巴車之間的關系.但是，這道題本身具有開放性，若直接以大地為參考系，則需要考慮更復雜的因素.因此，建議轉換參考系，比如：將汽車作為參考系.這樣一來，人與汽車之間的關系就更加簡單，人相對于汽車的速度是v′，大巴車按照10m/s的速度水平運動，此時只要人的速度能夠超過車子的速度就可以及時趕上汽車，得到救援.

3 主要問題轉換，簡化解題復雜性

在高中物理力的作用的學習中，學生應當對物理題目的主要問題進行分析，以便于確定解題過程中的相應切入點，解決實際問題.一般來說，力的作用問題具有一個或者多個研究方向.因此，在解題時，學生可以根據題目給出的已知信息，分析本道題的主要問題，分析問題與已知信息之間的關聯，并且選擇合適的角度轉化主要問題，從而實現對主要問題的求解［3］.

例3 在一組滑輪上，使用輕質長繩水平跨越兩個相距為2L的小定滑輪A、B，包裹在A與B兩點之間運輸，包裹質量為m，此時處于O點.O點到A點的距離等同于O點與B點之間的距離，而在繩的兩端有C、D點，分別被施加豎直向下的恒力F=mg.這組滑輪中，包裹先是被托住，繩子處于水平拉直狀態，之后包裹由靜止狀態開始下落，在下落的過程中C、D兩端拉力F不變，請問：（1）包裹下落距離（h）為多大時加速度是0？（2）按照（1）的設定，包裹下落到所述距離h，這一過程中需要克服C端恒力做功是多少？

這個題目的核心是“包裹”，而包裹的狀態直接影響了這組滑輪上各個點所受的拉力.因此，可以判定這道題目三個子問題的核心均是“在明確包裹狀態的基礎上，包裹的運動速度與運動距離.”

利用問題轉換法的解題方法：在子問題（1）中，包裹下落的過程中受到的合力為0時，物塊的加速度為0，而此時包裹下落的距離是h.可以將“包裹下落距離（h）與加速度之間的關系”這一問題轉化為運動過程中角的問題.根據F=mg，可以得出包裹的拉力恒等于mg，此時采用平衡條件可以確定兩根繩子之間的夾角為120°，因此，繩子與包裹垂直下落方向的夾角θ=60°，因此h=L·tan30°=33L.在子問題（2）中，包裹下落的距離為h，此時繩子的C、D兩端被施加豎直向下的恒力F=mg.繩子C、D兩端被所受的施加的力與上升距離h之間存在穩定關系.因此，可以將主要問題暫時轉化為三角形問題，根據三角形勾股定理計算h′=L2+h2－L.因此，繩子C端需要克服恒力F做的功是W=Fh′，根據上述分析得到W=mg·L2+33L2+L=mg·（233L-L）=（233-1）mgL.

4 結語

綜上所述，轉化法是解決力的作用相關物理題的主要方法，利用這種方法解題，可以一定程度上簡化題目，便于學生發現題目中關鍵信息之間的關聯，快速確定解題方向.結合本次研究分析，可以得出結論：在物理力的作用相關題目的解決中，利用轉化法解題，可以靈活轉換題目中的解題目標、題目問題、推理內容與參考系.今后，建議學生靈活轉換不同題目要素，將復雜的問題簡單化、抽象的問題具體化，提高學生的解題效率與速度.

參考文獻：

［1］姜紅辰.力的作用是相互的習題專練［J］.初中生學習指導，2023，（05）：56.

［2］朱國強.高中力學解題的數碼分析策略的建構［J］.物理教學，2020，42（02）：15-18+12.

［3］趙邦原.高中物理力學學習策略及解題技巧［J］.科學咨詢（教育科研），2019，（01）：57.