高中物理逆向思維法和圖像法解題技巧分析

高中物理知識(shí)具有較強(qiáng)的邏輯性與抽象性，學(xué)生在解題中會(huì)遇到諸多困難，掌握有效的解題方法可以幫助學(xué)生順利解決物理問(wèn)題的同時(shí)，深化對(duì)物理知識(shí)點(diǎn)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.不同的解題技巧適用于不同類型的問(wèn)題，能從不同角度為學(xué)生提供解題思路.

1逆向思維解題法

逆向思維解題法強(qiáng)調(diào)打破常規(guī)正向思考順序，從問(wèn)題的最終結(jié)果以及自標(biāo)狀態(tài)出發(fā)，反向推導(dǎo)求解過(guò)程.在物理運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，當(dāng)正向分析過(guò)程較為復(fù)雜，涉及多個(gè)未知量時(shí)，逆向思維反而可以簡(jiǎn)化問(wèn)題[1].如在拋體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中，將斜拋運(yùn)動(dòng)逆向視為從終點(diǎn)開始的平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律反向推導(dǎo)出斜拋運(yùn)動(dòng)的初始條件，突破傳統(tǒng)思維定式，拓展解題思路，清晰地把握問(wèn)題的物理本質(zhì).

例1如圖1所示，將一個(gè)籃球從地面上方B點(diǎn)斜向上拋出，剛好垂直擊中到籃板上A點(diǎn)，不計(jì)空氣的阻力，若拋射點(diǎn) B 向籃板方向移動(dòng)一小段距離，仍使拋出的籃球垂直擊中A點(diǎn)，則可行的是

（A）增大拋射速度 v₀ ，同時(shí)減小拋射角 θ (B）減小拋射速度 v₀ ，同時(shí)減小拋射角 θ (C)增大拋射角 θ ，同時(shí)減小拋出速度 v₀ (D)增大拋射角 θ ，同時(shí)增大拋出速度 v₀

圖1

解析結(jié)合題干，題目中的籃球垂直擊中籃板A ，可將其視為一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng)的逆過(guò)程，將軌跡反向，可以理解為籃球從 A 點(diǎn)以水平初速度平拋到B點(diǎn).當(dāng)拋射點(diǎn) B 向籃板移動(dòng)，縮短了平拋水平距離時(shí)，初速度與角度會(huì)發(fā)生調(diào)整.當(dāng)水平距離縮短，水平初速度減小.在豎直方向，為了擊中 A 點(diǎn)，需要增大拋射角度，選項(xiàng)(C)正確;在選項(xiàng)(A)中，增大 v₀ ，減少 θ ，會(huì)增大水平速度，使得最終籃球會(huì)越過(guò)A點(diǎn).

點(diǎn)評(píng)本題考查學(xué)生對(duì)斜拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解和應(yīng)用能力.解題過(guò)程中需要明確籃球的拋出點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)（籃板上的A點(diǎn)）拋射點(diǎn)的移動(dòng)以及需要保持的垂直擊中條件，識(shí)別出籃球的斜拋運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng).這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，但它們的合成決定了籃球的最終運(yùn)動(dòng)軌跡，最后通過(guò)代數(shù)運(yùn)算和方程求解找出滿足題目條件的拋射角和拋出速度的組合.在這個(gè)過(guò)程中，需要運(yùn)用逆向思維，從目標(biāo)點(diǎn)(A點(diǎn))反推回拋出點(diǎn)(B點(diǎn))，以找出正確的答案.

2 圖像解題法

圖像法是描述物體過(guò)程與物理量關(guān)系的直觀工具，運(yùn)用圖像解題法時(shí)，學(xué)生需要深入理解圖像橫縱坐標(biāo)所代表的物理量，以及圖像的斜率、截距、面積等幾何意義所對(duì)應(yīng)的物理意義，觀察圖像變化趨勢(shì)與特征，結(jié)合物理規(guī)律與公式，對(duì)物體問(wèn)題進(jìn)行分析與求解，例如直線運(yùn)動(dòng)中的速度一時(shí)間圖形，斜率代表加速度，面積代表位移，利用圖像信息可以直觀地分析物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，解決運(yùn)動(dòng)學(xué)中較為復(fù)雜的問(wèn)題，讓抽象物理過(guò)程可視化[2].

例22024年8月16日北京首條無(wú)人機(jī)配送航線在八達(dá)嶺長(zhǎng)城景區(qū)正式開通，為游客配送防暑降溫，應(yīng)急救援等物資(如圖2).圖3為無(wú)人機(jī)某次配送過(guò)程中在豎直方向運(yùn)動(dòng)的圖像.若配送物資質(zhì)量為 1.5kg ，以豎直向上為正方向，設(shè)水平方向速度始終為0，不計(jì)空氣阻力，取重力加速度為 10m/s² .下列說(shuō)法正確的是（ ）

圖2

（A）無(wú)人機(jī)在 1～2s 內(nèi)處于失重狀態(tài).（B)無(wú)人機(jī)在第1s內(nèi)和第4s內(nèi)的加速度大小相等.(C）在此過(guò)程中無(wú)人機(jī)上升的最大高度為 4m （D）在1s末配送物資所受無(wú)人機(jī)的拉力大小為18N.

圖3

解析加速度向上為超重，根據(jù) v-t 圖像的斜率表示加速度，面積表示位移，結(jié)合牛頓第二定律進(jìn)行求解，圖3為 v-t 圖像，表示的是物體速度隨時(shí)間變化的關(guān)系，在圖中斜率表示加速度；縱截距表示初速度；交點(diǎn)則表示速度相，根據(jù) v-t 圖像對(duì)應(yīng)的物理意義，可以分析出單獨(dú)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)圖3可知，無(wú)人機(jī)在 1～2s 內(nèi)豎直向上做加速度運(yùn)動(dòng)，加速度向上，處于超重狀態(tài)，故（A）錯(cuò)誤；無(wú)人機(jī)在第1s內(nèi)和第4s內(nèi)的加速度大小分別為 a₁= ，（B）選項(xiàng)錯(cuò)誤.

因?yàn)?v-t 圖像的面積表示位移，根據(jù)圖像可知，4s時(shí)無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn) 10m(C) 選項(xiàng)是錯(cuò)誤的.在1s末無(wú)人機(jī)的加速度大小為a₁=2m/s² ，根據(jù)牛頓第二定律 F-mg=ma₁ ，由此解得 F=18N. 故(D)選項(xiàng)正確.

點(diǎn)評(píng)在解答此題中，需要明確題目所問(wèn)的“下列說(shuō)法正確的是哪一個(gè)”，并仔細(xì)分析題目給出的所有條件，如“配送物資質(zhì)量為 1.5kg^′ “水平方向速度始終為0\"“不計(jì)空氣阻力”等.在解讀圖像時(shí)，需要注意速度的正負(fù)表示方向，速度的變化反映加速度的存在.同時(shí)，結(jié)合物理公式和定理，對(duì)圖像中的信息進(jìn)行量化分析，找到考查要點(diǎn)，利用牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式等物理原理進(jìn)行分析推理，

3結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述例題，可以發(fā)現(xiàn)逆向思維法、圖像解題法在內(nèi)的多種物理解題方法是非常實(shí)用的解題技巧.這些方法不僅可以幫助學(xué)生在面對(duì)物理問(wèn)題時(shí)快速找到解題思路，提升解題效率與準(zhǔn)確率，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)解題思維.在高中物理教學(xué)中，教師需要持續(xù)引導(dǎo)學(xué)生掌握與應(yīng)用這些方法，讓學(xué)生在實(shí)踐中逐步提升物理核心素養(yǎng)，為后續(xù)學(xué)習(xí)物理知識(shí)與解決實(shí)際問(wèn)題奠定基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1」魏立榮.例談逆向思維法在高中力學(xué)解題中的應(yīng)用[J」數(shù)理天地（高中版），2024(22)：24-25.

[2]連培惠.高中物理解題中如何運(yùn)用圖像法[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，49(18)：65-66.