高中物理常用思維方法

一、等效思維法

高中物理中的等效思維主要有：物理模型的等效替代；物理過程的等效替代；作用效果的等效替代。如合力與分力；交流電的有效值；電源的等效內阻；這些都是等效思維法在物理學中的實際應用。

例1：圖（1）所示裝置是在豎直平面內放置的光滑絕緣軌道，處于水平向右的勻強電場中，帶負電的小球從高h的A處由靜止開始下滑，沿軌道ABC運動并進入圓環內做周圍運動，已知小球所受電場力是其重力的，圓環半徑為R，斜面傾角θ=60°，BC段水平，SBC=2R，若使小球在圓環內能做完整的圓周運動，h至少為多少？

解析：小球所受的重力與電場力都為恒力，故可以將兩力的合力F等效為一個新的“重力”，由已知可求得F=mg，方向與豎直方向成37°角，由圖可知小球能否做完整圓周運動的臨界點是D點（物理最高點），設小球恰好能過D點，此時彈力為零，由圓周運動知識和動能定理可解。

二、臨界思維法

臨界問題在高中物理習題中很普遍，解題的關鍵在于找出臨界點，確定臨界條件，根據研究對象在臨界點前后具有的特征進行求解。

例2：物體A的質量為2kg，兩根輕繩AB和AC（LAB=2LAC）的一端系在豎直墻壁的BC兩點，另在端系在物體上，如果在物體A上再施加一個與水平方向成θ=60°夾角的力F，要使兩根輕繩都能伸直，求拉力F的范圍。（g=10N/kg）

解析：根據題中幾何條件可知∠BAC=60°，由兩繩子都要伸直可知F不能太小，F太小時AC繩子要彎曲，由此分析可知F最小的臨界條件是繩子AC上的拉力FAC剛為零，此時對A受力分析，由平衡條件可解。

三、逆向思維法

高中階段遇到的可逆性物理過程很多，有的問題從正面入手解答有一定的難度，若能充分運用運動形式的可逆性，時間的可逆性，電路、光路的可逆性，將初態與終態顛倒，沿著正向思維相反的方向去思考，可能茅塞頓開，柳暗花明。

例3：如圖（2）所示，光滑導軌由一段半徑為R的半圓圓弧軌道和一段傾斜直軌道組成。B、C分別為圓弧軌道的最低點與最高點，從平地上某處（O點）以某速度拋出一小球，使它無碰撞地由C點進入圓弧軌道、經B點滑上傾斜直軌道，到達高為H的A點時速度恰為零，求O到B的距離x及拋出小球的速度VO。

解析：如果我們沿著從O→C的正向思維，物體的運動屬復雜的斜拋運動，若我們調整思路，逆向思維，讓小球從A點自由下滑經B到C，再從C點做平拋運動后落到水平地面上的O點，該題就變得簡單而常規。以小球為研究對象，由機械能守恒定律可解。

四、對稱思維法

對稱本指圖形而言，這里所述的對稱已大大延伸，是指物理過程和規律的對稱，例如鏡像對稱、時空對稱等。有的時候，還需將一些看起來表面上不對稱的問題轉化為對稱問題，再利用對稱性求解。

例4：沿水平方向向一豎直光滑的墻壁拋出一個彈性小球，拋出點A離水平地面的高度為h，距離墻壁的水平距離為s，小球與墻壁發生彈性碰撞后，落在水平地面上，落地點距墻壁的水平距離為2s，如圖（3）所示。求小球拋出時的初速度。

解析：因小球與墻壁發生彈性碰撞，故碰撞前后入射速度與反射速度具有對稱性，碰撞后小球的運動軌跡與無墻壁阻擋時小球繼續前進的軌跡相對稱，如圖所示，所以小球的運動可以轉換為平拋運動處理，效果上相當于小球從A＇點水平拋出所做的運動。根據平拋運動的規律可解。

作者單位 陜西省靖邊縣第三中學

責任編輯 楊博

“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”