物理思想方法在高考試題中的考查與運用

江蘇省鄭集高級中學城區學校(221116 )

李勝強●

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物理思想方法在高考試題中的考查與運用

江蘇省鄭集高級中學城區學校(221116 )

李勝強●

高中物理教學不僅僅是讓學生單純的掌握物理知識，更重要的是培養學生的物理思想和物理方法，進而要求學生能用物理思想和物理方法去解決日常生活中的物理問題．高中物理常用的思想方法主要有以下幾種：

1.整體法和隔離法

整體法是在確定研究對象或研究過程時，把多個物體看作為一個整體或多個過程看作整個過程的方法；隔離法是把單個物體作為研究對象或只研究一個孤立過程的方法.

例1 如圖1所示，一夾子夾住木塊，在力F作用下向上提升.夾子和木塊的質量分別為m、M，夾子與木塊兩側間的最大靜摩擦力均為f.若木塊不滑動，力F的最大值是( ).

2．對稱法

物理問題中有一些物理過程或是物理情景是具有對稱性的，有時利用物理問題的這一特點求解，可使問題簡單化.

例2 一汽車從靜止開始做勻加速直線運動，然后剎車做勻減速直線運動，直到停止.下列(圖2)速度v和位移x的關系圖像中，能描述該過程的是( ).

解析 本題考查利用v-x圖像描述勻變速運動，高中物理教學中v-t圖像，x-t圖像和a-t圖像是學生非常熟悉的，但此題考查的卻是學生不太熟悉的v-x圖像，很多學生對此一籌莫展.但根據題目敘述的物理情景僅僅抓住對稱性的物理過程，故v-x圖像也具有某種層面的對稱性，從而排除B和C.再根據v-x圖像斜率的物理意義做出判斷.答案:A

3． 構建物理模型法

物理學很大程度上，可以說是一門模型課.無論是所研究的實際物體，還是物理過程或是物理情境，大都是理想化模型.求解物理問題，很重要的一點就是迅速把所研究的問題歸宿到學過的物理模型上來，即所謂的建模.尤其是對新情境問題，這一點就顯得更突出.

例3 如圖3所示，一塊橡皮用細線懸掛于O點，用鉛筆靠著線的左側水平向右勻速移動，運動中始終保持懸線豎直，則橡皮運動的速度( ).

A．大小和方向均不變

B．大小不變，方向改變

C．大小改變，方向不變

D．大小和方向均改變

解析 本題情景設計新穎，物理過程單一，考查的實質是運動的合成與分解.解題過程可與小船過河模型聯系，橡皮在水平方向上向右勻速移動，同時豎直方向上也以相同的速度向上移動，橡皮運動的合速度的大小和方向均不變，且夾角為45°.答案:A

4. 極限思維方法

極限思維方法是在研究物理量的連續變化過程中將問題推向極端狀態，從而對問題進行分析和推理的一種思維辦法.

例4 將一只皮球豎直向上拋出，皮球運動時受到空氣阻力的大小與速度的大小成正比.下列描繪皮球在上升過程中加速度大小a與時間t關系的圖象(圖4)，可能正確的是( ).

解析 在上升過程中皮球的加速度a一直在變化，由牛頓第二定律可得mg+kv=ma，a與v成線性關系但a(或v)與t成非線性關系，這樣就加大了數理結合的難度.但若考慮到皮球到達最高點時速度v=0，此時具有最小的加速度a=g，由此得出皮球在上升過程中加速度a逐漸減小并趨近g.本題利用極限的物理思想快速巧妙得出正確答案.答案:C

5. 等效轉換法

等效法，就是在保證效果相同的前提下，將一個復雜的物理問題轉換成較簡單問題的思維方法，其基本特征為等效替代.

例5 如圖5所示，細線的一端固定于O點，另一端系一小球.在水平拉力作用下，小球以恒定速率在豎直平面內由A點運動到B點.在此過程中拉力的瞬時功率變化情況是( ).

A．逐漸增大B．逐漸減小

C．先增大，后減小

D．先減小，后增大

解析 小球以恒定速率在豎直平面內由A點運動到B點的過程中水平拉力是個變力，求拉力的瞬時功率時不能直接利用公式P=Fvx來計算，直接代入公式計算的思路戛然而止.但根據題意小球做勻速圓周運動，其動能不變即W合=0，故可將變力拉力的瞬時功率轉化為恒力重力的瞬時功率P=Gvy，由題意知vy逐漸增大.答案:A

6.猜想與假設法

猜想與假設法，是在研究對象的物理過程不明了或物理狀態不清楚的情況下，根據猜想，假設出一種過程或一種狀態，再據題設所給條件通過分析計算結果與實際情況比較作出判斷的一種方法，從而使原題得以更清晰方便地求解的一種方法.

例6 如圖6所示，相距l的兩小球A、B位于同一高度h(l、h均為定值).將A向B水平拋出的同時，B自由下落.A、B與地面碰撞前后，水平分速度 不變，豎直分速度大小不變、方向相反.不計空氣阻力及小球與地面碰撞的時間，則( ).

A．A、B在第一次落地前能否相碰，取決于A的初速度

B．A、B在第一次落地前若不碰，此后就不會相碰

C．A、B不可能運動到最高處相碰

D．A、B一定能相碰

解析 本題考查平拋運動的運動規律，學生要理解平拋運動的等時性、獨立性和對稱性.解題過程中可先假設A、B兩球恰好在B正下方的地面上相碰，再假設A的初速度減半，此時恰好在B球的初始位置相碰，再假設A的初速度再略微大些或小些，相碰點一定在B的下方某一位置，通過這樣的反復假設使原題得以更清晰方便地求解.答案:AD

7．圖形/圖象圖解法

圖形/圖象圖解法就是將物理現象或過程用圖形/圖象表征出后，再據圖形表征的特點或圖象斜率、截距、面積所表述的物理意義來求解的方法.尤其是圖象法對于一些定性問題的求解獨到好處.

例7 如圖7所示，兩質量相等的物塊A、B通過一輕質彈簧連接，B足夠長、放置在水平面上，所有接觸面均光滑.彈簧開始時處于原長，運動過程中始終處在彈性限度內.在物塊A上施加一個水平恒力，A、B從靜止開始運動到第一次速度相等的過程中，下列說法中正確的有( ).

A．當A、B加速度相等時，系統的機械能最大

B．當A、B加速度相等時，A、B的速度差最大

C．當A、B的速度相等時，A的速度達到最大

D．當A、B的速度相等時，彈簧的彈性勢能最大

A.F始終做正功，系統機械能始終增大，A錯誤；

B.加速度相等以前,A的加速度大于B，加速度相等以后,A的加速度小于B，所以B正確；

C.從開始運動到第一次速度相等，A始終作加速運動；所以C正確；

D.速度相等以前,A的速度大于B，彈簧伸長量增大，速度相等以后,A的速度小于B，彈簧伸長量減小，速度相等時，彈簧伸長量最大，彈性勢能最大，所以D正確.答案:BCD

8. 臨界問題分析法

臨界問題，是指一種物理過程轉變為另一種物理過程，或一種物理狀態轉變為另一種物理狀態時，處于兩種過程或兩種狀態的分界處的問題，叫臨界問題.處于臨界狀的物理量的值叫臨界值.解決臨界問題，關鍵是找出臨界條件.

例8 拋體運動在各類體育運動項目中很常見，如乒乓球運動．現討論乒乓球發球問題，設球臺長2L、網高h，乒乓球反彈前后水平分速度不變，豎直分速度大小不變、方向相反，且不考慮乒乓球的旋轉和空氣阻力．(設重力加速度為g)

(1)若球在球臺邊緣O點正上方高度為h1處以速度v1，水平發出，落在球臺的P1點(如圖實線所示)，求P1點距O點的距離x1．

(2)若球在O點正上方以速度v2水平發出，恰好在最高點時越過球網落在球臺的P2(如圖虛線所示)，求v2的大小．

(3)若球在O正上方水平發出后，球經反彈恰好越過球網且剛好落在對方球臺邊緣P3，求發球點距O點的高度h3．

解析 本題考查平拋運動的臨界問題分析，解決(1)(2)問時充分利用圖9中實線和虛線提示的信息構建幾何關系解決水平位移x和豎直位移y，再結合平拋運動水平方向勻速直線運動和豎直運動自由落體運動規律列方程組解題.解決(3)問時要畫出符合題意的臨界拋物線，如圖10所示，再列方程求解.

答案:

方法是溝通思想、知識和能力的橋梁，物理方法是物理思想的具體表現.研究物理的方法很多，如有觀察法、實驗法、假設法、極限法、類比法、比較法、圖表法、歸納法、總結法、發散思維法、抽象思維法、逆向思維法、模擬想象法、知識遷移法等.當然，我羅列的也許不是很全面，但是這些思想方法對我們解決物理問題的確非常重要，希望能夠結合具體題目來分析理解這些思想方法，這樣對整個高中物理的學習有很大的推動作用！

G

B