高中物理學習中常用思維方法的運用分析

遼寧省鞍山市第二十四中學(114000)

王 影●

高中物理學習中常用思維方法的運用分析

遼寧省鞍山市第二十四中學(114000)

王 影●

高中物理一直是理科中的難點科目.要在高考中做到思路清晰，有條不紊的解題，理解一個個物理現象是遠遠不夠的.除此之外，對不同的物理題型進行解讀，并總結出不同類型的解題思維也必不可少.只有掌握這些解題思維，并加以訓練，才能在高考中做到快人一步.本文對高中物理的常用方法進行了梳理，并利用實際案例來加以證明，以期在高中物理中提供一點教學經驗.

高中物理；思維方法

掌握不同的物理解題思維，和提高物理成績有著直接的關系.高中物理一般都是大部分學生的難點，通過梳理這些常用的解題思維，可以幫助學生在復習中事半功倍，提高學習效率.本文將對常用的思維方法，即臨界思維、逆向思維、代換思維、估算思維法進行探討，并加以運用到實際的習題中.為學習高中物理提供更智慧的學習方法.

一、臨界思維法

臨界思維也可稱為極限思維，臨界狀態是指物體由上一個過程進入到下一個過程的過渡狀態.在高中物理中一些物理概念的引入也用到了極限思維法，例如瞬時速度的引入，就是利用平均速度的概念，將時間取得很短時，平均速度就可以認為是該時刻的瞬時速度了.在力學電學等章節中也經常會出現求極值的問題.對這種類型的題目，用臨界思維來解決可以達到四兩撥千斤的效果，可以把解這種題目的思維稱為臨界思維.臨界思維解題最為關鍵的部分就在于找出描述物體狀態變化過程的物理量的臨界值，根據臨界值來尋找題目的突破口是解題的關鍵，達到根據對象物理量在臨界值前后的特征進行求解.下面將舉例進行說明.

圖1

例1 如圖1A物體的質量重4 kg，AB和AC為兩根輕繩，AB和AC的的兩個端點B和C系在墻壁上，另一端點系在物體A上，(LAB=2LAC)，此外，在物體上，再施加一個外力F，且F與水平方向形成夾角θ=60°，要使兩根輕繩都能伸直，求拉力F的范圍.(g=10 N/kg)

解 根據題意可知要使AB、AC兩根繩子拉直，即兩根繩子受力FAB、FAC不能為零，所以AB、AC繩子受力各為零時為F的臨界范圍，求得F的范圍.

(1)當FAC=0時，對球進行受力分析，如圖2：

垂直方向受力平衡得出：

圖2

(F+FAB)*sinθ=G=mg

(1)

水平方向受力平衡得出：

F*cosθ=FAB*cosθ

(2)

(2)同理當FAB=0時，對球進行受力分析：

垂直方向受力平衡得出：F*sinθ=mg

(3)

水平方向受力平衡得出：F*cosθ=FAC

(4)

圖3

例2 如圖3所示電路中，將滑片P向下移動少許，則兩個理想電表的示數變化情況是( ).

A.電壓表和電流表示數都減小

B.電壓表和電流表示數都變大

C.電壓表示數增加，電流表示數減小

D.電壓表示數減小、電流表示數增大

本題中，滑片P的下滑可以外推到滑到最下端，則R3被短路，從而直接得到電流表示數為零，電壓表示數減小的結論，所以選A.

綜上,臨界法解題的關鍵是找到臨界點進行分析和計算.但需要注意的是所選的自變量(物理量)從某一數值變化到臨界點的過程中，因變量的變化是單調遞增或單調遞減的情況才可以應用此法.

二、逆向思維法

逆向思維也稱反演法，與正向思維比較起來，物理學的發展過程中，一些科學家就是運用逆向思維提出新課題從而推動物理學的發展進程的，比如在1831年奧斯特發現電流的磁效應現象后許多物理學家就考慮到這種現象的逆過程是否存在，就是：既然“電”能“生”磁 ，那“磁”也應該能“生”電，幾乎在同時代就有許多科學家投入到由磁生電的科學研究中，最終法拉第用了十年時間找到了用磁生電的方法，使人類社會大量使用電能成為可能.才有了后來的電氣化時代到來的可能.再比如麥克斯韋在總結法拉第的變化的磁場能產生電場這一規律時，也用到了逆向思維法，他受此啟發，提出了猜想：既然變化的磁場能產生電場，那么變化的電場也能產生磁場，在這個了不起的猜測之后，麥克斯韋將兩種情況進行匯總，預言了電磁波的存在.在麥克斯韋離世后不久赫茲在實驗里逮住了電磁波，證實了電磁波的確存在，為人類社會進入信息化時代做好了鋪墊.那么，在高中物理學習中適當運用逆向思維也可以使相關題目的解決事半功倍.通過對物理題目進行分析，運用逆向思維也是解決問題的一種良好的手段.很多試題都要從所求的結果反推到已知條件之后才能從已知條件入手一步一步得到最終答案.沒有經過長期的逆向思維訓練，在初期會感覺到一定難度，但熟練運用后，會愈加得心應手.例如勻減速運動的題型用正向思維來解題一般步驟繁多，經常也會發生無法求解的狀態.現舉一例進行說明.

例 某物體以8 m/s2的加速做勻減速直線運動直到停止，求物體停止前的最后一秒內通過的路程.

對本題進行解析，通過題目本身來說，運用正向思維，需先求出最后一秒初的速度，似乎缺少條件，無法求出該題目的解.但如果運用逆向思維來看，把題目看成是由靜止做勻加速運動.題目的思路的就變了.即物體在開始做勻加速運動的第一秒所通過的路程和題目中物體做勻減速的停止前的最后一秒所通過的路程是相等的.那么根據公式可得x=at2/2=8×12/2= 4 m.

三、替代思維

不管是在數學，還是在物理中，替代思維的運用非常廣.就物理學習中用到的替代思維法引入的物理量就有：質點：用來代替物體使得問題的研究更加簡化，重心：為了研究重力可以認為物體各個部分的重力都集中在一個點上，合力與分力的互相替代，使得問題的求解更加方便，很多題目運用常規的思維，解題會非常復雜，而且在計算的過程中容易發生錯誤，最后導致時間也花費了不少，結果卻還是不盡人意.因此，在處理相關類型題目時，要學會將一些物理的變量整合成物理模型，以避免進入到繁瑣的解題怪圈之中.把復雜化為簡單，這樣才能另辟蹊徑.對這些題型中的物理量進行等量代換是解決這類題型的關鍵，可以使整個題目處理起來更為得心應手，從而提高做題效率.這一解題方式在力學、電學及實驗數據處理方面運用非常廣泛.

例如高中物理中平均速度，平均加速度的引入，就是為了把繁雜的變速運動進行簡化，使其可以和勻速運動及勻變速等效.其次，兩個物體相撞的問題中，由于其相撞的過程的相互作用力也在不斷變化，那在這一研究過程中，就可引入平均力的概念，對其不斷變化的過程進行等量代換，簡化其復雜的過程.高中物理中等量代換的解題方式隨處可見，靈活的運用這一方法，可使物理解題更便捷，更智慧.

例1 物體質量為m,放在水平地面上，與地面之間動摩擦因數為μ，為了使物體沿著水平面勻速運動，需加一個斜向上的拉力，求該拉力的方向與水平面成多大角度時拉力有最小值，最小值是多少？如圖4.

圖4 圖5

常規解法 受力如圖，按常規解題思路，列出力的平衡方程最后運用數學方法求出F的最小值.

由Fcosα-μ(mg-Fsinα)=0

得：F=μmg/(cosα+μsinα)

又因為：(cosα+μsinα)

可知：當α=β時(cosα+μsinα)=1，此時F有最小值.

替代解法：此題中，f和N的合力的方向是不變的，設二者的合力方向與豎直方向成β角，既有tanβ=f/N=μ，為一個常數，若用f和N的合力F1替換掉這兩個力(圖6)，則該題目就可以轉化為同一平面內不共線的三力平衡問題(圖7)，就可以運用三力平衡中的三角形法中求最值的方法快速得到答案(圖8)

圖6 圖7 圖8

從本題的兩種解法對比中，不難看出，恰當的運用替代法，可以使問題簡化，解題過程更簡單，能夠贏得時間，減少計算量，提高準確性.

四、估算思維法

估算法是指在研究問題的過程中，忽略次要的因素，只考慮影響所研究問題的主要因素，解題中運用這種方式，可使學生避免受到不必要的干擾，例如在力學中經常忽略空氣阻力，忽略物體的形狀等，熱學中估算固體和液體分子、原子直徑時也常會忽略分子原子之間的空隙，運用到這種思維法.

例題1 為了測量井口到水面的距離，讓一個小石子從井口自由落下，經過2.5秒后聽到石塊擊水的聲音，試估算水面到井口的距離.考慮到聲音的傳播需要一定時間，估算結果偏大還是偏小(不考慮空氣阻力，g=9.8 m/s2v聲=340 m/s)

分析 依題意，若不考慮聲音的傳播所需時間，則2.5秒內石塊下落的距離為

H=gt2/2=9.8×2.5μ/2=30.6 m.

若考慮聲音傳播時間，則石塊下落的實際時間少于2.5 s，故上面的深度要大于實際深度.

若考慮聲音的傳播需要時間，且按v聲=340 m/s計算，設井深為H,則有t石+t聲=2.5

①

t聲=H/v聲

②

t石=2.41

③

由上述三式聯立，解得H= 28.9 m

兩個結果的對比可以看出，忽略聲音傳播時間計算出的深度與考慮聲音傳播時間計算出的深度相差不到一米，誤差不超過百分之三.但忽略聲音傳播時間的解題過程要大大簡化，大大縮短了運算時間.

本題中石子撞擊水面的聲音傳到井口所需時間跟石子下落的時間相比還是比較小的，對結果的影響也是比較小的，所以在粗略的計算中聲音傳播所需時間可以忽略不計.類似的處理方法在高中階段的物理學習中比比皆是，我們可以根據所遇到的問題進行合理的簡化處理，以求得快速的解決問題.

良好的解題思維不僅有助于學生在高考物理中獲得優異的成績，同時還可幫助學生拓寬思維方式，有益成長.此外，高中的物理學習，只有正確的培養學生們的解題思維，才可讓學生們在高考中達到事倍功半的效果，做到高考中搶占先機，決勝千里.

[1]王永剛.掌握正確思維方法探究物理解題途徑[J].科教文匯：下旬刊，2013(1)：168-169.

[2]趙松年.對高中物理解題思維方法的探究與運用[J].教育教學論壇，2013(37)：91-92.

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