物理學解題中關鍵信息的提取

摘要：中學物理是一門充斥著抽象性、邏輯性、趣味性的學科，在培養理科生邏輯思維、認識自然界物理現象具有不可替代的作用。通過關鍵信息的提取及系統分析將物理過程系統化、模型化成為指導解決物理問題的有效模式。

關鍵詞：物理學；關鍵信息；物理過程

物理是中學課程中非常重要的一門理科課程，其抽象性、邏輯性強的特點讓學生學習有一定的困難。科學家們在研究物理現象的過程中已形成一套獨特的物理思想方法。這種方法中心思想就是圍繞分析物理過程展開。鑒于物理學是一門邏輯性極強的學科，題干是往往是物理現象的關鍵信息，這些信息是我們認識、描述物理過程的必要條件。物理過程的正確分析是解決所有物理問題的關鍵，能否將題干中的關鍵信息正確提取并加以應用同樣是進一步解題的關鍵。把題給的各種信息臨場自學、消化吸收為自己的知識，并與已學的知識掛鉤，透過現象，抓住本質，經過歸納，就能得出正確答案。下面結合具體的例題分析進行探討。

例1如圖所示豎直放置的兩個平行金屬板間存在勻強電場，與兩板上邊緣等高處有兩個質量相同的帶電小球，P小球從緊靠左極板處由靜止開始釋放，Q小球從兩板正中央由靜止開始釋放，兩小球最終都能運動到右極板上的同一位置，則從開始釋放到運動到右極板的過程中它們的（）

A. 運行時間tP>tQ

B. 電勢能減少量之比ΔEP∶ΔEQ=4∶1

C. 電荷量之比qP∶qQ=2∶1

D. 動能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ=4∶1

解析：由選項可知，本題考查帶電體在勻強電場中的運動狀態及能量轉換。關鍵信息：

1. 主題干信息：勻強電場，等質量，等高，靜止開始釋放，p小球緊靠左極板，Q小球從兩板正中央，運動到右極板上的同一位置。

2. 選項信息：運行時間，電場力做功比，勻強電場電場中電荷量之比等于電場力之比，動能增加量的來源分析。

上述信息表明，兩小球釋放后將分別以恒定的加速度做初速度為零的勻加速直線運動。根據受力分析，該運動可分解為在豎直方向為自由落體運動，在水平方向小球為勻加速直線運動，即為本題的物理過程。兩者下落高度相同，說明運動時間一樣，根據根據水平位移之比為2∶1，可知PQ粒子的水平方向加速度之比為2∶1，在同一電場中，電場力、電量之比為均為2∶1。電勢能的減少量為電場力做的功即電場力與位移之積。動能增加量為合外力做的功，即重力勢能減少量與電勢能減少量之和。

通過上述分析，本題的正確選項應為：BC。

小結：本題考查了運動的獨立性、等時性、電場力做功與電勢能的關系、動能定理，在明確了其各自的物理過程后，解題思路自然明確。

例2在金屬板A、B間加上如圖乙所示的大小不變、方向周期性變化的交變電壓Uo，其周期是T。現有電子以平行于金屬板的速度vo從兩板中央射入。已知電子的質量為m，電荷量為e，不計電子的重力，求：

（1） 若電子從t=0時刻射入，在半個周期內恰好能從A板的邊緣飛出，則電子飛出時速度的大小。（2）若電子從t=0時刻射入，恰能平行于金屬板飛出，則金屬板至少多長？（3）若電子恰能從兩板中央平行于板飛出，電子應從哪一時刻射入，兩板間距至少多大？

解析：

本題考查電荷在勻強電場中的運動，是靜電場與牛頓經典力學的結合。本題信息包括如下：

1. 主題干信息

大小不變、方向周期性變化：這一交變電壓提示，電荷在金屬板形成的勻強電場中受力大小不變，方向在垂直方向上周期性改變，這是本題的核心題干獲得的信息。

2. 分支題干信息及解題思路

（1）vo從兩板中央射入，A板的邊緣，確定了：a初始動能，b縱向位移為金屬板間距的一半，繼而推導出電勢差數值為Uo/2，飛出時動能的增量來源僅此一項。飛出動能決定了飛出速度。（2）t=0時刻，決定了作用時間起點，平行飛出提示垂直方向動量改變ΔP=0，在大小相同，方向相反作用力條件下，必須滿足作用時間相等，即Ft =-Ft本題中，t最小值為T/2，故電子在金屬板中至少飛行一個周期T。

（3）板中央飛出。提示電子縱向位移為零。初始飛入時垂直金屬板方向上速度為0，因而飛出時該速度也為零。假定vo=0，電子應做加速度大小相等的+a→-a→-a→+a循環運動，單個周期能夠構成上述運動規律的時刻點只有一處，射入時刻只能選擇在T/4+kT/2（k=0，1，2…）才能滿足上述條件。此外，單次加速、減速位移還應不能觸及金屬板，即2×1/2at2

計算過程如下：

（1） U02e=12m（v2t-v20）vt=v20+Uoom（2）L=v0T（3）射入時間t=T4+kT2（k=0，1，2，…），a=Uoedm，d2>2×12at2（t=T4），d≥TUoe8m，所以兩板間距至少為142eUom。

小結：本題的關鍵信息在于大小不變、方向周期性變化的交變電壓Uo所提供的方向周期性改變、數值不變的電場力對電子運動狀態的改變，而在不同的時刻射入電子，導致其運動特征有一定的區別。

參考文獻：

[1] 岳耀京.高中物理教學中滲透物理思想方法的研究[J/OL].中國培訓，2017（1）.

[2] 劉錦梅.初中化學信息給予題的解題思路[J].內蒙古教育學院學報，1998，（04）：122-124.

作者簡介：

栗建宇，山東省臨沂市，山東省臨沂第一中學。