“慣性”思維在解決高中物理問題中的作用

劉建剛

摘 要： 本文通過列舉高中物理的圖像問題、平衡問題、電磁問題、熱力學(xué)問題，讓每一位物理教師和學(xué)生感受到學(xué)習(xí)物理的真諦，即對高中物理問題解決常規(guī)思路形成“慣性”思維。

關(guān)鍵詞： 主動思維品質(zhì) 圖像問題 平衡問題 電磁問題 熱力學(xué)問題

多年的學(xué)習(xí)與教學(xué)生涯，留給我印象最深的應(yīng)該是高中物理的學(xué)習(xí)和近十年的高中物理教學(xué)。記得在高中物理學(xué)習(xí)過程中，高一高二學(xué)得迷迷糊糊，到了高三卻豁然開朗。在高中物理教學(xué)過程中，總為某一道題難倒了學(xué)生而沾沾自喜，總為告訴學(xué)生處理物理問題的思路、方法、技巧而自我覺得高明。可是，總結(jié)了多年的教學(xué)過程卻悵然若失，感到自己培養(yǎng)的是解決物理問題的機器，忽略了自己是在培養(yǎng)有主動思維品質(zhì)的人。感悟之余，把自己的幾點認識通過幾個物理問題表達出來，希望能給同仁以借鑒。

一、圖像問題

無圖不成理，泛泛而言，幾乎每一份物理高考卷，每一道物理高考題，都涉及圖形。而這里我要談的是二維坐標圖像，在高中物理必修一的直線運動學(xué)習(xí)中，首先介紹了X—t圖像和V—t圖像，在此基礎(chǔ)上，還會考查a—t圖像和F—t圖像，在選修物理教材中，還出現(xiàn)了B—t圖像、P—V圖像等。無論哪一類圖像，在描述物理現(xiàn)象，掌握物理規(guī)律，分析物理問題，處理物理數(shù)據(jù)，進行物理計算等問題中，都有重要作用。而要利用好圖像，可以把處理這類問題的思路化整為零，以問題的形式呈現(xiàn)給學(xué)生?？梢栽O(shè)置這樣幾個問題，問題一：你找到了本題的關(guān)鍵詞了嗎？問題二：你能根據(jù)圖像，把物體的運動圖景詳細準確地畫出來嗎？問題三：為什么會是這樣運動呢？問題四：本題是什么樣的題型？對應(yīng)方面的知識體系你知道多少？問題五：你能列出解決本題的方程，并進行求解嗎？如果學(xué)生能夠完成老師所布置的任務(wù)，他們一定會在頭腦中形成解決物理圖像問題的思路，甚至還會自主形成處理物理問題的方法、技巧。

二、平衡問題

物體的平衡是歷年高考考查的熱點之一，試題形式多樣，且都具有一定的難度和區(qū)分度。平衡問題分為兩類：一類是靜態(tài)平衡問題，另一類是動態(tài)平衡問題。有重力、彈力、摩擦力參與的平衡，也有電磁力參與的平衡問題。可謂是形式多樣、變化多端。但解決這類問題的思路可以說有明確的主線。物理對于靜態(tài)平衡問題，還是動態(tài)平衡問題，思路可以說是大同小異，一要審好題，找到關(guān)鍵詞——平衡、勻速直線運動、靜止狀態(tài)；二要畫好圖，認清準確詳盡的運動圖景；三要構(gòu)建物理模型——平衡類問題；四要受力分析，受力分析是關(guān)鍵，無論什么樣的問題，只要涉及運動，就要搞清受力情況，因為力是改變物體運動狀態(tài)的原因；五要找方法、找技巧、找處理策略，可以利用力的分解、合成、正交分解，視具體問題，采用不同策略，定量計算的一般利用數(shù)學(xué)運算的方法。定性分析的，既可以利用數(shù)學(xué)運算的方法，又可以利用作圖法，尤其是動態(tài)平衡問題，更加凸顯作圖法的優(yōu)越性，值得一提的是作圖法一定要精確一些。我們來看這樣一道物理習(xí)題：固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一小定滑輪，細線一端拴一小球m■，另一端繞過定滑輪與m■相連，L■=2.4R，L■=2.5R，如圖，平衡時求兩小球的質(zhì)量之比？在解決本題的過程中，除了按照以上介紹的處理思路以外，應(yīng)該采用作圖的策略，可是作圖特別要準確細心，看似具有較大難度的問題，卻讓我們有一種水到渠成的感覺。

三、電磁問題

電磁問題既與電路的分析計算密切相關(guān)，又與力學(xué)中的平衡、動量定理、功能關(guān)系等知識相聯(lián)系。習(xí)題設(shè)計靈活性很強，具有較大的復(fù)習(xí)難度，學(xué)生掌握起來比較困難。但是在這類問題中，只要涉及有關(guān)運動的問題，處理的基本思路之中，仍然離不開圖景認識、受力分析、模型構(gòu)建等基本方法，只不過將電磁的知識體系與動力學(xué)的知識體系進行有機結(jié)合而已。在一次高考模擬試卷中有這樣一道題：如圖所示，K與虛線MN之間是加速電場，虛線MN與PQ之間是勻強電場，虛線PQ與熒光屏之間是勻強磁場，且MN、PQ與熒光屏三者互相平行，電場和磁場的方向如圖所示，圖中A點離開加速電場，速度方向垂直于偏轉(zhuǎn)電場方向射入偏轉(zhuǎn)電場，在離開偏轉(zhuǎn)電場后進入勻強磁場，最后恰好垂直地打在熒光屏上。已知電場和磁場區(qū)域在豎直方向足夠長，加速電場與偏轉(zhuǎn)電場的場強關(guān)系為U=■ED，式中的d是偏轉(zhuǎn)電場的寬度，磁場的磁感應(yīng)強度B與偏轉(zhuǎn)電場的電場強度E和帶電粒子離開加速電場的速度V■關(guān)系符合表達式V■=E/B。若題中只有偏轉(zhuǎn)電場的寬度d為已知量，則

（1）畫出帶電粒子軌跡示意圖；

（2）磁場的寬度L為多少？

（3）帶電粒子在電場和磁場中垂直于V0方向的偏轉(zhuǎn)距離分別是多少？

處理這道物理習(xí)題的過程中，通過受力分析知道，在MN的左側(cè)，帶電粒子只受電場力作用，做初速度為零的勻加速直線運動；到了MN和PQ之間，仍然只受電場力作用，由于有水平的初速度，這時作的卻是類平拋運動；到了PQ的右側(cè)，在洛倫茲力的作用下，運動的形式變成了勻速圓周運動的一部分。構(gòu)建了準確的物理模型，結(jié)合動能定理，利用類平拋的處理思想——化曲為直，根據(jù)勻速圓周運動向心力的來源——洛倫茲力提供向心力，以及對應(yīng)的知識體系和幾何知識進行列方程，看似繁雜的物理問題，解決起來卻有一種輕松的感覺。

四、熱力學(xué)問題

熱力學(xué)是經(jīng)典物理的重要組成部分之一，盡管在教學(xué)中或許并不存在突出的困難，但如何把握好熱力學(xué)問題的處理，仍然很值得重視。熱力學(xué)從能量轉(zhuǎn)化的觀點研究物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，總結(jié)了熱現(xiàn)象普遍遵循的規(guī)律，這是一種熱現(xiàn)象的宏觀理論，不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的相互作用，具有高度的普遍性和可靠性，熱力學(xué)的基本方法就是從基本的熱力學(xué)定律出發(fā)，應(yīng)用各種態(tài)函數(shù)，得出系統(tǒng)處于平衡態(tài)時各種特性的相互關(guān)系，構(gòu)成平衡熱力學(xué)的基本內(nèi)容。其在歷年的高考中所占的分值雖然只有十分左右，卻是不可丟失一分的。而處理熱力學(xué)問題的基本思路并不是孤立的，仍然缺不了良好的思維品質(zhì)——“慣性”。比如，已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比，如圖所示的實線，汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A到狀態(tài)B的變化曲線，則在整個過程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能（？搖 ？搖）A.先增大后減小B.先減小后增大C.單調(diào)變化D.保持不變

因為PV/T為恒量，由圖像與坐標軸圍成的面積表示PV乘積，從實線與虛線等溫線比較可得出，該面積先減小后增大，說明溫度T先減小后增大，內(nèi)能也先減小后增大。正是物態(tài)變化的圖景的認識到位，恰當結(jié)合對應(yīng)的知識體系，問題的解決也顯得很簡單。

以上僅僅談了對整個高中物理部分題型的認識，但是，從所舉得四種情況來說，也許能給我們以啟發(fā)，無論什么樣的物理題型，思考的主線都是一致的，即審題→找關(guān)鍵詞→認清圖景→分析→網(wǎng)羅對應(yīng)的知識體系→列方程求解?？梢哉f“慣性”思維支配著每一個物理教師和每一個學(xué)生，只不過知識體系、方法、技巧等不同而已。

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