淺談高中物理思維分析的學(xué)習(xí)策略

【摘要】物理思維是物理智力活動的核心，高中物理教師在物理教學(xué)中要重點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生掌握以下六種思維分析的策略：隔離法與整體法相結(jié)合的思維策略、等效思維策略、假設(shè)思維策略、極限思維策略、微元法思維策略、近似處理思維策略。

【關(guān)鍵詞】高中物理；思維分析；學(xué)習(xí)策略

物理學(xué)習(xí)過程就是運(yùn)用大腦形象的、抽象的以及靈感的活動對事物的本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)識過程。物理思維是物理智力活動的核心。物理思維有三種類型：一是物理抽象思維；二是物理形象思維；三是物理直覺思維。在高中物理教學(xué)中，我們需要指導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)掌握以下物理思維分析的學(xué)習(xí)策略。

一、隔離法與整體法相結(jié)合的思維策略

將研究對象中的個體想象地隔離出來進(jìn)行分析的方法叫隔離法；幾個物體作為一個整體的思維方法叫整體法；隔離法與整體法相結(jié)合是解決物理問題、的常用思維策略。它一般應(yīng)用于二個或二個以上的物體組成的系統(tǒng)為對象。當(dāng)所研究的問題不涉及到系統(tǒng)內(nèi)部之間的受力問題時，優(yōu)先使用整體法比較簡單；當(dāng)需要研究內(nèi)部物體間的作用力時，常常采用隔離法。在力學(xué)連接體問題以及動量守恒的問題中，常常用到隔離法與整體法相結(jié)合的思維策略。

二、等效思維策略

等效思維，其實(shí)質(zhì)就是人們研究事物和運(yùn)動時從事物的等同效果出發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的，易于研究的物理事物；只要兩個不同事物或運(yùn)動具有相同的功能和結(jié)果，就可使二者相互代替，視為等效。等效思維總是能夠把復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化成理想的、簡單的、等效的物理現(xiàn)象和過程來研究和處理。等效思維是高中物理新課程中最基本、最重要的思維方法之一，它對物理問題的解決具有重要作用。

例如：如圖1所示，點(diǎn)電荷+Q、與接地的原來不帶電的金屬板相距r，求O點(diǎn)場強(qiáng)E。

解：由靜電平衡知識可知，電場線分布如圖2所示，與撤去金屬板而在與A對稱位置放一等量異號電荷A’的電場線等效。我們可用等量異號電荷電場等效替代該電場，從而計算出O點(diǎn)場強(qiáng)E=，方向水平向右。

再例如：一個平行板電容器，A板帶電-4×10-5C，B板帶電8×10-5C，兩極板的電勢差為10V，求電容器的電容C。

分析：電容器的電容可用公式C=Q/U求解，但本題兩極板的的電量不等，似乎公式不好用。但我們轉(zhuǎn)化一下模型，讓兩板同時加上-2×10-5的電量，則等效為A板帶電-6×10-5C，B板帶電6×10-5C，這樣兩板電量就相等了；再考慮兩板加上同樣的電量，對極板電量沒有影響，這樣就可以使用公式C=Q/U，求出C=6×106C.問題就解決了。

上述兩題等效思維的應(yīng)用非常巧妙！我們高中物理教師在物理教學(xué)中要注重對學(xué)生進(jìn)行等效思維的培育指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題的能力，使學(xué)生能在具體問題中，正確運(yùn)用等效思想，獲得解題靈感，增強(qiáng)創(chuàng)造力。

三、假設(shè)思維策略

假設(shè)思維策略以科學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)，對物理命題、模型進(jìn)行合理的假設(shè)，從而較圓滿地解析物理現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。物理學(xué)中的各種假說都是以假設(shè)為基礎(chǔ)建立起來的學(xué)說。如玻爾原子模型就是以三條假設(shè)為主要內(nèi)容建立起來的學(xué)說，它成功地解釋了氫光譜規(guī)律?？茖W(xué)的假設(shè)思維方法可將人們的認(rèn)識范圍從已知世界走向未知世界，進(jìn)而將未知世界轉(zhuǎn)變?yōu)橐阎澜?。對物理?xiàng)l件、物理狀態(tài)、過程和物理結(jié)論作出合理的假設(shè)，然后根據(jù)物理規(guī)律進(jìn)行分析、討論和計算，最后解決相關(guān)物理問題。假設(shè)思維策略方法往往與反證法相結(jié)合，在物理解題中有廣泛的應(yīng)用。

四、極限思維策略

極限思維策略方法是一種科學(xué)的思維方法。假設(shè)某一物理量在一定區(qū)間內(nèi)是單調(diào)連續(xù)變化的，我們可以將該物理量或它的變化過程和現(xiàn)象外推到該區(qū)域內(nèi)的極限情況，使物理外推的本質(zhì)迅速地暴露出來，再根據(jù)已知的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)很快地得出規(guī)律性的認(rèn)識和正確的判斷。這種思維方式稱為極限思維。極限思維策略方法在物理學(xué)中有廣泛的應(yīng)用：伽利略將斜面傾角減小到極限—平面，從而得到慣性定律；開爾文把查理定律外推到零壓強(qiáng)這一極限情況，引入了熱力學(xué)溫標(biāo)，使氣體實(shí)驗(yàn)定律的表述大大簡化等等。在解決物理實(shí)際問題時，應(yīng)用極限思維策略可以快速得到答案。極限思維常見有三種：極限假設(shè)法、特殊值分析法和臨界狀態(tài)分析法。

五、微元法思維策略

在物理思維分析方法中有一種從數(shù)學(xué)中移植過來的方法叫微元法。微元法思維策略是把物理研究對象或者物理研究過程分割成無限個小微元，抽取其中一個小微元加以研究、或者進(jìn)行微元求和，從而快速解決物理問題的思維策略。采用微元法可以化曲為直、化繁為簡、化變量為常量、化非理想模型為理想模型。正確選擇微元是利用微元法的關(guān)鍵，常常選取的微元有長度元、角度元、面積元、質(zhì)量元、時間元、電荷元等等。例如，研究摩擦力在圓形或?qū)ΨQ軌道上做功情況時，我們會取曲線上的小段作為長度元，進(jìn)而將摩擦力作為恒力在小段上進(jìn)行做功處理，然后進(jìn)行微元求和求出摩擦力的功。請看例題：

情境：如圖3所示，水平細(xì)桿MN、CD，長度均為L。兩桿間距離為h，M、C兩端與半圓形細(xì)桿相連，半圓形細(xì)桿與MN、CD在同一豎直平面內(nèi)，且MN、CD恰為半圓弧在M、C兩點(diǎn)處的切線。質(zhì)量為m的帶正電的小球P，電荷量為q，穿在細(xì)桿上，已知小球P與兩水平細(xì)桿間的動摩擦因數(shù)為μ，小球P與半圓形細(xì)桿之間的摩擦不計，小球P與細(xì)桿之間相互絕緣。在MD、NC連線的交點(diǎn)O處固定一電荷量為Q的負(fù)電荷，如圖所示，使小球P從D端出發(fā)沿桿滑動，滑到N點(diǎn)時速度恰好為零。（已知小球所受庫侖力始終小于重力），求小球P從D端出發(fā)時的初速度。

分析：本題要求出初速度v0，關(guān)鍵是求出從D→N摩擦力的功，而摩擦力是變力，我們可以取CD、MN上關(guān)于O對稱二點(diǎn)P1，P2，對應(yīng)運(yùn)動位移微元皆為△S，摩擦力做功分別為W1，W2。

P1點(diǎn)：f1=μ（mg-F1sinθ） W1=-f1△S

P2點(diǎn)：f2=μ（mg+F1sinθ） W2=-f2△S

而W1+W2=-2μmg△S，再對DC、MN全過程摩擦力做功微元求和，得摩擦力總功：

Wf=-2μmgL。

再全過程運(yùn)用動能定理Wf-mgh=0-，

解得：

通過這個例題，使我們進(jìn)一步感受到了利用微元法思維策略解題的巧妙！微元法思維策略是一種科學(xué)的抽象思維方法策略，也是一種數(shù)學(xué)技巧，它有助于培養(yǎng)微觀的洞察力和宏觀的駕馭力。

六、近似處理思維策略

實(shí)際的物理現(xiàn)象和物理過程是十分繁雜的。在解決物理問題時，我們常常忽略次要因素，抓住主要矛盾，從而簡化求解過程，并且得出基本符合實(shí)際情況的結(jié)果，這種思維方法策略稱為近似處理思維策略。

估算題是一類重要的物理問題，它要求合理簡化研究對象及研究過程，用近似處理的思維策略簡化求解過程，迅速得出滿足實(shí)際要求的結(jié)果。靈活運(yùn)用物理知識對具體問題進(jìn)行估算，反映了學(xué)習(xí)者對數(shù)字的敏感程度，對時間、空間的把握能力，是科學(xué)素質(zhì)的重要體現(xiàn)。

例如：試估算水分子的直徑。

分析：估算此題時，首先把水分子理想化為緊密排列的球體；其次不計分子間空隙。此題還要用到阿伏伽德羅常數(shù)N=6.02×1023，水的摩爾質(zhì)量M=18克/摩爾，水的密度=1.0 ×103千克/立方米?？梢郧蟪雒總€水分子的體積v=，再根據(jù)球體積公式v=，代入數(shù)據(jù)，可求出水分子直徑d=4×10-10米。

本題雖然近似處理：假設(shè)水分子緊密排列沒有空隙。使得結(jié)果有所偏差，但是其數(shù)量級是非常準(zhǔn)確的。

綜上所述，在物理學(xué)習(xí)過程中只有善用物理思維分析的策略去分析、比較、推理、綜合，物理問題才能快速、準(zhǔn)確、完美地被解決。培養(yǎng)學(xué)生的思維能力任重道遠(yuǎn)，我們高中物理教師要充分利用各種有效的途徑和方式方法，提高學(xué)生的思維分析能力，以促進(jìn)學(xué)生的主動、全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]閻金鐸主編.田世昆等著.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]閻金鐸主編.梁樹森著.物理學(xué)習(xí)論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.