實現(xiàn)高中物理解題成功的“巧”意識

（閩南師范大學物理與信息工程學院，福建 漳州 363000）

實現(xiàn)高中物理解題成功的“巧”意識

黃永順

（閩南師范大學物理與信息工程學院，福建 漳州 363000）

培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)是中學物理教學的重要課程目標，其關鍵在于培養(yǎng)學生的思維方法。通過研究習題教學，培養(yǎng)學生解決實際問題的物理思維能力，養(yǎng)成科學的物理思維方式，努力培養(yǎng)實現(xiàn)高中物理解題成功的“巧”意識，不斷提高核心素養(yǎng)。

物理解題；核心素養(yǎng)；思維方法

一、找準研究對象的巧妙意識

眾所周知，一個物理問題所涉及的對象常常是多數(shù)的，如何恰當選取研究對象，是成功解決物理問題的關鍵，習題教學中培養(yǎng)學生巧妙地選擇研究對象，是解決問題的第一步，常常能起到事半功倍的解題效果。

例1［1］.如圖1，一根自由長度為L0的輕質彈簧一端固定在豎直墻上，另一端連著在水平面上質量為M的物塊A，從而構成一個在水平光滑支持物上的彈簧振子?，F(xiàn)在，在物塊A上疊放上質量為m的物塊B，再將A拉離平衡位置O，使彈簧伸長到某個長度（在彈性限度內），然后釋放，讓A與B一起在光滑水平面振動起來。已知A與B始終保持相對靜止，M=3m，當A對平衡位置的位移大小為時，A的加速度大小為a0。求：A對B的摩擦力f與B對平衡位置的位移x的關系式。

圖1

物體A與B始終保持相對靜止，在光滑水平面上的振動是簡諧振動，而A對B的靜摩擦力 就是B受到的回復力。設彈簧的倔強系數(shù)為k，取O點為坐標原點，向左為正方向建立坐標系，如果選取以A、B組成的整體系統(tǒng)為研究對象，則由胡克定律和牛頓第二定律即可得：

同時，由簡諧振動的力學特點F=-kx對整體可得：

對于物塊B，A對B的摩擦力f即是B受到的回復力，而A與B的加速度相同。由牛頓第二定律得：

二、構建理想模型的巧妙意識

物理問題的解決過程在了解、分析物理過程的基礎上獲得的，當然有時還要借助草圖，本質上講，也就是物理模型的建立過程。物理模型有很多，包括實體模型、過程模型、條件模型等，習題教學中積極引導學生了解、熟悉和掌握高中常見的物理模型，有助于解題過程中物理模型的建立。為此，平時應注意引導啟發(fā)學生養(yǎng)成構建合適的物理模型并應用物理模型處理比較復雜物理問題的良好思維習慣，提高物理核心素養(yǎng)。

例2.如圖2，光滑水平地面上放著一個質量為M、半徑為R的空心大球殼A，內有一質量為m、不計大小尺寸的光滑小球B。開始時A、B兩小球均靜止，B球從與A球球心的同一水平高度釋放，試求：當B球到達A球的最底端時A球后退的距離？

題目剛看起來是變速運動問題、且與機械能有關，不容易下手，但稍加分析便會發(fā)現(xiàn)，這與人在船上走的“人船模型”屬同一結構，可用動量守恒定律來解決問題。

圖2

三、化解過程層次的巧妙意識

實際物理問題的過程都不是單一的，有的問題甚至是復雜的物理過程，當然，我們可以將它化解為相對簡單的“子過程”，讓問題簡單化、層次化，達到化繁為簡的目的，可增強學生解題的自信心。

例3［2］.如圖3：長為L的輕繩一端系于固定點O，另一端系質量為m的小球，將小球從O點正下方L/4處，以一定初速度水平向右拋出，經過一定時間輕繩被拉直，以后小球將以O為支點在豎直平面內擺動，已知繩剛被拉直時，繩與豎直方向成60°角。

求：①小球平拋的初速度v0；

②在繩被拉緊瞬間，問支點O受到的沖量I；

③小球擺到最低點時，輕繩所受的拉力T。

圖3

四、破除定勢思維的巧妙意識

頭腦中有著豐富的學科知識和解題經驗當然是好事，但把思維停留在過去，在新的問題面前就容易形成認識上的誤區(qū)。思維定勢對解題的消極影響有時是相當強烈的。解題時為了突破某一難點，就必須用創(chuàng)新角度、創(chuàng)新視角來啟動思維進行分析，破除定勢思維，突破通常思維模式，提出異于他人的成功解題新思路。

例4.如圖4所示，MN、PQ為足夠長的光滑水平平行金屬軌道，勻強磁場豎直向下，導電滑棒ab、cd的質量均為m，ab棒的初速度為零，cd棒的初速度為v0。求ab棒最終的速度為多大？整個過程中感生電流產生的熱量為多少？

圖4

學生初次接觸這類問題時，常常局限于用電磁學知識來思考，感到無從下手，難度很大。如果換一個角度思考，用動量守恒定律及能的轉化和守恒定律來求解，便能很快完成解答。在水平方向除了系統(tǒng)內兩物體的相互作用外，不受其他外力作用，可以看作完全非彈性碰撞來處理。根據(jù)動量守恒有：mv0=（m+m）v，所以，根據(jù)能量守恒有：所以

五、活用等效思維的巧妙意識

等效法是物理學研究中的常用方法，其顯著優(yōu)點是能使物理問題化復雜為簡單、變冗長為簡捷；當然，用等效法解題時，也要注意等效的合理性。

圖5

例5［3］.如圖5所示，虛線框內各元件的參數(shù)勻未知，如果在其輸出端a、b間再接一電阻Rx，測得通過Rx的電流Ix情況如下：當Rx=10Ω時，Ix1=1A；當Rx=18Ω時，Ix2=0.6A。問：當Rx為多大時，Ix等于0.1A？

一般情況下大家都是習慣將R1歸并到電源內電阻中，用R'=R1+r代表電源內阻，再運用閉合電路歐姆定律，對三種情況列三個方程，計算起來十分麻煩，其實用等效法更簡便。既然虛框內各元件的參數(shù)未知，就可以把框內各元件看成一個等效電源，再與Rx串聯(lián)，這樣問題當然就簡單了。設框內等效電源電動勢為 ε0，等效內阻為 R0，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：Ix=ε0/（R0+Rx），根據(jù)題意：

I=ε0/（10+R0） ……（1）

0.6=ε0/（18+R0） ……（2）

聯(lián)立（1）（2）式得：ε0=12V；R0=2Ω。

同時，再針對第三種情況列式：0.1=12/（2+Rx）。所以Rx=118Ω。

六、精用逆向思維的巧妙意識

物理普遍性問題的解決往往都有相對固定的思維方式，不過有時反過來想一想，則往往會有意想不到的效果。逆向思維是思維向相反方向重建的過程，中學物理中許多概念、規(guī)律具有可逆性。在符合物理理論依據(jù)的框架內，以學生深刻理解整個物理過程和物理規(guī)律為基礎，針對題目實際情況，實施逆向假設思維，有時也的確能夠使某些棘手問題的解答峰回路轉。

例6.以初速v0豎直上拋一小球，如果不計空氣阻力，試求：小球從拋出到動能減少一半的上升過程中所經過的時間？

七、適用極端思維的巧妙意識

從題目給出的條件出發(fā)，假設某種變化，恰當?shù)剡x取某個物理量并將其推向極端，如“極大”或“極小”“極左”或“極右”等等，從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象或“各種可能性”充分暴露出來，幫助做出判斷或導出結論，以便于下手解答，這就是運用極端思維的優(yōu)勢。

例7.用細線AO，BO懸掛重物，BO水平，AO與豎直線成45°角如圖6所示，若AO，BO能承受的最大拉力分別為10N和5N，OC能承受足夠大的拉力，為使細線不被拉斷，則重物的最大重力是多少？

圖6

八、賦予特殊數(shù)值的巧妙意識

賦予特殊數(shù)值分析方法（如假定某一物理量為零，或是足夠大的值）往往能夠實現(xiàn)速解的目標。特別是運用賦予特殊數(shù)值法解選擇題優(yōu)勢更為明顯。用此法解題的關鍵是選好變量，選出的變量要在變化過程中，存在極值或臨界值，然后把這些值與題目給出的答案對照，進而剔除、判斷，從而選出正確的答案。

例8.傾角為θ的斜面上有一個質量為m的物體，在水平推力F的作用下移動了距離為s（如圖7所示）。如果物體和斜面間的摩擦因數(shù)為μ，則推力F所做的功為：

圖7

若假定θ=0，則推力所做的功Fs,以θ=0代入題中的四個答案中，只有結果為Fs對，故應選B。

九、運用整體思維的巧妙意識

整體思維是一種綜合思維，是多種思維的高度綜合，思維層次高、理論性強、有較高的運用價值。因此在研究與學習物理過程中善于運用“整體法”研究分析、處理和解決物理問題，既能體現(xiàn)知識的綜合貫通，又能體現(xiàn)為思維的有機組合。靈活運用整體思維常?？梢援a生意想不到的效果，展示“變”的魅力，常將物理問題“變繁為簡、變難為易”，習題教學中注意整體思維的訓練有助于提高學生物理核心素養(yǎng)的層次。

例9.如圖8，粗糙的水平面上放有一個三角形木塊，并分別在它的兩個粗糙斜面上放著質量分別為m1和m2的小木塊，設m1＞m2，示，現(xiàn)已知三角形木塊和兩個小木塊都處于靜止狀態(tài)，則粗糙水平面對三角形木塊：

A.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向右；

B.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向左；

C.有摩擦力的作用，但不能確定摩擦力的方向，因為未給出m1、m2、θ1、θ2的數(shù)值；

D.A、B、C結論都不正確。

圖8

應選D。該問題中，三物體都處以靜止狀態(tài)，可以用整體法分析。因為三物體構成的整體—把三個物體當作一個物體“整體”來看，受力平衡，顯然，在水平方向上該“整體”不受外力的作用，在水平方向上沒有運動趨勢，自然不受摩擦力的作用。其實本問題中，即使兩個小木塊不是靜止的，而是沿斜面勻速下滑，結論仍然相同。

解決物理問題選擇方法很重要，方法得當，問題簡單！而如何科學合理選擇物理方法解決相應的物理問題，取決于學生整體物理素養(yǎng)的水平。物理習題是檢查、訓練學生運用物理知識解決實際問題的重要教學環(huán)節(jié)，通過有效習題教學，訓練和培養(yǎng)學生物理思維方法，促進其綜合運用物理知識解決問題能力的發(fā)展，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)，實現(xiàn)物理課程目標。

［1］吳超男.中學物理高效課堂教學的智慧展現(xiàn)［J］.物理教學，2014（7）.

［2］張維善.牛頓運動定律的歷史追問與現(xiàn)實教學［J］.物理教學探討，2011（5）.

［3］陳洋，曹先辰.在中學物理教學中應用精加工策略的探究［J］.物理教師，2013（3）.

［1］田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.

G633.7

A

1673-9884（2017）02-0088-04

2017-01-23

2015年福建省本科高校教育教學改革研究項目（JAS151293）

黃永順，男，閩南師范大學物理與信息工程學院副教授。