淺談高中物理力學(xué)解題中整體法的應(yīng)用

摘 要：在我們高中所學(xué)的全部學(xué)科當(dāng)中，對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)我們的科學(xué)素養(yǎng)與探索的精神。力學(xué)的內(nèi)容占據(jù)了高中物理很大的一部分，而且也是比較難懂但考試?？嫉囊徊糠帧Ｋ栽谖覀冮_(kāi)始學(xué)習(xí)力學(xué)部分的時(shí)候，必須要靈活地使用整體法來(lái)處理有關(guān)物理力學(xué)的問(wèn)題，進(jìn)而提高自己對(duì)物理知識(shí)的掌握程度。本篇論文對(duì)與整體法有關(guān)概念做了簡(jiǎn)要論述，進(jìn)而運(yùn)用實(shí)際的例題細(xì)致地講解了整體法在高中物理力學(xué)的解題過(guò)程當(dāng)中的具體運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：高中物理；力學(xué)；整體法

一、 什么是整體法

整體法有著其特殊性，在使用整體法的時(shí)候不會(huì)對(duì)受到的各個(gè)力的具體的作用都進(jìn)行詳細(xì)的分析，需要在一定的特殊條件下將聯(lián)系比較緊密的物體看作一個(gè)整體，從而對(duì)這個(gè)受力的整體的情況進(jìn)行詳細(xì)的分析。運(yùn)用這個(gè)解題的方法可以有效避免物體內(nèi)部之間的復(fù)雜的受力的情況，從而將問(wèn)題當(dāng)中的關(guān)鍵點(diǎn)挖出來(lái)，進(jìn)而可以將題目進(jìn)行簡(jiǎn)單化，能夠加快我們的解題的效率，提高做題的速度。

當(dāng)我們?cè)谧雠c力學(xué)相關(guān)的題目的時(shí)候，常常會(huì)習(xí)慣性地將全部的力都找出來(lái)，進(jìn)而對(duì)受力的物體的實(shí)際情況進(jìn)行判斷，從而避免出現(xiàn)有漏掉的問(wèn)題。在遇到受力比較繁雜的情況時(shí)，如果對(duì)所有的力都進(jìn)行受力分析，這樣就會(huì)導(dǎo)致受力分析出現(xiàn)混亂，進(jìn)而找不到解題的關(guān)鍵信息。

二、 整體法在力學(xué)解題當(dāng)中使用的重要性

很多同學(xué)在實(shí)際學(xué)習(xí)的過(guò)程中，因?yàn)椴粫?huì)對(duì)物體進(jìn)行受力分析或者對(duì)物體的受力分析不完整不合理，導(dǎo)致其在做力學(xué)的題目時(shí)無(wú)法得到正確的結(jié)果。有的同學(xué)一碰到有關(guān)力學(xué)的分析題就不知道該從哪里下手，這就出現(xiàn)了同學(xué)們所說(shuō)的“看不懂題目”。此外，有的同學(xué)在遇到對(duì)力的分析比較復(fù)雜，且一個(gè)物體同時(shí)受到好幾個(gè)力的時(shí)候，在解題時(shí)往往容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。

在做有關(guān)力學(xué)的解題過(guò)程當(dāng)中，整體法和隔離法的使用較好地處理了連接體的問(wèn)題。整體法作為整體原理的使用，從對(duì)力的局部的分析再到整體的分析，具備一般的規(guī)律性。在解題的過(guò)程當(dāng)中，把幾個(gè)物體當(dāng)作一個(gè)整體，之后再對(duì)它進(jìn)行受力分析，先研究整體的力的變化的情況，不要對(duì)每一個(gè)物體都進(jìn)行受力分析，這樣能夠提高解題的速度跟解題的正確率。使用隔離法來(lái)處理問(wèn)題則正好與整體法相反，用隔離法解題需要把整體的物體進(jìn)行分離，然后對(duì)各個(gè)物體的情況進(jìn)行受力分析，在做題的時(shí)候如何選擇使用整體法還是隔離法需要依據(jù)實(shí)際碰到的力學(xué)的題目來(lái)進(jìn)行分析選擇。

三、 整體法在力學(xué)解題當(dāng)中的實(shí)例運(yùn)用

（一） 整體法在物體互相作用中的運(yùn)用

假設(shè)有一個(gè)被繩子掛在一個(gè)傾角是θ的斜面上的塑料板（質(zhì)量為M），有一個(gè)人（質(zhì)量為m）站在這個(gè)塑料板的最下面，他想要測(cè)試一下自己的速度。他為了保證自己跟這個(gè)斜面的相對(duì)位置不變就在割斷繩子的一瞬間便開(kāi)始往上沿著塑料板快速奔跑。假設(shè)這個(gè)人自身的質(zhì)量是這個(gè)塑料板的三分之一，那么此人在沿著這個(gè)塑料板往上奔跑期間的加速度是多少？因?yàn)檫@個(gè)人跟斜面沒(méi)有出現(xiàn)相對(duì)位移，因此我們能夠?qū)⒋巳伺c塑料板之間發(fā)生的作用力當(dāng)作內(nèi)力，不用拿來(lái)進(jìn)行分析，假如想要運(yùn)用整體法來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題，就必須首先將塑料板與奔跑的這個(gè)人看成要進(jìn)行研究的對(duì)象，然后對(duì)他們進(jìn)行受力分析并且作出他們的受力分析情況的圖示。因?yàn)橛兄亓?duì)他們產(chǎn)生影響，因此將力分解之后就可以獲得整體沿斜面向下力是（M+m）gsinθ，依照前面學(xué)過(guò)的牛頓第二定律就能夠得出（M+m）gsinθ=ma，其中M=3m，因此a=4gsinθ。在運(yùn)用整體法來(lái)分析解決問(wèn)題的時(shí)候，不僅能夠?qū)⑦^(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單化的分析，而且還能夠省略掉很多干擾的條件，進(jìn)而能夠迅速解決掉問(wèn)題，從而可以提高解決題目的效率。

例如，我們已經(jīng)知道在一個(gè)平面上放上了一個(gè)靜止的有斜面的三角形塑料塊，它的質(zhì)量是m，我們先將一個(gè)塑料塊放置在三角形的傾斜角是α的那一邊，其質(zhì)量為m1，我們?cè)賹⒘硪粋€(gè)塑料塊放置在三角形的傾斜角是β的那一邊，其質(zhì)量是m2，如今我們得知m1β，假設(shè)這兩個(gè)塑料塊都靜止在這個(gè)三角形塑料塊上，那么此時(shí)這個(gè)三角形斜面所受到的支持力與摩擦力各為多少？因?yàn)閮蓚€(gè)塑料塊均為靜止?fàn)顟B(tài)，由此可得，兩個(gè)塑料塊跟斜面的作用力均為內(nèi)力，所以在做題時(shí)不需要關(guān)注內(nèi)力部分，所以由此我們能夠知道，運(yùn)用整體法來(lái)分析解決這個(gè)題目會(huì)非常的容易。因此此時(shí)能夠?qū)⑷切涡泵娓芰蠅K當(dāng)成一個(gè)整體，對(duì)整體進(jìn)行受力分析，便可以得到這個(gè)整體受到了一個(gè)大小為（m1+m2+m）g的重力，又由于這個(gè)整體都是一個(gè)靜止的狀態(tài)，因此肯定會(huì)有一個(gè)大小為（m1+m2+m）g的支持力。

（二） 整體法在運(yùn)動(dòng)期間的運(yùn)用

1. 對(duì)動(dòng)能定理的靈活運(yùn)用

由于動(dòng)能定理只是與總功以及初末時(shí)候的速度有關(guān)，因此對(duì)于那些是幾個(gè)部分組成的一個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，可以將這幾個(gè)部分均看成一個(gè)大的整體，然后再運(yùn)用整體法來(lái)進(jìn)行分析處理。例如，有一個(gè)塑料塊從一個(gè)60°斜面的下面O處用不變的速度往上滑動(dòng)，這個(gè)塑料塊的質(zhì)量是m，當(dāng)這個(gè)塑料塊滑到距離O點(diǎn)s的A處時(shí)，此時(shí)的塑料塊擁有的動(dòng)能是E，然后其一直往上滑，在這個(gè)塑料塊滑到B點(diǎn)的時(shí)候，其動(dòng)能變成了零。然后塑料塊便開(kāi)始往下滑，在到達(dá)OA的中點(diǎn)C的時(shí)候，此時(shí)發(fā)現(xiàn)與通過(guò)A點(diǎn)時(shí)候的動(dòng)能一樣，現(xiàn)在已經(jīng)知道斜面跟物體之間有摩擦力（μ=0.6），求AB之間的距離。在做題的過(guò)程當(dāng)中，將塑料塊從A點(diǎn)滑動(dòng)到D點(diǎn)當(dāng)成塑料塊運(yùn)動(dòng)的整個(gè)的過(guò)程，從中我們開(kāi)始對(duì)此運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析。如果將每一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況都拿出來(lái)對(duì)其展開(kāi)分析，學(xué)生極易產(chǎn)生混亂，而且會(huì)對(duì)處理題目的思路造成某些不利的影響，進(jìn)而錯(cuò)誤地對(duì)題目進(jìn)行處理。我們從題目當(dāng)中能夠清晰地看到，在塑料塊整個(gè)運(yùn)動(dòng)的期間，重力和滑動(dòng)摩擦力肯定會(huì)同時(shí)一起伴隨著塑料塊的整個(gè)運(yùn)動(dòng)，并且都會(huì)對(duì)塑料塊進(jìn)行做功，然而重力對(duì)其所做的功主要與塑料塊的始末位置有關(guān)，摩擦力對(duì)其做的功則主要出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程s2+2sAB，所以根據(jù)動(dòng)能定理就可以得到：

mgsin60°×s2-μmgcos60°×s2+2sAB=0

解得sAB=53-312

在做題的過(guò)程當(dāng)中一定要從整體角度出發(fā)，要有整體觀，把已經(jīng)知道的條件進(jìn)行重組，在清晰了思路之后再根據(jù)對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)容來(lái)分析解決問(wèn)題，這樣便可以提高處理問(wèn)題的效率。

2. 對(duì)動(dòng)量守恒的靈活運(yùn)用

動(dòng)量守恒的定律其應(yīng)用的范圍比較的廣泛。下面結(jié)合例題來(lái)分析整體法在動(dòng)量守恒定律下的應(yīng)用。假設(shè)現(xiàn)在有A、B兩個(gè)同學(xué)，A的質(zhì)量為m1，B的質(zhì)量為m2他們想在滑溜冰的期間再添加一個(gè)傳遞排球的項(xiàng)目，A同學(xué)先將手里的排球傳給了B，然后B再把傳遞回給A，就這樣進(jìn)行多次的傳球，球沒(méi)有仍然沒(méi)有掉落，到最后將排球傳給了B，這個(gè)游戲就結(jié)束了。設(shè)這個(gè)排球的質(zhì)量是m，那么當(dāng)停止傳球的時(shí)刻，A跟B的速度有什么樣的聯(lián)系？由題意可得，A跟B同學(xué)都在冰面上，所以可將摩擦力視為零。這時(shí)使用整體法便可以知道，將這兩名同學(xué)與排球都看作為一個(gè)整體，其整體所受到一個(gè)大小為零的合力，因此這跟動(dòng)量守恒是完全相符的。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)剛開(kāi)始的時(shí)刻，物體保持一個(gè)靜止的狀態(tài)，因此其動(dòng)量為零，再到最后游戲停止的時(shí)刻，A同學(xué)的速度就成為v1，B同學(xué)的速度就成為v2，便能夠得到動(dòng)量為m1v1+（m2+m）（-v2），根據(jù)動(dòng)量守恒可得0=m1v1+（m2+m）（-v2），所以v1v2=m2+mm1。

（三） 運(yùn)用整體法處理力的平衡問(wèn)題

在處理問(wèn)題期間，我們通常需要按照共點(diǎn)力的平衡的條件來(lái)分析物體受到哪些力的作用之后再作出物體的受力情況的分析圖，然后再運(yùn)用合成法又或者是三角形法來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理。設(shè)在一個(gè)水平的桌面上放置一個(gè)塑料塊P，將通過(guò)定滑輪的一根細(xì)繩系在塑料塊P上面的塑料塊Q上，滑輪到P再到Q之間的繩子均為水平的。現(xiàn)在假設(shè)Q跟P的質(zhì)量均為m，而且其之間的動(dòng)摩擦因數(shù)以及P跟桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是μ，忽略滑輪的質(zhì)量以及輪軸的摩擦，假設(shè)運(yùn)用一個(gè)水平向右的力F來(lái)拉P，則P開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)，力F的大小為（ ）

A. 4μmgB. 5μmgC. 1μmgD. 2μmg

在做題的時(shí)候，需要使用整體法來(lái)解題。由題意便可以知道F=2T+2μmg，所以需要把Q當(dāng)作研究的對(duì)象，從而得到T=μmg，所以F=4μmg，由此可得正確選項(xiàng)是A。

四、 結(jié)束語(yǔ)

所以，從以上的分析與實(shí)例可以看到，整體法在力學(xué)解題當(dāng)中的應(yīng)用使得解題變得很簡(jiǎn)單，節(jié)省了大量的做題時(shí)間，提升了做題的正確率。但是，我們?cè)谧鼍唧w的題目之前，需要對(duì)題目進(jìn)行細(xì)致的審讀，要合理地使用整體法。雖然整體法對(duì)解決力學(xué)方面的題目提供了方便，但是并不是與力學(xué)相關(guān)的所有題目都能夠運(yùn)用這個(gè)方法，只有善于使用、合理地使用，才可以更好地展現(xiàn)出整體法在解題中的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而增強(qiáng)我們的解題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王力.議高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用[J].新課堂導(dǎo)學(xué)，2011（2）.

[2]張艷萍.整體法在高中物理解題中的應(yīng)用[J].考試：教研，2011（1）.

作者簡(jiǎn)介：

魏國(guó)享，福建省福清市，福清華僑中學(xué)。