謹(jǐn)防物理學(xué)習(xí)中的“思維陷阱”

陳衍銘

(福建省泉州市安溪一中高二15班 362400)

物理對(duì)很多高中理科學(xué)生來說是一門比較難的學(xué)科，有的學(xué)生可以在物理方面一點(diǎn)就通，有的學(xué)生卻完全不知道該如何學(xué)習(xí)、解決物理問題.其實(shí)很大一方面的原因是因?yàn)槲锢韺W(xué)習(xí)、理解對(duì)學(xué)生的思維邏輯能力要求高.著名物理學(xué)家伽利略用親身實(shí)驗(yàn)的方法證明了重量不同的兩個(gè)鐵球可以同時(shí)落地，改變了人們幾千年的錯(cuò)誤思維.牛頓、愛因斯坦、霍金等這些物理科學(xué)巨匠都對(duì)人類科技發(fā)展史做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，他們都將自己的思維發(fā)揮到了極致.從古至今物理學(xué)的發(fā)展也反映了人類的思維發(fā)展進(jìn)程.我們學(xué)習(xí)物理，不僅能將前人的成果傳承下去，而且能鍛煉自己的思維能力.思維能力的高低直接影響我們的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)成果.在物理學(xué)習(xí)中我們通常會(huì)遇到各種刁鉆的問題，它可能只是蘊(yùn)含了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的知識(shí)，但我們轉(zhuǎn)不過來彎，也就怎么也想不通.如果我們不能靈活變通，用固定的思維方式思考問題，那么很有可能就會(huì)落入思維陷阱.

一、力學(xué)中的陷阱

圖1

如圖1所示，在光滑水平面上放一輛質(zhì)量為2kg 的模型小車，將一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體放在小車的右端.已知物體與小車之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.當(dāng)物體受到水平方向上向左的大小為6 N的拉力，小車受到向右的大小為9N的拉力，經(jīng)過0.4 s的時(shí)間后，同時(shí)撤去兩力.為了使物塊不從小車上滑落，小車要滿足這個(gè)要求，小車最少要多長(zhǎng)才不會(huì)滑落？撤去兩力時(shí)，物塊與小車的速度分別為多少？

解析本題主要涉及了物理學(xué)方面的三個(gè)知識(shí)點(diǎn)，第一，牛頓第二定律，第二，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系，第三，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系.牛頓第二定律揭示了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即知道了力，可根據(jù)牛頓第二定律，分析出物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.當(dāng)然，如果知道了運(yùn)動(dòng)，就可以根據(jù)牛頓第二定律，分析物體的受力情況，這是解題的第一步.

題目“陷阱”在解答這道題時(shí)，我們一定要注意，牛頓定律只能用來研究具有慣性的物體的運(yùn)動(dòng)，用于肉眼可以觀察到的物體，而不能用來觀察離子，分子，電子之類的微觀粒子的運(yùn)動(dòng).這一題中的小車如果換成離子，分子的運(yùn)動(dòng)，就不能運(yùn)用這個(gè)定律了.大家應(yīng)該注意，我們學(xué)過的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)公式，只能用于勻變速直線運(yùn)動(dòng)中.如果不是勻變速運(yùn)動(dòng)，則不能使用這些公式.研究探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系時(shí)就要看它的加速度與速度的方向是否一致，如果加速度與速度所進(jìn)行的方向是一致的，那么該物體就是在做勻加速直線運(yùn)動(dòng).這一題中的小車就是在做勻加速直線運(yùn)動(dòng).在這類題目中，學(xué)生不容易分辨清物體到底是在做勻減速運(yùn)動(dòng)還是勻加速運(yùn)動(dòng)，還有，該物體的運(yùn)動(dòng)是否具有慣性，只有具有慣性的物體才能用牛頓定律.

解答對(duì)物塊進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可以計(jì)算出物體的速度是每秒0.4米，對(duì)小車進(jìn)行受力分析，可以計(jì)算出小車的速度為每秒0.8米.撤去外力之前，物塊的位移為0.08米，小車運(yùn)動(dòng)的位移為0.16米，撤去外力后，兩者速度相等后就不會(huì)滑下，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可以計(jì)算出速度為每秒0.4米，系統(tǒng)的動(dòng)能減小轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，當(dāng)物塊運(yùn)動(dòng)到小車左端時(shí)，兩者速度剛好相等，根據(jù)能量守恒定律，可以帶入解得長(zhǎng)度為0.096米，所以小車的最小長(zhǎng)度為0.336米.

二、機(jī)械振動(dòng)問題

一根彈簧振子在一條水平直線上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它經(jīng)過M點(diǎn)和經(jīng)過N點(diǎn)時(shí)的速度是相同的.那么，兩點(diǎn)的受力情況是怎樣的.

圖2

解題思路這一題考了高中物理中的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有四個(gè)方面的特征，動(dòng)力學(xué)特征是判斷某機(jī)械運(yùn)動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的依據(jù).簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種變加速運(yùn)動(dòng)，具有周期性.機(jī)械能也遵循守恒定律，任何一個(gè)振動(dòng)物體在經(jīng)過平衡位置時(shí)的勢(shì)能最小.平衡位置對(duì)稱的兩點(diǎn)物理量的大小相等.

題目“陷阱”要解決這道題，我們最好在草稿紙上建立起彈簧振子模型，不能只根據(jù)我們學(xué)過的理論知識(shí)想當(dāng)然的想象物體的運(yùn)動(dòng).如圖2所示，由題目已知彈簧振子第一次按順序經(jīng)過M、N兩點(diǎn)時(shí)的速度相同，那么，可以根據(jù)振子的運(yùn)動(dòng)路線，確定這兩點(diǎn)的位置，在理論上這兩點(diǎn)應(yīng)該是關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的，當(dāng)振子從左至右運(yùn)動(dòng)時(shí)，它是從左側(cè)開始運(yùn)動(dòng)的，相反，則振子是從右側(cè)開始運(yùn)動(dòng)的.在這類題目中，我們要首先確定運(yùn)動(dòng)的方向，有時(shí)候理論上物體的運(yùn)動(dòng)方向和現(xiàn)實(shí)可能不一致，因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)受諸多因素的影響，所以在做這類題目時(shí)最好在草稿紙上建立起物理模型，根據(jù)所建立的模型探究具體問題.

解答在物理問題中，位移，速度和加速度都是一種矢量，他們?nèi)绻耆嗤捅仨氁３衷诜较蛏舷嗤?因?yàn)镸.M兩點(diǎn)是關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱，振子反彈回來的力量應(yīng)該在大小上相等，在方向上相反，同理振子位移情況也是方向相反，大小相等.振子由M點(diǎn)到O點(diǎn)雖然速度逐漸加快，但它的加速度是越來越小的，所以振子此時(shí)在做加速運(yùn)動(dòng).因?yàn)檎褡釉趦牲c(diǎn)的加速度雖然在方向上是相反的，但大小相等，所以振子在這兩點(diǎn)的加速度大小相等.

三、能量守恒問題

圖3

如圖3所示，光滑水平面上放著一輛質(zhì)量為八千克的小車，將一個(gè)三千克的物體放在A處，AB段是一個(gè)比較粗糙的水平面，它與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)為零點(diǎn)二.BC段圓弧在B點(diǎn)處與AB相交于B點(diǎn)，現(xiàn)在物塊以每秒五米的速度運(yùn)動(dòng)，之后物塊便會(huì)沿著AB,BC運(yùn)動(dòng)，然后返回到起點(diǎn)，最后又會(huì)再次回到A點(diǎn)處，此時(shí)，它與小車是處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的.那么物塊從開始運(yùn)動(dòng)一直到運(yùn)動(dòng)結(jié)束，它和小車一共損失了多少機(jī)械能？

題目“陷阱”本題考察學(xué)生對(duì)動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律的掌握情況.系統(tǒng)的動(dòng)量是指系統(tǒng)內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量之矢量和.動(dòng)量守恒中的速度只是針對(duì)有慣性運(yùn)動(dòng)的物體的.動(dòng)量和應(yīng)是同一時(shí)刻的所有動(dòng)量之和.在這一題中，應(yīng)該注意能量的總和是保持不變的，一種能量減少，必然會(huì)有另一種能量增加.還有兩個(gè)物體之間的相對(duì)狀態(tài)，這一題中到最后物體和小車之間是處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的，就可以根據(jù)靜止?fàn)顟B(tài)下能量守恒定律求出物體所耗的能量.

解答物體返回A點(diǎn)時(shí)與小車相對(duì)靜止，設(shè)它的速度為v，則根據(jù)mv0=(m+M)v1，可求出減少的機(jī)械能為二十焦.

高中物理中存在許多的思維陷阱，因此我們要學(xué)會(huì)正確的思維方法，掌握物理學(xué)中的規(guī)律和奧妙，讓學(xué)到的東西真正變成自己的東西.在物理學(xué)習(xí)中，首先就是要加強(qiáng)記憶.很多人認(rèn)為物理不用背東西，只要理解弄懂就可以了，其實(shí)不然，物理中最基本的知識(shí)概念，只有先背下來，才會(huì)在背誦的基礎(chǔ)上加以理解.學(xué)習(xí)語文的時(shí)候教師要求我們背誦名言警句，文言文古詩詞，數(shù)學(xué)的公式，定理也要背誦，英語的單詞更不用說了，學(xué)習(xí)物理也要熟記基本的概念公理.打好了記憶的基礎(chǔ)，我們就要加強(qiáng)積累了，積累知識(shí)的過程也是我們不斷消化知識(shí)的過程.在積累中，要將知識(shí)分門別類，所以我們就要知道這些是屬于哪方面的知識(shí)，它的考點(diǎn)是什么.還要將不同的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，因?yàn)楦鱾€(gè)物理知識(shí)之間也是相互聯(lián)系的 .在高中學(xué)完了各章節(jié)的知識(shí)以后，做一個(gè)匯總大綱，看看哪些自己理解了，哪些還是疑難點(diǎn)，有的知識(shí)我們?cè)谏钪袝?huì)經(jīng)常用到，這樣的知識(shí)就必須要理解掌握，并能在生活中加以運(yùn)用.老師也要加強(qiáng)物理教學(xué)中的趣味性，讓學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的興趣.最后，對(duì)我們的能力要求就比較高了，我們要從物理學(xué)習(xí)中鍛煉我們的思維能力.通過對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的深度理解，能快速的分析解決問題，物理學(xué)中存在不少的思維陷阱，一不小心就跳進(jìn)去走不出來，因此學(xué)好物理，我們不僅要理解它的概念，還要從不同的角度理解物理問題，換位思考，多方面思考，發(fā)散思維與集中思維相結(jié)合，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，不斷提高思維的靈活性，才能克服慣性思維，不懼物理學(xué)中的思維陷阱，找到適合自己的學(xué)習(xí)物理的方法，讓自己在物理學(xué)上真正有所提高，學(xué)到終身受益的物理知識(shí).