高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用方法探析

陳聰

摘 要：對(duì)于高中生來(lái)說(shuō)，物理是一門(mén)難度系數(shù)極大的學(xué)科，很多學(xué)生難以理解物理教學(xué)內(nèi)容，更有甚者，會(huì)直接放棄學(xué)習(xí)物理，這便對(duì)物理教師開(kāi)展物理教學(xué)造成了非常大的阻力。高中物理知識(shí)中，力學(xué)的相關(guān)知識(shí)占比較大，解題方法的選擇是解決物理問(wèn)題的關(guān)鍵。在教學(xué)力學(xué)題時(shí)，大多數(shù)教師會(huì)應(yīng)用整體法，整體法的應(yīng)用可以簡(jiǎn)化題目，將解題思路變得簡(jiǎn)單，學(xué)生可以更直接地分析物體的受力情況。文章主要解釋了整體法的概念和整體思想中的受力過(guò)程分析，分析了整體法運(yùn)用的意義，并通過(guò)具體物理力學(xué)題目探究如何用整體法解題。

關(guān)鍵詞：高中物理;力學(xué)解題;整體法;運(yùn)用方法

引 言

力學(xué)是高中物理最主要的內(nèi)容之一，關(guān)系到電學(xué)、磁學(xué)、功能轉(zhuǎn)換等單元相關(guān)問(wèn)題的分析與解答，具有基礎(chǔ)性地位。但力學(xué)解題常常是教學(xué)中的難點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師多采用題海戰(zhàn)術(shù)，雖然有一定的成效，但學(xué)生依然無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行受力分析，同樣的知識(shí)點(diǎn)換種題目形式出現(xiàn)，學(xué)生仍然不會(huì)。教師若想真正提高學(xué)生解力學(xué)題的正確率，教師首先應(yīng)讓學(xué)生明確解題的思路。物理問(wèn)題的解決需要根據(jù)具體情況區(qū)別對(duì)待，既要善于從局部著手，又要善于綜觀全局，在高中物理力學(xué)解題中運(yùn)用整體法為力學(xué)分析提供了可行性路徑，對(duì)提高教學(xué)實(shí)效性有重要意義。

一、整體法的概念

整體法就是把多個(gè)物體看成一個(gè)整體，不考慮物體與物體間的相互作用力，對(duì)整體進(jìn)行受力分析，即將復(fù)雜的受力分析簡(jiǎn)單化。如將兩個(gè)木塊疊放在一起，用一個(gè)力推上面那個(gè)木塊，使其運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行單個(gè)逐一分析時(shí)，學(xué)生可能找不全木塊的受力，不如將兩個(gè)木塊看成一個(gè)整體先進(jìn)行整體分析，然后根據(jù)整體受力分析，算出整體加速度，再進(jìn)行局部力的分析，以簡(jiǎn)化解題思路，方便學(xué)生推理。整體法是解決高中物理問(wèn)題的一種重要方法，它可以從整體上揭示事物的變化規(guī)律，避開(kāi)中間煩瑣的推算環(huán)節(jié)，而且可以使學(xué)生在思考問(wèn)題時(shí)，不拘泥于問(wèn)題的局部特征，而是著眼于問(wèn)題的整體結(jié)構(gòu)，全方位分析問(wèn)題，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。整體法深受高中物理教師的喜愛(ài)，若運(yùn)用整體法依然無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行分析，教師不僅可以確保物理教學(xué)的進(jìn)度，還可以教會(huì)學(xué)生先忽略各物體復(fù)雜的受力關(guān)系，快速找到題目中的關(guān)鍵詞并理清解題思路。

二、整體思想中的受力過(guò)程分析

高中物理中，關(guān)于力學(xué)，一般有兩種題型：物體靜止時(shí)的受力分析;物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力分析。明確物體的受力情況后，物體的運(yùn)動(dòng)狀況。而有時(shí)學(xué)生需要清楚物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是什么樣的，物體在做加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)還是勻速運(yùn)動(dòng)，才能進(jìn)行物體的受力分析。在一般的物理力學(xué)解題過(guò)程中，學(xué)生要先明確研究對(duì)象，即確定分析的物體，研究對(duì)象可以是單個(gè)物體，也可以是多個(gè)物體的組合;分析物體受力的順序依次是“重力肯定有，彈力查四周，分析摩擦力，不漏電磁浮”，在這里主要分析前三種力;找到存在哪些力之后，再判斷受力方向和所受力的數(shù)量，需要注意的是，力是矢量，其不僅有大小，還有方向，重力是一直存在的，方向豎直向下。彈力的產(chǎn)生需要具備一定條件，彈力發(fā)生在兩個(gè)接觸的物體之間，但是接觸的物體也不一定會(huì)產(chǎn)生彈力，彈力的分析是對(duì)物體進(jìn)行受力分析的一大難點(diǎn)，學(xué)生在分析過(guò)程中很容易分析錯(cuò)彈力的方向，需要謹(jǐn)慎判斷。對(duì)于摩擦力，學(xué)生普遍認(rèn)為，只要兩個(gè)物體接觸了就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，這是錯(cuò)誤的思想，在物理教學(xué)中，教師要糾正這一觀點(diǎn)，其實(shí)摩擦力的產(chǎn)生，也應(yīng)具備一定的條件。教師要教導(dǎo)學(xué)生邊分析邊將力一一畫(huà)在受力示意圖上，并準(zhǔn)確標(biāo)出各力的方向，最后檢查畫(huà)出的每一個(gè)力，能否找出它的施力物體，檢查分析結(jié)果能否使研究對(duì)象處于題目所給的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，否則，必然出現(xiàn)漏力、多力或錯(cuò)力的現(xiàn)象。

三、高中物理力學(xué)解題中整體法的意義

針對(duì)高中物理力學(xué)，無(wú)論解題還是日常學(xué)習(xí)，進(jìn)行受力分析是重中之重，也是關(guān)鍵性的第一步，受力分析的正確與否直接決定了問(wèn)題能否順利解決。從高中物理力學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀來(lái)看，無(wú)論在日常課后練習(xí)還是階段性考試中，受力分析仍是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，學(xué)生易出現(xiàn)錯(cuò)誤。究其原因，一是學(xué)生對(duì)于受力分析的理解不到位，二是學(xué)生沒(méi)有完全掌握受力分析的方法與技巧，從而導(dǎo)致在受力分析時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤或遺漏受力，長(zhǎng)此以往，會(huì)嚴(yán)重打擊學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，使學(xué)生對(duì)力學(xué)失去興趣，甚至出現(xiàn)抵觸心理。相關(guān)教育學(xué)者基于學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)實(shí)情況及學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，提出的“整體法”的力學(xué)解題方法，為力學(xué)教學(xué)開(kāi)辟了一條新的路徑，對(duì)于提高學(xué)生力學(xué)分析能力產(chǎn)生了積極的影響。高中物理力學(xué)解題中整體法的應(yīng)用有效避免了學(xué)生陷入遇到力學(xué)問(wèn)題無(wú)從下手、盲目分析的困境，能幫助學(xué)生建立整體觀念，在解答問(wèn)題時(shí)形成整體思維，并做到舉一反三。整體思維是一種綜合思維，其一方面表現(xiàn)為知識(shí)的綜合貫通，另一方面表現(xiàn)為思維的有機(jī)組合。因此，學(xué)生在物理研究與學(xué)習(xí)中，要善于運(yùn)用整體研究分析，處理和解決問(wèn)題。整體法的運(yùn)用能夠降低學(xué)生對(duì)題目的理解難度，當(dāng)遇到一個(gè)物體受多個(gè)力或多個(gè)物體受力的復(fù)雜情況時(shí)，學(xué)生能夠運(yùn)用整體法的解題思路快速找到切入點(diǎn)，提高解題效率，降低解題錯(cuò)誤率。

四、高中物理力學(xué)解題中整體法的應(yīng)用

（一）物體平衡題型中整體法的應(yīng)用

高中物知識(shí)中，平衡問(wèn)題是力學(xué)解題的基礎(chǔ)，所占比重非常大，考驗(yàn)學(xué)生對(duì)物體受力的分析能力。平衡問(wèn)題主要分為兩種題型，分別是單個(gè)物體的受力分析和連接體中各個(gè)物體的受力分析。單個(gè)物體的平衡分析比較簡(jiǎn)單，一般是三個(gè)力的平衡、動(dòng)態(tài)平衡和三個(gè)以上力的平衡，連接體的平衡分析相對(duì)較難，需要結(jié)合整體法和隔離法進(jìn)行物體受力分析，以下題為例。

如圖所示，傾角為α的粗糙斜劈放在粗糙水平面上，物體a放在斜面上，輕質(zhì)細(xì)線一端固定在物體a上，另一端繞過(guò)光滑的滑輪固定在c點(diǎn)，滑輪2下懸掛物體b，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將固定點(diǎn)c向左緩慢移動(dòng)少許，發(fā)現(xiàn)a與斜劈始終靜止，則在此過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.斜劈對(duì)地面的壓力保持不變

B.細(xì)線對(duì)物體a的拉力增大

C.細(xì)線對(duì)滑輪2的作用力不變

D.地面對(duì)斜劈的摩擦力增大

分析：對(duì)滑輪和物體b受力分析，根據(jù)平衡條件求解細(xì)線的拉力變化情況;對(duì)滑輪2進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡條件分析細(xì)線對(duì)滑輪2的作用力;對(duì)斜劈、物體a、物體b進(jìn)行整體受力分析，根據(jù)平衡條件求解整體與地面間的靜摩擦力和彈力的情況。

解答：B、C：對(duì)滑輪2和物體b進(jìn)行受力分析，受重力和兩個(gè)拉力，如下圖所示。

根據(jù)平衡條件，有：mbg=2Tcosθ

解得：T= ? ? ?，將固定點(diǎn)c向左移動(dòng)少許，則θ減小，故拉力T減小;細(xì)線對(duì)滑輪2的作用力始終與b的重力等大反向，故B錯(cuò)誤、C正確。

A、D：對(duì)斜劈、物體a、物體b整體受力分析，受重力、支持力、細(xì)線的拉力和地面的靜摩擦力，如下圖所示：

根據(jù)平衡條件，有：N=G總-Tcosθ=G總- ? ，N與角度θ無(wú)關(guān)，恒定不變;根據(jù)牛頓第三定律，壓力也不變;f=Tsinθ= ? ·tanθ，將固定點(diǎn)c向左移動(dòng)少許，則θ減小，故摩擦力減小;故A正確，D錯(cuò)誤。

故選AC。

點(diǎn)評(píng)：本題主要是考查共點(diǎn)力的平衡，掌握整體法和隔離法的使用技巧：當(dāng)分析相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上物體整體的受力情況及分析外力對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí)，宜用整體法;而在分析系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體（或一個(gè)物體各個(gè)部分）間的相互作用時(shí)常用隔離法。整體法和隔離法不是獨(dú)立的，對(duì)一些較復(fù)雜問(wèn)題，通常需要多次選取研究對(duì)象，交替使用整體法和隔離法。

（二）物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中整體法的應(yīng)用

高中物理需要學(xué)生掌握正確分析物體運(yùn)動(dòng)情況的能力和技巧，牢記當(dāng)一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，它一定受了力的作用。物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程可以分為單個(gè)物體的單段運(yùn)動(dòng)和多段運(yùn)動(dòng)以及多個(gè)物體的多段運(yùn)動(dòng)。一般，在分析運(yùn)動(dòng)中多個(gè)物體的受力情況時(shí)，我們首先將多個(gè)物體分為不同的局部，若各個(gè)物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力時(shí)，可以把它們看成一個(gè)整體，分析整體受到的合力，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度（或其他未知量）。若直接隔離分析某一物體，滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力等因素的出現(xiàn)，提高了物體受力分析的難度，在分析過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)忽略靜摩擦力對(duì)物體的影響，在分析過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。因此，整體法的應(yīng)用可以降低分析相互作用物體受力的難度，簡(jiǎn)化解題思路，以下題為例。

如圖所示，水平面上A、B兩物塊的接觸面水平，二者疊放在一起，在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做勻速運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻撤去力F后，二者仍不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，關(guān)于撤去F前后下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.撤去F之前A受3個(gè)力作用

B.撤去F之前B受到4個(gè)力作用

C.撤去F前后，A的受力情況不變

D.A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1不小于B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2

分析：分別對(duì)撤去拉力前后整體和A的受力情況進(jìn)行分析，根據(jù)平衡條件判斷A、B間是否存在摩擦力，從而確定兩種情況下它們的受力個(gè)數(shù)。撤去力F后，二者仍不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，A、B間的靜摩擦力不大于最大靜摩擦力，由牛頓第二定律分析A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)與B和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)大小。

解答：A、B：撤去F前，整體做勻速運(yùn)動(dòng)，故B所受的地面滑動(dòng)摩擦力與F平衡，而A水平方向不受外力，故A不受摩擦力，故A受重力、B的支持力共2個(gè)力作用。B受重力、A的壓力、拉力F、地面的支持力和滑動(dòng)摩擦力，共5個(gè)力。故A、B錯(cuò)誤。

C：撤去拉力F后，B開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng)，A相對(duì)B有向前滑動(dòng)的趨勢(shì)，所以B對(duì)A有靜摩擦力，故A受重力、B的支持力和靜摩擦力，共3個(gè)力，所以撤去F前后，A的受力情況將發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤。

D：撤去力F后，二者仍不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，由牛頓第二定律得：

對(duì)整體有：μ2（mA+mB）g=（mA+mB）a

對(duì)A有： f=mAa≤μ1mAg

可得μ1≥μ2，即A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1不小于B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2，故D正確。

故選D。

點(diǎn)評(píng)：本題考查共點(diǎn)力平衡條件和牛頓、第二定律的應(yīng)用，可采用假設(shè)法分析勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)A、B間是否有摩擦力。要掌握物體間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的條件：靜摩擦力不大于最大靜摩擦力。

結(jié) 語(yǔ)

整體法在高中物理力學(xué)教學(xué)中處于重要地位，應(yīng)用整體法之后，力學(xué)解題過(guò)程中的受力分析也得到了簡(jiǎn)化，便于教師講解，便于學(xué)生理解物體的受力情況，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的壓力。從上面的例子可以看出，應(yīng)用整體法求解物理問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)非常明顯——簡(jiǎn)潔明快，刪繁就簡(jiǎn)，是一種應(yīng)該掌握的方法。在解決力學(xué)平衡問(wèn)題、相互作用問(wèn)題和運(yùn)動(dòng)過(guò)程問(wèn)題時(shí)，整體法的應(yīng)用可以幫助學(xué)生培養(yǎng)整體分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的整體思維，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和空間想象能力，學(xué)習(xí)物理，最重要的就是空間思維。在高中物理力學(xué)解題過(guò)程中，教師要應(yīng)用整體法開(kāi)展教學(xué)，不斷提升學(xué)生的解題正確率和效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陸文彬.淺議高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用[J]. 數(shù)理化解題研究，2021（9）：57-58.

[2]陳品.高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用探析[J]. 考試周刊，2021（26）：119-120.

[3]李珍進(jìn).分析高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用[J]. 數(shù)理化解題研究，2020（7）：62-63.

[4]楊帆.試析高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用[J]. 中國(guó)校外教育，2020（27）：167-168.

[5]朱洪.高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用[EB/J]. 百科論壇電子雜志，2020（10）：711-712.

[6]朱挺.高中物理力學(xué)解題中整體法的運(yùn)用研究[J]. 數(shù)理化解題研究，2019（28）：76-77.