巧用拆解法解決高中物理問(wèn)題

黨文博

(甘肅省通渭縣第一中學(xué) 743300)

高中物理問(wèn)題本身比較復(fù)雜，許多問(wèn)題涉及到時(shí)間和空間上的不同運(yùn)動(dòng)的組合，筆者在實(shí)際的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，如果能巧用拆解法首先將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)組合拆解開(kāi)來(lái)，然后把每一段拆解后的分運(yùn)動(dòng)研究清楚，最后再將各段分運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系找到，那么題目將會(huì)迎刃而解.

一、物理概念各個(gè)要素的拆解

高中物理中許多概念都不僅僅擁有一種要素，有些概念甚至擁有三種或四種要素，要將這些概念理解透徹必須把每一種要素都要明確，那么在實(shí)際解決問(wèn)題時(shí)可以把擁有的要素先拆解開(kāi)來(lái)，先分析一種要素的影響，再分析另一種要素的影響，對(duì)各個(gè)要素的逐一破解會(huì)使學(xué)生感到問(wèn)題的解決更有條理，也不會(huì)顧此失彼.

參考案例：利用牛頓第二定律解決勻變速直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)既要考慮加速度的大小又要考慮加速度的方向，那么我們就可以用拆解法，先考慮加速度的大小為產(chǎn)生加速度方向的合力的大小除以所研究對(duì)象的質(zhì)量，再考慮加速度的方向，如果加速度的方向與研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度方向相同，那么原來(lái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式不變，如果加速度的方向與研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度方向相反，那么需將原來(lái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中加速度前面的加號(hào)變成減號(hào)，通過(guò)上面的方法進(jìn)行拆解處理后，學(xué)生明顯感到復(fù)雜程度降低，運(yùn)用牛頓第二定律解決具體問(wèn)題時(shí)更加得心應(yīng)手.

總結(jié)：對(duì)物理概念各個(gè)要素的拆解在解決實(shí)際問(wèn)題中的運(yùn)用是非常廣泛的，巧用拆解法后總能對(duì)物理概念的理解更加透徹.當(dāng)然這樣的案例還有好多，再比如動(dòng)量定理的應(yīng)用過(guò)程中也可以運(yùn)用拆解的思想，動(dòng)量定理的內(nèi)容是物體動(dòng)量的增量等于它所受合外力的沖量，我們對(duì)于物體所受合外力的沖量拆解為各個(gè)分力的沖量的矢量和，首先計(jì)算研究過(guò)程中各個(gè)分力沖量的大小，其大小等于各個(gè)分力的大小與作用時(shí)間的乘積，然后考慮各個(gè)分力沖量的方向，如果該分力與規(guī)定的正方向同向，那么該分力的沖量取正值，如果該分力與規(guī)定的正方向反向，那么該分力的沖量取負(fù)值，然后把這些值求和就是各個(gè)分力的沖量的矢量和，通過(guò)拆解學(xué)生運(yùn)用動(dòng)量定理解決問(wèn)題的效率明顯提高.在解決實(shí)際問(wèn)題中我們要有意識(shí)的對(duì)物理概念的各個(gè)要素進(jìn)行拆解，巧用拆解法將每個(gè)物理概念進(jìn)行全方位的理解.

二、計(jì)算過(guò)程的拆解

高中物理題目的求解過(guò)程往往會(huì)涉及數(shù)學(xué)的計(jì)算，計(jì)算過(guò)程中拆解法的運(yùn)用也是非常廣泛，例如長(zhǎng)度的拆解、角度的拆解、圖形的拆解等等，有時(shí)對(duì)于條件不確定的問(wèn)題我們還需要在分析問(wèn)題的過(guò)程中將條件滿足的數(shù)據(jù)按照不同的運(yùn)動(dòng)拆解成不同的范圍去討論，拆解法是解決計(jì)算問(wèn)題的重要方法之一.

參考案例：一個(gè)木塊原來(lái)靜止在一塊木板上，木板放在地面上，假設(shè)木塊和木板的質(zhì)量分別為m1和m2，木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)是μ1，木板與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)是μ2，那么當(dāng)木板受到水平向左的外力F時(shí)，木板與木塊將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？

對(duì)于這個(gè)題目的處理，我們應(yīng)該首先按照力的大小變化范圍，將運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行拆解成三類(lèi)，①當(dāng)F≤μ2(m1+m2)g時(shí)木板與木塊將保持靜止，分析時(shí)可以把木板和木塊看成是一個(gè)整體，水平方向外力F等于整體與地面間的靜摩擦力；②當(dāng)μ2(m1+m2)gμ2(m1+m2)g時(shí)整體與地面間的摩擦力將由靜摩擦力變成滑動(dòng)摩擦力，此時(shí)整體就要開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，由于外力作用在木板上，木板應(yīng)該是動(dòng)力來(lái)源的問(wèn)題，此時(shí)我們有必要將木板和木塊拆分開(kāi)來(lái)進(jìn)行受力分析，先分析動(dòng)力來(lái)源的物體，也就是先分析木板，木板相對(duì)于木塊有相對(duì)向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，那么此時(shí)木板就受到木塊對(duì)它向右的摩擦力f，然后根據(jù)作用力與反作用力，木塊受到木板對(duì)它向左的反作用力f′，其中f′=m1a，當(dāng)加速度較小時(shí)，f′<μ1m1g，此時(shí)該摩擦力是靜摩擦力，木塊不會(huì)相對(duì)于木板滑動(dòng).當(dāng)整體加速度增大時(shí)，靜摩擦力也會(huì)隨著增大，當(dāng)f′=μ1m1g時(shí)，靜摩擦力將會(huì)變成滑動(dòng)摩擦力，此時(shí)是滑塊在滑板上保持相對(duì)靜止的最后時(shí)刻，此時(shí)對(duì)木塊水平方向由牛頓第二定律μ1m1g=m1am，對(duì)整體水平方向由牛頓第二定律F-μ2(m1+m2)g=(m1+m2)am,可得F=(μ1+μ2)(m1+m2)g；③當(dāng)F>(μ1+μ2)(m1+m2)g時(shí)，木板和木塊發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，其中木塊的加速度一直為am，木板的加速度將大于am.在這個(gè)題目中我們按照運(yùn)動(dòng)情況將力的變化范圍拆解成了三類(lèi)，然后分類(lèi)去處理便能很好的解決問(wèn)題.

總結(jié)：物理問(wèn)題的最后解決離不開(kāi)數(shù)學(xué)的計(jì)算，將計(jì)算過(guò)程進(jìn)行拆解，是我們數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)常用到的方法.我們可以舉出很多拆解法應(yīng)用的案例，再比如解決帶電粒子在磁場(chǎng)中僅受洛倫磁力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，要計(jì)算運(yùn)動(dòng)的時(shí)間就需求解圓弧所對(duì)應(yīng)的回旋角，如果已知弦切角那么回旋角等于弦切角的兩倍，較大的回旋角還需拆解成已知角加上一些特殊角，在這里的特殊角包括90°,180°等等.

三、時(shí)間段的拆解

物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在不同的時(shí)間將會(huì)處在不同的位置、不同的情景中，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也會(huì)不同.我們可以按照運(yùn)動(dòng)的先后次序按照時(shí)間段將運(yùn)動(dòng)拆解開(kāi)來(lái)，然后分段按照各自的運(yùn)動(dòng)規(guī)律列出方程，重點(diǎn)關(guān)注連接處的運(yùn)動(dòng)信息，因?yàn)樵撐恢貌粌H是前一段運(yùn)動(dòng)的末位置而且是后一段運(yùn)動(dòng)的初位置，同時(shí)滿足前后兩段運(yùn)動(dòng)的特征，具有承上啟下的重要作用.

參考案例：高空墜物極易對(duì)行人造成傷害.若一個(gè)50g的雞蛋從一居民樓的25層墜下，與地面的撞擊時(shí)間約為2ms，則該雞蛋對(duì)地面產(chǎn)生的沖擊力約為多少？

這個(gè)題目是2018年高考物理全國(guó)Ⅱ卷的第15題，對(duì)于這個(gè)題目的處理，應(yīng)該按照時(shí)間將運(yùn)動(dòng)分成兩段，其中第一段過(guò)程是雞蛋的自由落體運(yùn)動(dòng)，計(jì)算出雞蛋落地前一瞬間的速度，第二段過(guò)程是雞蛋碰到地面后與地面相互作用的過(guò)程，以雞蛋為研究對(duì)象運(yùn)用動(dòng)量定理列方程，就可以算出地面對(duì)雞蛋的平均沖擊力，根據(jù)牛頓第三定律其大小也是雞蛋對(duì)地面產(chǎn)生的沖擊力.

總結(jié)：在解決物理問(wèn)題時(shí)按照時(shí)間段將運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拆解是一種非常常見(jiàn)的方法，從命題人的角度看題目，運(yùn)動(dòng)過(guò)程的組合越多，對(duì)知識(shí)考查的廣度和深度都會(huì)增強(qiáng)，從解題人的角度看題目，就應(yīng)該先按照時(shí)間段將運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行拆解，分過(guò)程列式，并尋找已知條件和求解量之間的聯(lián)系.

四、空間的拆解

空間的拆解也是解決高中物理時(shí)常用到的方法，物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)如果同時(shí)參與兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)，那么我們研究復(fù)雜的合運(yùn)動(dòng)時(shí)，先研究分方向的運(yùn)動(dòng)，再矢量合成.有些物理量的結(jié)果由某些方向的分量決定，同時(shí)又會(huì)與某些方向的分量無(wú)關(guān)，這時(shí)我們也要有意識(shí)的進(jìn)行相關(guān)物理量空間的拆解.

參考案例：我們研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)就用到了空間的拆解，將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)，那么要求解平拋過(guò)程中某點(diǎn)的速度或位移時(shí)，先求解兩個(gè)分方向的速度或位移，再利用平行四邊形定則進(jìn)行矢量求和.

總結(jié)：空間的拆解最典型的例子是曲線運(yùn)動(dòng)，我們經(jīng)常用到“化曲為直”的思想，將復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)正交分解為兩個(gè)分方向的直線運(yùn)動(dòng)，這是一種將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化的一種非常重要的思想，再比如求解某個(gè)力做功時(shí)，若力與位移方向有夾角，我們就可以把位移向力的方向和垂直于力的方向去分解，然后將功的大小直接用力和力的方向位移的乘積去計(jì)算.空間的拆解是解決物理問(wèn)題的一種非常重要的方法，充分體現(xiàn)了一種將不知道的運(yùn)動(dòng)拆解成以前研究過(guò)的運(yùn)動(dòng)，將復(fù)雜問(wèn)題拆解成容易問(wèn)題的一種思想.

教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引路人，當(dāng)學(xué)生解決物理問(wèn)題常常存在困難時(shí)，教師就要好好想想辦法，不僅教會(huì)學(xué)生知識(shí)，也要教會(huì)學(xué)生解題的方法，筆者在實(shí)際的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)巧用拆解法對(duì)解決物理問(wèn)題可以取得非常好的效果，希望這種方法能給其他物理教師在教學(xué)中帶來(lái)有益的啟發(fā)，對(duì)學(xué)生解決物理問(wèn)題帶來(lái)幫助.