整體法在高中物理解題中的有效應(yīng)用

摘 要：整體法是一種思考問(wèn)題的重要方法.在高中物理習(xí)題教學(xué)中，有著很廣泛的應(yīng)用.新課程對(duì)學(xué)生思維能力有更高的要求，為提高學(xué)生掌握運(yùn)用整體法解答物理問(wèn)題的意識(shí)，更好的把握相關(guān)細(xì)節(jié)，應(yīng)做好整體法理論知識(shí)的講解，并展示整體法在不同物理問(wèn)題中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：整體法;物理;解題;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2022）22-0101-03

高中物理解題中有時(shí)可以將若干對(duì)象看成一個(gè)整體，運(yùn)用物理知識(shí)分析問(wèn)題，能大大降低分析問(wèn)題的難度，促進(jìn)解題效率的提升，因此教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重為學(xué)生系統(tǒng)地講解整體法，為其更好地應(yīng)用于解題中奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

1 用于解答平衡類問(wèn)題

平衡類問(wèn)題是高中物理中很重要的一類問(wèn)題.關(guān)鍵在于合理的選取研究對(duì)象，運(yùn)用受力分析列出平衡方程.其中選取研究對(duì)象時(shí)運(yùn)用整體法能更好的把握研究對(duì)象的整體受力情況，降低構(gòu)建物理平衡方程的難度，達(dá)到順利解題的目的.

例如，如圖1所示，三角形斜劈B緊靠墻壁放在彈簧上.將物塊A放在B上.起初A、B均靜止.某時(shí)刻使用力F沿斜面方向向上推A，但A、B均未動(dòng)，則施加F后以下判斷正確的是（）.

A.A、B間的摩擦力一定變大

B.B和墻之間可能無(wú)摩擦力

C.B和墻面間的彈力可能不變

D.B和墻面間的彈力變大

開(kāi)始時(shí)對(duì)A進(jìn)行受力分析，其受到重力，B的支持力，B對(duì)A的靜摩擦力f=mgsinα，處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)施加力F后，若F=2mgsinα，此時(shí)其靜止，AB間的摩擦力的大小也為mgsinα，A項(xiàng)錯(cuò)誤.將AB看成一個(gè)整體，開(kāi)始時(shí)彈簧彈力和AB兩者的重力相等，B和墻壁無(wú)摩擦.當(dāng)施加F后，AB仍靜止，彈簧彈力不變.但是AB受到力F，因此，B受到墻壁的摩擦力大小為Fsinα，方向豎直向下.綜上分析D項(xiàng)正確.

2 用于解答連接體類問(wèn)題

高中物理中將輕繩、輕桿、彈簧等將物體連接起來(lái)的一類問(wèn)題通稱為連接體類的問(wèn)題.因連接體的局部和整體是統(tǒng)一的，因此，解答該類問(wèn)題常使用整體法.將若干研究對(duì)象看成一個(gè)整體，運(yùn)用物理知識(shí)求解出相關(guān)參數(shù)，以此為橋梁，便可分析、計(jì)算出連接體中各研究對(duì)象的相關(guān)參數(shù).教學(xué)中為使學(xué)生體會(huì)到運(yùn)用整體法解答連接體類問(wèn)題的便利，養(yǎng)成運(yùn)用整體法解題的良好習(xí)慣，應(yīng)注重與學(xué)生一起剖析相關(guān)的例題.

例如，如圖2所示，使用輕繩將由相同材料制成的m1，m2連接在一起，放置在斜面上.在恒力F作用下，沿斜面向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，下列關(guān)于輕繩的拉力說(shuō)法正確的是（）.

A.和斜面傾角θ有關(guān)

B.和物體與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ有關(guān)

C.只和物體的質(zhì)量m1有關(guān)

D.若F沿斜面向下拉連接體，則輕繩拉力和θ、μ無(wú)關(guān)

當(dāng)F沿斜面向上拉連接體時(shí)，將m1、m2看成一個(gè)整體，設(shè)加速度為a，

根據(jù)牛頓第二定律：

F-（m1+m2）gsinθ-μ（m1+m2）gcosθ=（m1+m2）a;以m2為研究對(duì)象，設(shè)輕繩的拉力為T，根據(jù)牛頓第二定律：

T-m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a，

聯(lián)立解得T=m2m1+m2F.

同理當(dāng)F沿斜面向下拉連接體時(shí)由：

F+（m1+m2）gsinθ-μ（m1+m2）gcosθ=（m1+m2）a′，

T′+m1gsinθ-μm1gcosθ=m1a′，

聯(lián)立解得T′=m1m1+m2F.綜上分析可知選擇D項(xiàng).

3 用于解答相對(duì)運(yùn)動(dòng)類問(wèn)題相對(duì)運(yùn)動(dòng)是高中物理中不易理解的運(yùn)動(dòng)題型.解答該類題型的思路較多，解題中只有具體問(wèn)題具體分析，靈活運(yùn)用多種解題方法，才能少走彎路.其中運(yùn)用整體法將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程看成一個(gè)整體，從能量的角度進(jìn)行分析可獲得事半功倍的解題效果.教學(xué)中應(yīng)注重經(jīng)典例題的講解，使學(xué)生掌握運(yùn)用整體法分析相對(duì)運(yùn)動(dòng)類問(wèn)題的思路與技巧.

例如，如圖3所示，傾角θ=30°光滑足夠長(zhǎng)的斜面固定在水平面上，下端固定一擋板（和斜面垂直）.將可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊放在木板的左端，一起放在斜面上.其中物塊和木板的質(zhì)量m相等均為1kg.物塊和木板的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=235.開(kāi)始時(shí)木板下端和擋板的距離L=0.9m.由靜止釋放物塊和木板，使其一起沿斜面下滑.木板和擋板碰撞的時(shí)間極短，發(fā)生彈性碰撞，物塊恰好末滑離木板.g=10m/s2，最大靜最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.求：

（1）木板和擋板第一次碰撞前的瞬間速度v0;

（2）木板的長(zhǎng)度s.

（1）將物塊和木板看成一個(gè)整體，根據(jù)動(dòng)能定理：

2mgLsinθ=12×2mv02

代入數(shù)據(jù)解得v0=3 m/s.

（2）木板和擋板會(huì)不斷的碰撞，物塊會(huì)一直在木板上向下運(yùn)動(dòng).直到系統(tǒng)的能量完全消耗，木板停在擋板位置，物塊停在木板右端.因木板和擋板碰撞前后無(wú)能量損失，因此，以整個(gè)過(guò)程為研究對(duì)象，由能量守恒可得：

μmgscosθ=mgLsinθ+mgsinθ（L+s）

代入數(shù)據(jù)解得s=9m.

4 用于解答電路類問(wèn)題

動(dòng)態(tài)電路分析是高中物理的常考知識(shí)點(diǎn).解答相關(guān)習(xí)題時(shí)運(yùn)用整體法可使得問(wèn)題順利的突破.運(yùn)用整體法把握電路中相關(guān)參數(shù)的整體變化趨勢(shì)，然后結(jié)合電路的串并聯(lián)特點(diǎn)以及電學(xué)元件所處的位置靈活運(yùn)用歐姆定律，便可分析出相關(guān)物理參數(shù)的變化規(guī)律.教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)注重為學(xué)生深入的講解相關(guān)的例題，使其把握應(yīng)用整體法解答電路類問(wèn)題的相關(guān)細(xì)節(jié).

例如，如圖4所示，R1、R2、R3為定值電阻，阻值均為R，滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為0～2R，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，則滑動(dòng)變阻器滑片按照以下方向滑動(dòng)時(shí)，判斷正確的是（）.

A.a→b時(shí)，A表示數(shù)變小

B.a→b時(shí)，V表示數(shù)變大

C.a→b時(shí)，R1消耗的電功率增大

D.由b→a時(shí)，滑動(dòng)變阻器電功率先增大后變小

滑動(dòng)變阻器滑片由.a→b時(shí)，有效電阻變小，從整體上來(lái)看，由歐姆定律可知干路電流增大，路端電壓變小，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.由于流經(jīng)R1的電流變小，則消耗的功率變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.R1支路的電流變小，但干路的電流是變大的，因此，流過(guò)電流表的電流變大.滑動(dòng)變阻器滑片由b→a時(shí)，接入電路中的阻值將會(huì)從0逐漸增大至2R.將定值電阻和r看成一個(gè)整體，等效為電源內(nèi)阻，則r等效=（R·rR+r+R）·R（R·rR+r+R）+R≈R，則變阻器阻值為R時(shí)電功率會(huì)大，因此滑片滑動(dòng)的過(guò)程中電功率先增大后減小.

選擇D項(xiàng).

整體法是一種較為常用的解題方法.教學(xué)實(shí)踐中為使學(xué)生牢固地掌握并靈活地應(yīng)用于解題中，既要做好整體法相關(guān)理論知識(shí)的灌輸，優(yōu)選精講相關(guān)的例題，又要引導(dǎo)學(xué)生做好聽(tīng)課的總結(jié)以及課下的及時(shí)訓(xùn)練，不斷的積累運(yùn)用整體法解題的經(jīng)驗(yàn)，提高應(yīng)用整體法解題的能力.

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[責(zé)任編輯：李 璟]

收稿日期：2022-05-05

作者簡(jiǎn)介：楊純（1983.11-），男，安徽省安慶人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.