淺析整體法和隔離法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

寇 娥

(甘肅省民樂(lè)縣第一中學(xué) 734500)

物理作為具有較強(qiáng)生活性的一門學(xué)科，通過(guò)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，通常能夠使學(xué)生更好的理解與掌握實(shí)際生活中存有的物理現(xiàn)象.高中物理的內(nèi)容中，力學(xué)通常是重點(diǎn)，不論是課程的安排，還是考試中的占比，都能體現(xiàn)出該知識(shí)點(diǎn).在對(duì)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解決時(shí)，常規(guī)思路就是與已知條件相結(jié)合分析受力情況，明確物體的實(shí)際受力狀況，以形成構(gòu)造力學(xué)的等式，也就是隔離法處理，對(duì)于部分的物理問(wèn)題而言，物理受力的狀況通常極為復(fù)雜，若拆分了受力系統(tǒng)，就會(huì)造成相應(yīng)的干擾項(xiàng)，并影響到學(xué)生自身的判斷，因此，在處理相關(guān)物理問(wèn)題的時(shí)候，需試著將系統(tǒng)看作成整體，也就是整體法.因此，高中物理的課堂教學(xué)中，教師需注重整體法與隔離法的滲透，以促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展以及解題過(guò)程的優(yōu)化.

1 整體法與隔離法概述

1.1 整體法

1.1.1 整體法內(nèi)涵

整體法主要是將幾個(gè)物體當(dāng)做是個(gè)整體，或者將看著有明顯的不同特點(diǎn)與性質(zhì)的物理過(guò)程當(dāng)做整體進(jìn)行處理.對(duì)于整體法而言，是高中物理教學(xué)中常用的基本方法，也是研究物理教學(xué)整體系統(tǒng)或過(guò)程開展的分析與研究方法.力學(xué)的學(xué)習(xí)中，則是將幾個(gè)物體當(dāng)做成一個(gè)整體，將當(dāng)做研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，只是對(duì)整體對(duì)象以外的物體對(duì)于整體呈現(xiàn)的作用力(外力)進(jìn)行分析，而不用考慮其內(nèi)部中的互相作用力(內(nèi)力).

1.1.2 整體法選用原則

整體法的運(yùn)用不是很廣泛，并非所有平衡問(wèn)題與動(dòng)力學(xué)都能通過(guò)整體法進(jìn)行研究.通常來(lái)說(shuō)，求解問(wèn)題符合下述幾種情況的時(shí)候，則能通過(guò)整體法運(yùn)用原則：(1)相同性質(zhì)物體作為研究對(duì)象來(lái)解決物理問(wèn)題.(2)不受到其他細(xì)節(jié)干擾，系統(tǒng)的解決單一物理問(wèn)題.(3)運(yùn)用物理規(guī)律解釋應(yīng)用系統(tǒng)問(wèn)題，如整體受力分析、動(dòng)量定理、機(jī)械能量守恒定律等.(4)涉及到多個(gè)物體或多個(gè)過(guò)程作為一個(gè)整體來(lái)研究，一般采用整體法，例如：平衡狀態(tài)需要系統(tǒng)分析外力，而非系統(tǒng)內(nèi)部各種物體之間的互相作用，也就是內(nèi)力；突出主要的矛盾，也就是研究的外力，并避開其次要矛盾，也就是系統(tǒng)內(nèi)力.其優(yōu)點(diǎn)是幫學(xué)生理清一個(gè)系統(tǒng)完整的受力情況，及整個(gè)運(yùn)用過(guò)程，從整體視角出發(fā)揭示事物的變化規(guī)律.避免中間過(guò)程的復(fù)雜分析，有利于更準(zhǔn)確解決物理問(wèn)題.

1.1.3 整體法解題的步驟

(1)將研究對(duì)象看做一個(gè)整體，對(duì)整個(gè)受力分析，避免分析系統(tǒng)內(nèi)部之間的力；

(2)分析除整體以外的物體，對(duì)整體所施加的作用力，或者對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程實(shí)施分析；

(3)建立多種思維模式，體現(xiàn)一種綜合性思維，重視知識(shí)的綜合和思維組合，整體思維不僅建立在理論性較強(qiáng)，具有較高的物理研究?jī)r(jià)值，還需要運(yùn)用整體思維研究分析.

1.2 隔離法

1.2.1 隔離法內(nèi)涵

隔離法主要指把研究對(duì)象由周圍環(huán)境當(dāng)中隔離出來(lái)實(shí)施單獨(dú)研究，該研究對(duì)象既能是個(gè)物體，也能是物體的某個(gè)部分，廣義上講，隔離法還包含了將物理過(guò)程由整個(gè)過(guò)程隔離.同時(shí)，隔離法還是指對(duì)物理問(wèn)題當(dāng)中單個(gè)物體或者單個(gè)過(guò)程實(shí)施分析與研究的一種方法，將其運(yùn)用于力學(xué)中，則是將分析的物體由有關(guān)物體體系當(dāng)中隔離，將其當(dāng)作研究對(duì)象，分析研究對(duì)象之外的物體對(duì)于該對(duì)象形成的作用力，而不考慮具體研究對(duì)象對(duì)于其他的物體形成的作用力.

1.2.2 隔離法選用原則

隔離法的應(yīng)用通常較為廣泛，大部分是力學(xué)問(wèn)題，將研究對(duì)象從系統(tǒng)中隔離出來(lái)系統(tǒng)分析，或是將研究過(guò)程從整體過(guò)程中隔離出來(lái)分析.通常物理模型運(yùn)用到隔離法可以有效解決教學(xué)難題，但是由于復(fù)雜且繁瑣的計(jì)算過(guò)程，為解題帶來(lái)不小的難度.為此，在選用隔離法解決物理模式時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)原則.(1)將某個(gè)過(guò)程從整體過(guò)程中分離出來(lái)，如果求解目標(biāo)是某一個(gè)過(guò)程中間的物理量，從這個(gè)狀態(tài)中提取后分析.(2)求解目標(biāo)當(dāng)中某個(gè)運(yùn)動(dòng)物體出現(xiàn)的變化.(3)研究系統(tǒng)內(nèi)部物體之間存在相互作用，求解系統(tǒng)當(dāng)中某個(gè)具體運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

1.2.3 隔離法解題的步驟

(1)研究對(duì)象從周圍環(huán)境中隔離出來(lái)單獨(dú)分析，這個(gè)研究對(duì)象可以是物體，也可以是物體的一部分.

(2)將一個(gè)物理過(guò)程從其過(guò)程中全部隔離出來(lái).

(3)求解對(duì)象之間計(jì)算內(nèi)力或者加速度，優(yōu)先選擇隔離法.

(4)挖掘已知的物理量與未知的物理量的隱含關(guān)系，并選擇相應(yīng)的物理規(guī)律，列出對(duì)應(yīng)的方程并加以求解.其運(yùn)用優(yōu)點(diǎn)是容易看清單一物體的運(yùn)動(dòng)情況，清楚了解每個(gè)物體在每段過(guò)程里的運(yùn)動(dòng)狀況.利于將復(fù)雜的物理題目簡(jiǎn)單化、單一化.與此同時(shí)，隔離法在教學(xué)中便于學(xué)生掌握，適合物理知識(shí)初學(xué)者應(yīng)用.

2 整體法和隔離法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用策略

2.1 多物體整體

單一物體形成的系統(tǒng)，可以根據(jù)牛頓第二定律寫為F=ma，而兩個(gè)或者兩個(gè)以上的物體形成的系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中各物體加速度各不相同，牛頓第二定律依然適用，即能寫為：F=m1a1+m2a2+m3a3+m4a4…+mnan.

2.1.1 應(yīng)用于平衡狀態(tài)中

例如，如圖1可知，質(zhì)量分別是m1、m2的兩個(gè)物體經(jīng)過(guò)輕質(zhì)彈簧進(jìn)行連接，通過(guò)力F的作用，沿著水平方向進(jìn)行勻速直線的運(yùn)動(dòng)，且m1在地面，而m2在空中，同時(shí)力F和水平方向呈現(xiàn)θ角，那么，m1所受到的支持力FN與摩擦力f是正確關(guān)系的為( ).

圖1

A.FN=m1g+m2g-Fsinθ

B.FN=m1g+m2g-Fcosθ

C.f=Fcosθ

D.f=Fsinθ

解析本題解題法為整體法.答案：AC

2.1.2 應(yīng)用于牛頓運(yùn)動(dòng)定律中

例如，如圖2可知，光滑的水平面上放著質(zhì)量是m與2m的四塊木塊，其中，由兩個(gè)的質(zhì)量是m的木塊中間通過(guò)不能伸長(zhǎng)的輕繩進(jìn)行連接，且木塊之間最大的靜摩擦力是μmg，現(xiàn)在通過(guò)水平拉力F拉一個(gè)質(zhì)量是2m的木塊，將四個(gè)木塊通過(guò)相同速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，輕繩對(duì)m的拉力最大是( ).

圖2

A.3μmg/5 B.3μmg/4 C.3μmg/2 D.3μmg

答案：B

2.2 多過(guò)程整體

在遇到物理習(xí)題中涉及到多個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的題型，應(yīng)當(dāng)采用隔離法先拆分過(guò)程，就能找出其遵循的規(guī)律，如機(jī)械能守恒、動(dòng)量守恒的定律，因此，教師可引導(dǎo)學(xué)生將其視為一個(gè)整體，一次性列出方程解答，這樣能夠省略中間過(guò)程，而且還能防止解很多的方程，以促使學(xué)生的解題效率與速度得到切實(shí)提高.

例如，質(zhì)量是M、內(nèi)壁間距是L的箱子處于光滑的水平面，箱子的中間有個(gè)質(zhì)量是m的小物塊，箱子地板與小物塊之間的動(dòng)摩擦是μ，在初始時(shí)候，小物塊停留于箱子的正中間，如圖3，現(xiàn)給出小物塊水平朝右的初速度是v，小物塊和箱壁經(jīng)過(guò)N次碰撞后，又會(huì)回到箱子的正中間，與箱子呈相對(duì)靜止.假設(shè)碰撞都存有彈性，在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)所損失掉的動(dòng)能是( ).

圖3

A.mv2/2 B.(mM)/2(m+M)v2

C.NμmgL/2 D.NμmgL

將N次的碰撞看作為整體，在具體解題的時(shí)候，就不需要考慮中間的碰撞細(xì)節(jié)，只有找出系統(tǒng)化初、末的狀態(tài)，就能有效簡(jiǎn)化問(wèn)題.答案：BD.

3 整體法與隔離法運(yùn)用的應(yīng)用要點(diǎn)

在處理物理問(wèn)題是，不能孤立看待整體法或隔離法，兩者在解題思路上看似相互相對(duì)立，但又形成統(tǒng)一關(guān)系，由實(shí)際問(wèn)題的具體情況作為出發(fā)點(diǎn)，靈活的選擇研究對(duì)象，合理的選擇應(yīng)用的方法.大部分題目都要求綜合運(yùn)用兩種方法，實(shí)際應(yīng)用順序也比較固定，也就是求取外力的時(shí)候，先隔離再整體；求取內(nèi)力的時(shí)候，則是先整體，再隔離，不論是哪種，都是為了求解出共同加速度.

綜上所述，整體法更加注重對(duì)整體系統(tǒng)和外界環(huán)境的相互作用進(jìn)行分析，而忽視了系統(tǒng)內(nèi)的物體見互相作用的關(guān)系，這種處理問(wèn)題，能夠更直觀的看出物理量的關(guān)系，但卻無(wú)法理清楚系統(tǒng)中物體內(nèi)部的作用關(guān)系.以此為基礎(chǔ)，就能通過(guò)隔離法進(jìn)行問(wèn)題解決，通過(guò)整體法進(jìn)行補(bǔ)充，因此，在物理問(wèn)題的解決時(shí)，如物理試題是求取外力，則優(yōu)先選擇整體法；如物理試題是求取內(nèi)力，則需優(yōu)先選擇隔離法，從而使學(xué)生實(shí)現(xiàn)高效解題.