高中物理應(yīng)用整體法解題的研究

陳慶濤

(甘肅省慶陽(yáng)第一中學(xué),甘肅 慶陽(yáng) 745000)

解題方法的正確選擇通常是解決相關(guān)物理問(wèn)題的重中之重,而整體法作為極其重要的一種解題方法,其可以使物理問(wèn)題得到有效簡(jiǎn)化,在促進(jìn)解題效率提高的同時(shí),實(shí)現(xiàn)解題時(shí)間的縮短.通過(guò)對(duì)以前的物理試題加以分析可知,整體法已成了當(dāng)前考查的熱點(diǎn),也成為學(xué)生解決難點(diǎn)問(wèn)題的重要方法.因此,高中物理的解題教學(xué)中,教師需注重講解整體法,這不僅可以使學(xué)生立足于整體,呈現(xiàn)出事物的變化規(guī)律及其本質(zhì),有效避開(kāi)解題中的繁瑣推理,實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的高效解決,而且還能使學(xué)生在進(jìn)行問(wèn)題思考與解決的時(shí)候,不再局限于局部,更多地是站在整體的角度,全面地分析問(wèn)題,以提高學(xué)生分析與解決物理問(wèn)題的能力.

1 整體法及其選用原則概述

1.1 整體法內(nèi)涵

高中物理解題中,可以將系列的運(yùn)動(dòng)全過(guò)程看作為整體,也能將存在關(guān)聯(lián)的對(duì)象看作為整體,即整體法就是由個(gè)體至全局的一種解析思路,最重要的就是理解到物理現(xiàn)象存在的本質(zhì),接著,將其重新組合為存在關(guān)聯(lián)的物體,依據(jù)整體能量變化、動(dòng)量變化及其受到外力的狀況,列出相應(yīng)的方程式,以實(shí)現(xiàn)物理問(wèn)題有效解決的目的.同時(shí),因?yàn)檎w法是站在全局的角度來(lái)看待問(wèn)題的,所以,其忽視了系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)物體之間存在的相互作用即機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的細(xì)節(jié),這就會(huì)減少整個(gè)運(yùn)算量,把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,從而促進(jìn)解題效率的提高.

1.2 整體法的選用原則

目前,高中物理解題中,整體法的運(yùn)用還不是很多,并不是所有與平衡有關(guān)的問(wèn)題都能運(yùn)用整體法解決,一般來(lái)說(shuō),滿足以下條件的可運(yùn)用整體法加以解決:第一,求取的物理量?jī)H是與研究系統(tǒng)有關(guān),而與系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)細(xì)節(jié)無(wú)關(guān);第二,求取的物理量涉及到整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程,但與某個(gè)時(shí)段運(yùn)動(dòng)的過(guò)程無(wú)關(guān);第三,通過(guò)系統(tǒng)化的物理規(guī)律解決物理問(wèn)題,類似于動(dòng)能定理、機(jī)械守恒定律等;第四,系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)物體的加速度都是相同的,類似于平衡狀態(tài),以及需加以分析的系統(tǒng)外的力,也就是外力,而非系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)物體間存在的相互作用,即內(nèi)力;凸顯出主要矛盾,即研究的外力,避開(kāi)次要矛盾,即系統(tǒng)內(nèi)力[1].

2 應(yīng)用整體法解決物理問(wèn)題的思路

高中物理解題中,運(yùn)用整體法的思路具體為:第一,確定具體的研究對(duì)象,需與試題中的情境相結(jié)合,實(shí)施科學(xué)選擇,主要就是選擇和周圍環(huán)境存在關(guān)聯(lián),且已知條件相對(duì)較多的,當(dāng)面對(duì)相對(duì)復(fù)雜的物理問(wèn)題時(shí),需關(guān)注到物體各個(gè)部分存在的制約,并分離出多個(gè)對(duì)象,才能實(shí)現(xiàn)物理問(wèn)題的有效解決;第二,物理問(wèn)題解決的關(guān)鍵是對(duì)受力點(diǎn)開(kāi)展受力分析.常規(guī)來(lái)說(shuō),可先對(duì)電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力實(shí)施分析,接著,分析彈力、摩擦力等接觸力,最后再對(duì)其他別的力實(shí)施分析,或者是采取先進(jìn)行重力分析,再進(jìn)行彈力、摩擦力分析,然后再對(duì)其他力加以分析,經(jīng)過(guò)該順序,對(duì)物體實(shí)際受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析.通過(guò)這一順序加以分析的主要目的是防止多力、少力或者弄錯(cuò)力的方向[2].第三,依據(jù)受力分析狀況以及研究對(duì)象的具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程,與定律相結(jié)合,獲得物體受力平衡的平衡方程、動(dòng)量守恒的方程或者是能量守恒的方程,然后聯(lián)立公式加以計(jì)算,就能夠求出相應(yīng)的物理量,或者是判斷出物體的具體運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

3 高中物理應(yīng)用整體法解題的策略

3.1 整體法應(yīng)用于解答受力分析題

受力分析屬于高中物理教學(xué)中的一種基礎(chǔ)知識(shí),想要使學(xué)生充分掌握分析受力情況的技巧,提高學(xué)生分析受力情況的效率,教師就需要引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用整體法進(jìn)行受力分析相關(guān)試題的解答,以便于學(xué)生深刻感受到整體法在解題中的便利,并實(shí)現(xiàn)解題效率的提高.

例1如圖1所示,在大磅秤上放一個(gè)大的木箱,在箱子內(nèi)放個(gè)小的磅秤,一個(gè)人站到小磅秤上,在某個(gè)時(shí)刻,其用力朝上推箱的頂部,人與其他物體都處于靜止?fàn)顟B(tài),那么,兩磅秤的示數(shù)為( ).

圖1 例1題圖

A.小磅秤與大磅秤的示數(shù)同時(shí)增大

B.小磅秤的示數(shù)明顯增大,大磅秤的示數(shù)則不變

C.小磅秤的示數(shù)明顯增大,大磅秤的示數(shù)明顯減小

D.小磅秤的示數(shù)保持不變,大磅秤的示數(shù)明顯增大

本題主要對(duì)學(xué)生分析受力情況進(jìn)行考查,分析受力的時(shí)候,通常需運(yùn)用整體法,以實(shí)現(xiàn)整體和局部之間的關(guān)系有效處理.在對(duì)大磅秤的示數(shù)進(jìn)行分析時(shí),則是把人、木箱、小磅秤看作為整體,人推木箱的頂部,可以不考慮其內(nèi)部力,所以,大磅秤的示數(shù)通常是不會(huì)有變化的,將人作為研究對(duì)象,向上推木箱,則會(huì)形成木箱反作用力,這就會(huì)使小磅秤壓力增加,所以,小磅秤的示數(shù)會(huì)明顯增大,由此可知,運(yùn)用整體法進(jìn)行受力分析,則能得出正確的答案B.

3.2 整體法應(yīng)用于多次作用題

與物體的多次作用有關(guān)的試題,其過(guò)程通常是十分復(fù)雜的.如果在解題時(shí)采取的解題方法錯(cuò)誤,不僅會(huì)使計(jì)算過(guò)程十分繁瑣,而且還極容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,而整體法的運(yùn)用,整個(gè)教學(xué)過(guò)程以及解題步驟就會(huì)變得更加簡(jiǎn)單,可以使學(xué)生在解題時(shí),少走彎路,并引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)整體法對(duì)多次作用題進(jìn)行分析,以深化學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的理解與掌握,并促進(jìn)學(xué)生解題水平的提高[3].

例2如圖2,光滑水平面上放了相等質(zhì)量的5個(gè)物塊,每個(gè)物塊之間間隔相應(yīng)的距離,并排列成一條直線,第1個(gè)物塊的初動(dòng)能是E0,將其依次和4個(gè)物塊產(chǎn)生碰撞,在每次碰撞之后,就不會(huì)分開(kāi),最后,把5個(gè)物塊連成整體,那么,這個(gè)整體的動(dòng)能是( ).

圖2 例2題圖

解決本題,需分別考慮到每次的碰撞過(guò)程,需多次運(yùn)用動(dòng)量守恒定律,其解決過(guò)程通常十分繁瑣,而通過(guò)整體法的合理運(yùn)用,則能把5個(gè)物塊看作成整體,只要經(jīng)過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程,就能計(jì)算出正確答案是C.

3.3 整體法應(yīng)用于平衡類試題

高中物理平衡類試題一般涉及到多個(gè)力和多個(gè)物體間的相互作用,從問(wèn)題平衡的整體入手,往往能夠化繁為簡(jiǎn),快速地找到平衡條件[4].其中,在對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行選擇時(shí),可將幾個(gè)單個(gè)物體看作是一個(gè)整體,然后分析其受力情況,簡(jiǎn)單、高效地解決問(wèn)題.

例3一個(gè)直角三角形物體B下端與彈簧相連,一條直角邊緊靠墻壁,一個(gè)正方形物體A靜置于B上,物體A、B以及彈簧處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)在給物體A施加一個(gè)沿斜面的方向的力F,如圖3所示,此時(shí),物體A、B以及彈簧仍處于靜止?fàn)顟B(tài),則這時(shí)關(guān)于物體受力的判斷正確的是( ).

圖3 例3題圖

A.物體A與B之間的摩擦力變大

B.墻面與物體B之間可能沒(méi)有摩擦力

C.B與墻之間的彈力可能是不變的

D.B與墻之間的摩擦力變大

將物體A、B看作一個(gè)整體,未加力F之前,物體重力等于彈簧彈力,物體與墻面之間沒(méi)有力的作用,當(dāng)A、B組成的整體受到力F作用后,物體A、B以及彈簧仍處于靜止?fàn)顟B(tài),說(shuō)明彈簧彈力不變,物體B與墻面的彈力增大,摩擦力也增大,因此正確答案為D.

3.4 整體法應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)過(guò)程類試題

高中物理的解題過(guò)程,學(xué)生能夠正確、高效分析出物體運(yùn)動(dòng)的情況,是其學(xué)習(xí)與掌握物理知識(shí)所必備的一種能力,而力則會(huì)使物體的整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)相應(yīng)的變化,在實(shí)際運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,通常體現(xiàn)了3種類型,也就是單個(gè)物體產(chǎn)生的單段運(yùn)動(dòng)、多個(gè)物體產(chǎn)生多段運(yùn)動(dòng)、單個(gè)物體產(chǎn)生多段運(yùn)動(dòng),可以通過(guò)整體法分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.

3.5 整體法應(yīng)用于電路類試題

動(dòng)態(tài)的電路分析通常是高中物理中常見(jiàn)的考查內(nèi)容,在對(duì)相關(guān)試題進(jìn)行解答的時(shí)候,通過(guò)整體法的合理運(yùn)用,可實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的有效解決.

例4如圖4所示電路,電源(電動(dòng)勢(shì)E,內(nèi)阻r),三個(gè)阻值為R的定值電阻分別為R1、R2、R3,滑動(dòng)變阻器接入電路的有效阻值為0-2R,當(dāng)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片時(shí),下列說(shuō)法正確的是( ).

圖4 例4題圖

A.b→a時(shí),電流表的示數(shù)會(huì)逐漸變大

B.a→b時(shí),電壓表的示數(shù)會(huì)逐漸變大

C.a→b時(shí),定值電阻R1消耗的電功率會(huì)逐漸增大

D.b→a時(shí),滑動(dòng)變阻器的電功率先增大,然后變小

答案:D

綜上,整體法是解決物理綜合題的一種有效解決方法,在高中物理的解題教學(xué)當(dāng)中,發(fā)揮了重要作用.因此,在具體教學(xué)時(shí),物理教師需注重整體法的科學(xué)、系統(tǒng)講解,提供給學(xué)生相對(duì)簡(jiǎn)單的思維方式,從而使學(xué)生分析與解決物理問(wèn)題的能力得到明顯的提高,同時(shí)促使學(xué)生形成站在宏觀的視角來(lái)看待問(wèn)題的素養(yǎng).