高中物理解題中整體法的應(yīng)用研究

劉 青

(薛城區(qū)實(shí)驗(yàn)高中,山東 棗莊 277000)

整體法指的是對物理問題中的整個(gè)系統(tǒng)或者整個(gè)過程展開分析與研究的一種解題方法,有著極為廣泛的運(yùn)用.在高中物理解題教學(xué)中,整體法適用范圍較大,能夠用來解決多類物理試題.教師在解題訓(xùn)練中應(yīng)積極開設(shè)專題訓(xùn)練活動(dòng),著重講解整體法的基本步驟與注意事項(xiàng),通過解題實(shí)例為學(xué)生提供應(yīng)用整體法的機(jī)會(huì),可以根據(jù)題目實(shí)際情況靈活運(yùn)用整體法,讓他們學(xué)會(huì)正確選擇整體研究對象,巧妙解答疑難試題,不斷提高自身的解題水平.

1 有效應(yīng)用整體法,解決物理平衡試題

平衡類試題作為高中物體解題訓(xùn)練中比較重要的一個(gè)題型,關(guān)鍵之處在于對研究對象的恰當(dāng)選擇,通過分析受力情況及平衡關(guān)系找到方程關(guān)系.當(dāng)對研究對象進(jìn)行選擇時(shí),可有效應(yīng)用整體法,促進(jìn)對題意的把握.高中物理教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生整體分析研究對象的受力情況,以此降低構(gòu)建物理平衡方程的復(fù)雜度與難度,幫助他們順暢、輕松地解決物理平衡類試題[1].

例1如圖1所示,一個(gè)三角形斜劈B緊靠墻壁放置,把物體A放置到B上面,一開始A、B都是靜止?fàn)顟B(tài),某個(gè)時(shí)刻使用力F沿著斜面方向往上推A,不過A、B都沒有動(dòng),那么施加力F后,下列說法正確的為( ).

圖1 例1題圖

A.A、B之間產(chǎn)生的摩擦力肯定增大

B.B與墻壁之間可能沒有摩擦力

C.B與墻壁之間產(chǎn)生的彈力可能不發(fā)生變化

D.B與墻壁之間產(chǎn)生的彈力增大

分析解決本題時(shí),可以將A、B當(dāng)作一個(gè)整體對象來看待進(jìn)行分析,以此減少研究對象,降低試題難度.

詳解在一開始時(shí),要物體A受力情況進(jìn)行分析,其同時(shí)受到重力、B物體支持力以及B物體與A物體之間的靜摩擦力f=mgsinα的影響,因?yàn)槭庆o止?fàn)顟B(tài),所以當(dāng)施加力F以后,假如F=2mgsinα,則繼續(xù)保持靜止,而且AB物體之間的摩擦力為mgsinα,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;把A、B兩個(gè)物體視為整體展開分析,開始時(shí),彈簧彈力和A、B兩個(gè)物體的重力大小一樣,B與墻壁之間沒有摩擦,當(dāng)施加力F以后,A、B依然處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧的彈力大小不發(fā)生變化,不過A、B兩個(gè)物體會(huì)受到力F的作用,故B物體會(huì)受到墻壁之間產(chǎn)生摩擦力Fsinα的作用,方向則是豎直向下;綜合起來,只有D選項(xiàng)的說法正確.

2 有效應(yīng)用整體法,解決連接體類試題

在高中物理教學(xué)實(shí)踐中,用輕繩、輕桿、彈簧等把物體連接起來這類試題即為連接體類題目,因?yàn)檫B接體的整體和局部為統(tǒng)一關(guān)系,所以解答這類題目時(shí)自然能夠采用整體法.將題目中出現(xiàn)的這些研究對象當(dāng)作一個(gè)整體,運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)展開分析,獲得一些參數(shù),并研究和計(jì)算出連接體內(nèi)與這些對象有關(guān)的實(shí)際參數(shù),最終能夠順利、準(zhǔn)確求得結(jié)果[2].

例2如圖2所示,通過一根輕繩把完全一樣的兩個(gè)物體m1和m2連接到一起,放置一個(gè)斜面上面,然后施加恒力F,使這兩個(gè)物體沿斜面作勻加速直線運(yùn)動(dòng),那么下列關(guān)于輕繩拉力說法正確的有( ).

圖2 例2題圖

A.同斜面傾角θ的大小存在聯(lián)系

B.與物體、斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ有所關(guān)聯(lián)

C.只同物體m1的質(zhì)量有所關(guān)聯(lián)

D.如果恒力F沿著斜面往下拉連接體,那么輕繩拉力與傾斜角θ、動(dòng)摩擦因數(shù)μ均沒有關(guān)聯(lián)

分析當(dāng)恒力F沿著斜面往上拉連接體時(shí),應(yīng)把連接體m1與m2視為一個(gè)整體來看待,并根據(jù)加速度、牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分析和求解.

詳解把連接體m1及m2視為整體,設(shè)加速度是a,則F-(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=(m1+m2)a;

以物體m2視為研究對象,設(shè)輕繩拉力大小為T,則T-m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a;

以此類推,當(dāng)恒力F沿著斜面往下拉連接體時(shí),

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

T′+m1gsinθ-μm1gcosθ=m1a′,

綜合起來,只有D正確.

3 有效應(yīng)用整體法,解決相對運(yùn)動(dòng)試題

在高中物理解題教學(xué)中,相對運(yùn)動(dòng)是一類難度相對較大的題目,雖然解答這類試題有多種思路,但是只有真正理清題意才會(huì)少走彎路,找到最合適的解題方案,提升整體解題效率.因此,高中物理教師在解題訓(xùn)練中,指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用整體法處理相對運(yùn)動(dòng)類題目時(shí),可以提示他們將整個(gè)運(yùn)動(dòng)看成整體,并從能量視角展開分析,使其能夠快速、準(zhǔn)確地完成解題[3].

分析這里要用到整體法,其中第(1)問可把物體與木板視為一個(gè)整體,第(2)問將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程視作整體進(jìn)行研究.

圖3 例3題圖

詳解(1)把物體與木板當(dāng)作一個(gè)整體,結(jié)合動(dòng)能定理可得

代入相關(guān)數(shù)據(jù)后求得v0=3 m/s;

(2)該木板和小擋板兩者之間會(huì)不間斷地進(jìn)行碰撞,物體則一直在這個(gè)木板上往下運(yùn)動(dòng),當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)能量被消耗完,木板最終才會(huì)停置小擋板出,物體則停置這個(gè)木板的最右端,因?yàn)樵撃景搴托醢逯g碰撞前后能量保持守恒,那么把這個(gè)過程視為整體,根據(jù)能量守恒定律能夠得到

μmgscosθ=mgLsinθ+mgsinθ(L+s)

代入相關(guān)數(shù)據(jù)后求得s=9 m.

4 有效應(yīng)用整體法,解決動(dòng)態(tài)電路試題

動(dòng)態(tài)電路為高考物理中的?？键c(diǎn)之一,處理這類試題時(shí)有效應(yīng)用整體法,能夠順暢突破一些難題障礙.具體來說,高中物理教師在解題訓(xùn)練中,可以引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用整體法來解決動(dòng)態(tài)電路類試題,結(jié)合整體法明確電路中一些參數(shù)的整體變化情形,使其借助相關(guān)電學(xué)知識(shí)確定參數(shù)之間的關(guān)系,或者列出相應(yīng)式子,讓他們通過計(jì)算確定一些參數(shù)發(fā)生的變化情況[4].

例4如圖4所示,在一個(gè)電路中,R1、R2、R3定值電阻,且大小都是R,滑動(dòng)變阻器的大小范圍為0～2R,電源電動(dòng)為E,內(nèi)阻為r,當(dāng)滑片P移動(dòng)時(shí),以下說法正確的有( ).

圖4 例4題圖

A.a→b,電流表A的示數(shù)增大

B.a→b,電壓表V的示數(shù)增大

C.a→b,R1消耗的電功率變大

D.b→a,滑動(dòng)變阻器的電功率先變大再減小

分析本題中涉及電器元件較多,運(yùn)用整體法時(shí),可根據(jù)不同選項(xiàng)選擇合適電器元件當(dāng)作整體進(jìn)行研究.

在高中物理解題教學(xué)活動(dòng)中,教師需深刻認(rèn)識(shí)到整體法的功能和作用.圍繞整體法專門安排專項(xiàng)解題訓(xùn)練,引領(lǐng)學(xué)生根據(jù)解題的實(shí)際需求靈活應(yīng)用整體法,精準(zhǔn)找到解題的切入點(diǎn),使其通過反復(fù)訓(xùn)練掌握整體法的使用方法與技巧,慢慢提升他們的解題水平與物理素養(yǎng).