高中物理解題中定式思維的危害例題分析

摘要：定式思維是指人們?cè)诮鉀Q問題時(shí)受到先入為主的觀念、習(xí)慣或固有的思維模式的影響，導(dǎo)致思維僵化.在高中物理中，定勢(shì)思維會(huì)對(duì)學(xué)生的解題能力產(chǎn)生很大影響.文章從“質(zhì)點(diǎn)”“摩擦力”“彈力”“恒力”幾個(gè)常見的解題誤區(qū)，分析了定式思維對(duì)高中物理帶來的負(fù)面影響.

關(guān)鍵詞：高中物理；定勢(shì)思維；解題

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）28-0120-03

定式思維，又稱為固化思維或慣性思維，是一種思考模式，它讓學(xué)生傾向于用固定和傳統(tǒng)的方式來解決問題，而忽視可能存在的其他解決方案[1].這種思維方式通常源于過去的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，使學(xué)生在處理問題時(shí)有一種“按部就班”的傾向.盡管定式思維在某些情況下可以幫助我們快速有效地解決問題，但在許多情況下，它可能限制思考，阻礙創(chuàng)新，導(dǎo)致無法尋找到最佳或更有效的解決方案[2].依賴定式思維來解決問題，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生得出錯(cuò)誤的答案或者對(duì)問題的理解出現(xiàn)偏差.文章結(jié)合實(shí)例，分析高中物理學(xué)習(xí)中定式思維對(duì)學(xué)生解題帶來的危害.

1定式思維之“質(zhì)點(diǎn)”

例1光滑斜面上放置有一個(gè)長(zhǎng)度為2 m的均質(zhì)金屬鏈條，該金屬鏈條有一半長(zhǎng)度豎直掛在空中，另一半位于傾角30°的斜坡上，斜坡頂部是一個(gè)微小的圓弧形，鏈條從靜止?fàn)顟B(tài)開始釋放并沿斜坡向上滑動(dòng).請(qǐng)問當(dāng)鏈條完全滑離斜坡時(shí)的速度是（g取10 m/s2）（） .

A.2.5 m/sB.522 m/s

C.5 m/sD.352 m/s

解析設(shè)鏈條的質(zhì)量為2m，長(zhǎng)度為2L，以開始時(shí)鏈條的最高點(diǎn)為零勢(shì)能面，初始狀態(tài)下，鏈條的機(jī)械能為E=Ep+Ek=-mgL2·sinθ-mgL2+0=-34mgL，

鏈條全部滑出后，動(dòng)能為E′k=12·2mv2，重力勢(shì)能為E′p=-2mgL.由機(jī)械能守恒定律可得E=E′k+E′p，即-34mgL=12·2mv2-2mgL，解得v＝522 m/s.故選項(xiàng)B正確.

點(diǎn)評(píng)在高中物理學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想化的概念，主要用于簡(jiǎn)化問題和方便計(jì)算.質(zhì)點(diǎn)被定義為一個(gè)只具有質(zhì)量而無體積的點(diǎn).這意味著我們可以忽略物體的形狀、大小和旋轉(zhuǎn)等因素，只關(guān)注其質(zhì)量和運(yùn)動(dòng).這樣在處理一些復(fù)雜的物理問題時(shí)，可以將其簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問題，使得問題的解決變得更為直觀和簡(jiǎn)單.但在某些情況下，這種“質(zhì)點(diǎn)”思維，會(huì)讓我們的解題陷入困境.如果以這種定式思維去回答問題，解答往往無法得出正確答案.在該題中，如果將鐵鏈視為“質(zhì)點(diǎn)”，將無法正確找到“鏈條完全滑離斜坡時(shí)”和初始狀態(tài)發(fā)生的變化.

2定式思維之“摩擦力的大小是恒定的”

例2如圖2所示，在一個(gè)水平的地面上，一個(gè)物體在一個(gè)水平力F的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng).從t=0時(shí)刻開始，水平力F的大小開始隨時(shí)間均勻減小，直到t1時(shí)刻，F(xiàn)減為零.則物體所受的摩擦力Ff隨時(shí)間t的變化圖像可能正確的是（）.

解析由題意可知，摩擦力變化有兩種可能：一是當(dāng)拉力減至0時(shí)，物體仍處于滑動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)物體所受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小不會(huì)發(fā)生變化，因此A選項(xiàng)正確；二是拉力F還未減至0時(shí)，物體已經(jīng)保持靜止，則在拉力逐漸減至0的過程中，物體會(huì)先受到滑動(dòng)摩擦力的作用，然后滑動(dòng)摩擦力變?yōu)殪o摩擦力.在物體受到滑動(dòng)摩擦力的時(shí)間內(nèi)，物體的摩擦力大小不發(fā)生變化，但在物體受到靜摩擦力的時(shí)間內(nèi)，摩擦力的大小和拉力的大小是相等的，會(huì)逐漸變小，因此D選項(xiàng)正確.

點(diǎn)評(píng)定式思維，認(rèn)為摩擦力的大小是固定不變的，忽略靜摩擦力這一情況.

3定式思維之“兩個(gè)粗糙的物體接觸，一定會(huì)產(chǎn)生摩擦力”

例3如圖3所示，一個(gè)質(zhì)量為m的物體A在一個(gè)傾角為α的斜面上恰好能勻速下滑.現(xiàn)在我們用一個(gè)大小為F的力推動(dòng)物體A，使其在斜面上加速下滑，而斜面保持不動(dòng).已知該力與水平方向夾角為θ，重力加速度為g.下列關(guān)于斜面體受到地面摩擦力的說法正確的是（） .

A.方向水平向右，大小為mgcosαsinα

B.方向水平向左，大小為mgcosαsinα

C.方向水平向左，大小為Fcosθ

D.大小為0

解析以物體A為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行受力分析，當(dāng)物體勻速下滑時(shí)，受到重力、支持力和滑動(dòng)摩擦力三個(gè)作用力且支持力和摩擦力的合力跟重力的大小相等，因此，斜面對(duì)物體A施加豎直向上的作用力.根據(jù)牛頓第三定律，物體A對(duì)斜面體的作用力為豎直向下.當(dāng)施加推力F時(shí)，物體A所受到的斜面對(duì)其的支持力會(huì)增大，因此滑動(dòng)摩擦力也會(huì)增大，但是兩者的合力方向仍為豎直向上，即物體A對(duì)斜面體的作用力仍為豎直向下，僅僅是數(shù)值變大，因此，斜面體沒有相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，不受到地面的摩擦力，選項(xiàng)D正確.

點(diǎn)評(píng)思維定式，認(rèn)為物體和粗糙的地面接觸，必然會(huì)產(chǎn)生摩擦力.產(chǎn)生該定式思維的原因是學(xué)生在做過的摩擦力練習(xí)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)物體在粗糙地面滑動(dòng)的類型，此時(shí)物體均受到了地面對(duì)其施加的摩擦力.另一個(gè)思維定式是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用“整體法”，木塊疊加的常用方法，但忽略了該系統(tǒng)中的兩個(gè)物塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一致.

4定式思維之“彈力方向一定沿著桿”

例4如圖4所示，在一個(gè)水平面上有一輛小車，小車上有一個(gè)支架，該支架由一個(gè)斜桿和一個(gè)豎直桿組成，兩桿之間的角度為θ.斜桿的下端固定著一個(gè)質(zhì)量為m的小球，重力加速度為g.現(xiàn)在，小車以a的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng).關(guān)于桿對(duì)小球的彈力，以下說法正確的是（） .

A.桿對(duì)小球的彈力一定豎直向上

B.桿對(duì)小球的彈力一定沿桿向上

C.桿對(duì)小球的彈力大小為mg

D.桿對(duì)小球的彈力大小為F＝（mg）2＋（ma）2

解析對(duì)小球受力分析如圖5，由圖可知，當(dāng)a大小變化時(shí)，桿上的彈力與豎直方向夾角變化，方向不一定沿桿，但一定是斜向上，且F>mg，故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤；由幾何關(guān)系可知，F(xiàn)＝（mg）2＋（ma）2，選項(xiàng)D正確.

點(diǎn)評(píng)思維定式，認(rèn)為彈力方向一定沿著桿，忽略其他可能情形.

5定式思維之“恒力”

例5在一個(gè)粗糙的水平面上，一個(gè)質(zhì)量為2 kg的物體在水平恒定拉力的影響下以一定的初速度做勻速運(yùn)動(dòng).然而，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，拉力開始逐漸減小，當(dāng)拉力減小到零時(shí)，物體剛好停止.已知重力加速度為g＝10 m/s2，圖6展示了拉力隨物體位移的變化.以下說法錯(cuò)誤的是（） .

A.物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.35

B.減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間約為1.7 s

C.減速過程中拉力對(duì)物體所做的功約為13 J

D.勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度約為6 m/s

解析物體做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力平衡，則f=F=7 N，所以μ=fFN=72×10=0.35，故A正確；由于不知道具體的運(yùn)動(dòng)情況，無法求出減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，故B錯(cuò)誤；4 m后物體做減速運(yùn)動(dòng)，圖象與坐標(biāo)軸圍成的面積表示拉力做的功，則由圖象中減速過程包括的方格數(shù)可知，減速過程拉力做功等于：WF=13×1 J=13 J，故C正確；減速過程滑動(dòng)摩擦力做的功Wf=-μmgx=-7×（11-4） J=-49 J，所以合外力做的功為W合=-49 J+13 J=-36 J，根據(jù)動(dòng)能定理可得W合=0-12mv2.解得v=-2W合m=2×362m/s=6 m/s，故D正確.此題要求選擇不正確的選項(xiàng)，故選B.

點(diǎn)評(píng)思維定式，以恒力去處理整個(gè)解題的過程，導(dǎo)致解題陷入僵局.

6結(jié)束語

為了避免定式思維對(duì)高中物理解題的影響，在教學(xué)過程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多角度思考問題，嘗試不同的解題方法，培養(yǎng)學(xué)生的開放思維，引導(dǎo)學(xué)生跳出固定的思維模式.同時(shí)，也要注重引導(dǎo)學(xué)生深刻理解物理問題背后的原理和規(guī)律，從而提高解題的能力和水平.

參考文獻(xiàn)：［1］

許新洲.如何走出高中物理解題定勢(shì)思維困境[J].數(shù)理化解題研究，2021（24）：72-73.

[2]倪瑛.高中物理解題中“定勢(shì)思維”形成的原因和危害[J].高中數(shù)理化，2019（02）：38-39.

［責(zé)任編輯：李璟］