（閩南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，福建 漳州 363000）

實(shí)現(xiàn)高中物理解題成功的“巧”意識

黃永順

（閩南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，福建 漳州 363000）

培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)是中學(xué)物理教學(xué)的重要課程目標(biāo)，其關(guān)鍵在于培養(yǎng)學(xué)生的思維方法。通過研究習(xí)題教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的物理思維能力，養(yǎng)成科學(xué)的物理思維方式，努力培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)高中物理解題成功的“巧”意識，不斷提高核心素養(yǎng)。

物理解題；核心素養(yǎng)；思維方法

一、找準(zhǔn)研究對象的巧妙意識

眾所周知，一個物理問題所涉及的對象常常是多數(shù)的，如何恰當(dāng)選取研究對象，是成功解決物理問題的關(guān)鍵，習(xí)題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生巧妙地選擇研究對象，是解決問題的第一步，常常能起到事半功倍的解題效果。

例1［1］.如圖1，一根自由長度為L0的輕質(zhì)彈簧一端固定在豎直墻上，另一端連著在水平面上質(zhì)量為M的物塊A，從而構(gòu)成一個在水平光滑支持物上的彈簧振子?，F(xiàn)在，在物塊A上疊放上質(zhì)量為m的物塊B，再將A拉離平衡位置O，使彈簧伸長到某個長度（在彈性限度內(nèi)），然后釋放，讓A與B一起在光滑水平面振動起來。已知A與B始終保持相對靜止，M=3m，當(dāng)A對平衡位置的位移大小為時，A的加速度大小為a0。求：A對B的摩擦力f與B對平衡位置的位移x的關(guān)系式。

圖1

物體A與B始終保持相對靜止，在光滑水平面上的振動是簡諧振動，而A對B的靜摩擦力 就是B受到的回復(fù)力。設(shè)彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)為k，取O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，向左為正方向建立坐標(biāo)系，如果選取以A、B組成的整體系統(tǒng)為研究對象，則由胡克定律和牛頓第二定律即可得：

同時，由簡諧振動的力學(xué)特點(diǎn)F=-kx對整體可得：

對于物塊B，A對B的摩擦力f即是B受到的回復(fù)力，而A與B的加速度相同。由牛頓第二定律得：

二、構(gòu)建理想模型的巧妙意識

物理問題的解決過程在了解、分析物理過程的基礎(chǔ)上獲得的，當(dāng)然有時還要借助草圖，本質(zhì)上講，也就是物理模型的建立過程。物理模型有很多，包括實(shí)體模型、過程模型、條件模型等，習(xí)題教學(xué)中積極引導(dǎo)學(xué)生了解、熟悉和掌握高中常見的物理模型，有助于解題過程中物理模型的建立。為此，平時應(yīng)注意引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生養(yǎng)成構(gòu)建合適的物理模型并應(yīng)用物理模型處理比較復(fù)雜物理問題的良好思維習(xí)慣，提高物理核心素養(yǎng)。

例2.如圖2，光滑水平地面上放著一個質(zhì)量為M、半徑為R的空心大球殼A，內(nèi)有一質(zhì)量為m、不計大小尺寸的光滑小球B。開始時A、B兩小球均靜止，B球從與A球球心的同一水平高度釋放，試求：當(dāng)B球到達(dá)A球的最底端時A球后退的距離？

題目剛看起來是變速運(yùn)動問題、且與機(jī)械能有關(guān)，不容易下手，但稍加分析便會發(fā)現(xiàn)，這與人在船上走的“人船模型”屬同一結(jié)構(gòu)，可用動量守恒定律來解決問題。

圖2

三、化解過程層次的巧妙意識

實(shí)際物理問題的過程都不是單一的，有的問題甚至是復(fù)雜的物理過程，當(dāng)然，我們可以將它化解為相對簡單的“子過程”，讓問題簡單化、層次化，達(dá)到化繁為簡的目的，可增強(qiáng)學(xué)生解題的自信心。

例3［2］.如圖3：長為L的輕繩一端系于固定點(diǎn)O，另一端系質(zhì)量為m的小球，將小球從O點(diǎn)正下方L/4處，以一定初速度水平向右拋出，經(jīng)過一定時間輕繩被拉直，以后小球?qū)⒁設(shè)為支點(diǎn)在豎直平面內(nèi)擺動，已知繩剛被拉直時，繩與豎直方向成60°角。

求：①小球平拋的初速度v0；

②在繩被拉緊瞬間，問支點(diǎn)O受到的沖量I；

③小球擺到最低點(diǎn)時，輕繩所受的拉力T。

圖3

四、破除定勢思維的巧妙意識

頭腦中有著豐富的學(xué)科知識和解題經(jīng)驗(yàn)當(dāng)然是好事，但把思維停留在過去，在新的問題面前就容易形成認(rèn)識上的誤區(qū)。思維定勢對解題的消極影響有時是相當(dāng)強(qiáng)烈的。解題時為了突破某一難點(diǎn)，就必須用創(chuàng)新角度、創(chuàng)新視角來啟動思維進(jìn)行分析，破除定勢思維，突破通常思維模式，提出異于他人的成功解題新思路。

例4.如圖4所示，MN、PQ為足夠長的光滑水平平行金屬軌道，勻強(qiáng)磁場豎直向下，導(dǎo)電滑棒ab、cd的質(zhì)量均為m，ab棒的初速度為零，cd棒的初速度為v0。求ab棒最終的速度為多大？整個過程中感生電流產(chǎn)生的熱量為多少？

圖4

學(xué)生初次接觸這類問題時，常常局限于用電磁學(xué)知識來思考，感到無從下手，難度很大。如果換一個角度思考，用動量守恒定律及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來求解，便能很快完成解答。在水平方向除了系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用外，不受其他外力作用，可以看作完全非彈性碰撞來處理。根據(jù)動量守恒有：mv0=（m+m）v，所以，根據(jù)能量守恒有：所以

五、活用等效思維的巧妙意識

等效法是物理學(xué)研究中的常用方法，其顯著優(yōu)點(diǎn)是能使物理問題化復(fù)雜為簡單、變?nèi)唛L為簡捷；當(dāng)然，用等效法解題時，也要注意等效的合理性。

圖5

例5［3］.如圖5所示，虛線框內(nèi)各元件的參數(shù)勻未知，如果在其輸出端a、b間再接一電阻Rx，測得通過Rx的電流Ix情況如下：當(dāng)Rx=10Ω時，Ix1=1A；當(dāng)Rx=18Ω時，Ix2=0.6A。問：當(dāng)Rx為多大時，Ix等于0.1A？

一般情況下大家都是習(xí)慣將R1歸并到電源內(nèi)電阻中，用R'=R1+r代表電源內(nèi)阻，再運(yùn)用閉合電路歐姆定律，對三種情況列三個方程，計算起來十分麻煩，其實(shí)用等效法更簡便。既然虛框內(nèi)各元件的參數(shù)未知，就可以把框內(nèi)各元件看成一個等效電源，再與Rx串聯(lián)，這樣問題當(dāng)然就簡單了。設(shè)框內(nèi)等效電源電動勢為 ε0，等效內(nèi)阻為 R0，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：Ix=ε0/（R0+Rx），根據(jù)題意：

I=ε0/（10+R0） ……（1）

0.6=ε0/（18+R0） ……（2）

聯(lián)立（1）（2）式得：ε0=12V；R0=2Ω。

同時，再針對第三種情況列式：0.1=12/（2+Rx）。所以Rx=118Ω。

六、精用逆向思維的巧妙意識

物理普遍性問題的解決往往都有相對固定的思維方式，不過有時反過來想一想，則往往會有意想不到的效果。逆向思維是思維向相反方向重建的過程，中學(xué)物理中許多概念、規(guī)律具有可逆性。在符合物理理論依據(jù)的框架內(nèi)，以學(xué)生深刻理解整個物理過程和物理規(guī)律為基礎(chǔ)，針對題目實(shí)際情況，實(shí)施逆向假設(shè)思維，有時也的確能夠使某些棘手問題的解答峰回路轉(zhuǎn)。

例6.以初速v0豎直上拋一小球，如果不計空氣阻力，試求：小球從拋出到動能減少一半的上升過程中所經(jīng)過的時間？

七、適用極端思維的巧妙意識

從題目給出的條件出發(fā)，假設(shè)某種變化，恰當(dāng)?shù)剡x取某個物理量并將其推向極端，如“極大”或“極小”“極左”或“極右”等等，從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象或“各種可能性”充分暴露出來，幫助做出判斷或?qū)С鼋Y(jié)論，以便于下手解答，這就是運(yùn)用極端思維的優(yōu)勢。

例7.用細(xì)線AO，BO懸掛重物，BO水平，AO與豎直線成45°角如圖6所示，若AO，BO能承受的最大拉力分別為10N和5N，OC能承受足夠大的拉力，為使細(xì)線不被拉斷，則重物的最大重力是多少？

圖6

八、賦予特殊數(shù)值的巧妙意識

賦予特殊數(shù)值分析方法（如假定某一物理量為零，或是足夠大的值）往往能夠?qū)崿F(xiàn)速解的目標(biāo)。特別是運(yùn)用賦予特殊數(shù)值法解選擇題優(yōu)勢更為明顯。用此法解題的關(guān)鍵是選好變量，選出的變量要在變化過程中，存在極值或臨界值，然后把這些值與題目給出的答案對照，進(jìn)而剔除、判斷，從而選出正確的答案。

例8.傾角為θ的斜面上有一個質(zhì)量為m的物體，在水平推力F的作用下移動了距離為s（如圖7所示）。如果物體和斜面間的摩擦因數(shù)為μ，則推力F所做的功為：

圖7

若假定θ=0，則推力所做的功Fs,以θ=0代入題中的四個答案中，只有結(jié)果為Fs對，故應(yīng)選B。

九、運(yùn)用整體思維的巧妙意識

整體思維是一種綜合思維，是多種思維的高度綜合，思維層次高、理論性強(qiáng)、有較高的運(yùn)用價值。因此在研究與學(xué)習(xí)物理過程中善于運(yùn)用“整體法”研究分析、處理和解決物理問題，既能體現(xiàn)知識的綜合貫通，又能體現(xiàn)為思維的有機(jī)組合。靈活運(yùn)用整體思維常?？梢援a(chǎn)生意想不到的效果，展示“變”的魅力，常將物理問題“變繁為簡、變難為易”，習(xí)題教學(xué)中注意整體思維的訓(xùn)練有助于提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)的層次。

例9.如圖8，粗糙的水平面上放有一個三角形木塊，并分別在它的兩個粗糙斜面上放著質(zhì)量分別為m1和m2的小木塊，設(shè)m1＞m2，示，現(xiàn)已知三角形木塊和兩個小木塊都處于靜止?fàn)顟B(tài)，則粗糙水平面對三角形木塊：

A.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向右；

B.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向左；

C.有摩擦力的作用，但不能確定摩擦力的方向，因?yàn)槲唇o出m1、m2、θ1、θ2的數(shù)值；

D.A、B、C結(jié)論都不正確。

圖8

應(yīng)選D。該問題中，三物體都處以靜止?fàn)顟B(tài)，可以用整體法分析。因?yàn)槿矬w構(gòu)成的整體—把三個物體當(dāng)作一個物體“整體”來看，受力平衡，顯然，在水平方向上該“整體”不受外力的作用，在水平方向上沒有運(yùn)動趨勢，自然不受摩擦力的作用。其實(shí)本問題中，即使兩個小木塊不是靜止的，而是沿斜面勻速下滑，結(jié)論仍然相同。

解決物理問題選擇方法很重要，方法得當(dāng)，問題簡單！而如何科學(xué)合理選擇物理方法解決相應(yīng)的物理問題，取決于學(xué)生整體物理素養(yǎng)的水平。物理習(xí)題是檢查、訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過有效習(xí)題教學(xué)，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生物理思維方法，促進(jìn)其綜合運(yùn)用物理知識解決問題能力的發(fā)展，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)物理課程目標(biāo)。

［1］吳超男.中學(xué)物理高效課堂教學(xué)的智慧展現(xiàn)［J］.物理教學(xué)，2014（7）.

［2］張維善.牛頓運(yùn)動定律的歷史追問與現(xiàn)實(shí)教學(xué)［J］.物理教學(xué)探討，2011（5）.

［3］陳洋，曹先辰.在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用精加工策略的探究［J］.物理教師，2013（3）.

［1］田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.

G633.7

A

1673-9884（2017）02-0088-04

2017-01-23

2015年福建省本科高校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JAS151293）

黃永順，男，閩南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院副教授。