物理问题的情景转换

张培青

物理是一门比较抽象的学科。说它比较抽象,这是由其学科特点造成的。汽车的运动、天体的运行以及微观的原子核式结构是十分复杂的。我们为了研究这些复杂问题,我们往往是抓住研究的主要问题,忽略一些次要因素,进行研究和分析。为了达到以上目的,物理学中常常把它们抽象成一些物理模型,然后从物理模型出发,确立一些基本的物理概念和物理规律等来研究物理问题。

因此,在运用物理基本概念和基本规律解决物理问题时,首先应把抽象的物理问题转换为我们平常熟悉的物理情景。对一个物理问题,我们从不同角度去描述,展示的物理情景会有所不同。如果用不同的方法去思考和分析,繁简程度也有很大的区别。灵活运用已学的物理知识和方法,掌握一定的解题技巧,并进行适当的转换处理,可以把陌生、复杂和模糊的情景转换为我们熟悉、简单和直观的物理情景。在解物理问题的过程中,将实际问题转换为物理问题,把一般问题转换成特殊物理问题,往往会取得事半功倍的效果。可以说,物理解题过程的实质是转换,情景转换是解决物理问题过程的核心。对物理问题的情景进行转换通常有以下几种方法:类比转换、等效转换、逆向转换、假设转换和极端转换等。

1. 类比转换。所谓类比转换就是将两类具有相同或相似属性的事务进行对比,从一类事物的某些已知特性出发,推测另一类事物也具有相应的特性。我们物理上常见的有:①物理现象类比转换。如带电粒子在电场中的偏转可以转换为平抛运动。②物理模型类比转换。如质点和点电荷,磁感线和电场线等。③物理量及物理公式的类比转换。如磁感应强度B和电场强度E这两个物理量的理解和定义式B=F/Il和E=F/q的类比分析。

2. 等效转换。等效转换是指在效果相同的前提下,把复杂的实际问题转换为简单的、理想的等效问题来处理。例如,把复杂的曲线运动等效成简单的直线运动;把电场、磁场以及复合场问题转换为我们熟悉的重力场问题;电路中的等效电阻、等效电路等。

4. 假设转换。对物理上未知现象或待处理的问题,对其过程或结果进行合理的假设,或进行虚拟,从而使复杂的物理问题简单化,这就是假设转换。在运用假设转换分析解决物理问题时,可以对研究对象的物理模型假设,也可以对物理条件、物理过程和物理状态进行假设。看下面的题目:

是否存在如图甲所示的电场,它的电场线相互平行,但间距不相等?

5. 极端转换。将物理现象或物理过程形成变化的一般条件推向极端,在极端条件下进行讨论、推理或判断,使结果变得明了,以快速得出结论就是极端转换的特点。在运用极端转换进行物理问题的情景转换时,必须满足的物理问题在选定的变化区间内,所研究的物理量或物理过程应连续单调变化。否则,我们运用极端转换将物理问题进行情景转换时就会出错。

分析:如果我们认为把玻璃管全部提离液面,可以知道气体的压强必然减少,这也正是本题的结果。

培养学生的分析、概括、抽象和推理等思维能力,运用情景转换来解决物理问题,是近几年高考中较多出现的考题。从命题趋势分析,今后的考题可能更多的向实际问题的情景转换方向发展,并与新科技动向适当的结合。

分析解决物理问题的实质是物理问题的情景转换。学会正确审视分析具体的物理问题所描述的物理现象和过程,从而建立正确的物理模型,形成物理解题中的科学思维方法,正是我们大力提倡物理情景教学的主要原因。