中学物理的常用思维方法＊

王玉梅

(常德师范学校,湖南常德 415000)

中学物理的常用思维方法＊

王玉梅

(常德师范学校,湖南常德 415000)

提出中学物理中的几种常用解题思维方法:模型思维法、图像思维法、等效思维法、临界思维法、极限思维法、守恒思维法、逆向思维法及整体与隔离思维法。实践证明,老师和学生掌握这些方法能很好地提高教与学的效果。

物理;解题;思维方法

物理学科的概念、公式、规律繁多,习题的解答可以用不同的方法求解。面对众多的物理习题,应当加强思维方法的训练,才能从根本上提高解题能力,收到事半功倍的效果,下面略谈几种中学物理的常用思维方法。

一、模型思维法

研究物理问题时,通常都要从“模型”入手,对于看似不同的现象,利用理想化、简化、类比、等效、抽象等思维方法,把它们共同的本质特征找出来,构成一个概念或实物的体系,即形成“物理模型”。下面把高中物理的模型作一个小结。

模型类举物理对象模型质点、刚体、杠杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、弹性体、绝热物质、理想气体、点电荷等条件模型1、检验电荷置于电场中,不改变原电场分布;2、惯性定律实验等过程模型匀速运动、匀加速直线运动、匀速圆周运动、弹性碰撞等。结构模拟模型原子核式结构、氢原子能级、电场线、磁感线等。

面对物理问题,如何提取关键且有效的信息,通过什么途径顺利解决问题,存在一个思维模式——解题建模,通过建立物理模型,对题目中的信息进行分类、比较、迁移、转换、分析、综合、创新等方式进行思维加工处理,将实际的复杂问题转化为物理理想模型问题,解此类题目的基本程序为:审题→提炼→类比→建模→求解→回味。

建立模型的关键:①对常规模型的熟悉程度;②通过抽象、分解、类比、等效等变换手段,把貌似复杂、无法解决的问题,转变为与常规模型相关的物理模型。

由此可见,解答物理问题的关键在于学生能否在仔细审题的基础上,构建物理模型,所以要重视理想化方法的应用,要养成画示意图的习惯,分析问题时首先应细致分析实际过程,有了大致认识后,再进行简化,这样就能转化成典型的物理问题,通常所说的明确物理过程,把过程转化为一幅清晰的物理图景,就是为了构建物理模型,针对模型的特征,利用相应的规律去解决。

二、图像思维法

图像思维法的实质就是利用图像本身的数学特征所反映的物理意义解决物理问题(根据物理图像判断物理过程、状态、物理量之间的函数关系和求某些物理量),由物理量之间的函数关系或物理规律画出物理图像,并灵活应用图像来解决物理问题。

中学物理中常见的图像有:矢量图(几何图)、正比例图像、反比例图像、一次函数图像、二次函数图像、正弦(或余弦)函数图像等。

利用图像法解题的优点在于可以直接观察出物理过程的动态特征,使思路更加清晰,常能找到巧妙的解题途径。

三、等效思维法

等效思维法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、复杂的物理问题或物理过程转化为等效的、简单的、易于研究和处理的物理问题或物理过程的方法。等效思维的实质是在效果相同的情况下,将较为复杂的实际问题转化为简单的熟悉问题,以便突出主要因素,抓住它的本质,找出其中的规律。

等效思维法在物理解题中应用主要有:物理模型的等效替代;物理过程的等效替代;作用效果的等效替代。例如合力与分力,运动的合成与分解,电阻串联与并联,交流电的有效值。再如在重力场和匀强电场中,对于摆动问题,竖直平面内的圆周运动问题,如果能用复合场的场力“F”、加速度“g”来考虑动能、重力势能、电势能的最值问题,就非常简便。又如复杂电路的简化,或分析某可变电阻的功率问题时,找出相应的等效电源,求其等效电动势和等效内阻,问题就会迎刃而解,这些都是等效思维法在物理学中的实际应用。

运用等效法处理问题的一般步骤为:①分析原事物(需研究求解的物理问题)的本质特性和非本质特性;②寻找适当的替代物(熟悉的事物),以保留原事物的本质特性,抛弃非本质特性;③研究替代物的特性及规律;④将替代物的规律迁移到原事物中去;⑤利用替代物遵循的规律、方法求解,得出结论。

四、临界思维法

临界状态是物理问题中常遇到的一种情况,临界问题往往与物理极值问题联系在一起,这类问题一般可分为两类:临界条件较明显的;临界条件较隐蔽的。以临界状态的物理规律为突破口来解决问题的方法称为临界思维法。

临界问题往往和极值问题相互关联,研究临界问题和极值问题的基本观点:①物理分析,通过对物理过程分析,抓住临界条件(或极值条件)进行求解。②数学讨论,通过对物理问题的分析,依据物理规律写出物理量之间的函数关系,用数学方法求解极值。

五、极限思维法

极限思维法是把某个物理量推向极端,即极大和极小或极限位置,并以此作出科学的推理分析,从而给出判断或导出一般结论。当题目要求定性地判断某一具体的物理量的变化情况或变化趋势时,可假设其他变量为极端情况,从而就能较快地弄清该物理量的变化趋势,达到研究的目的。选择题不同于其他题型,有时对结果的得出,不需要很严密的计算,只要能够大致地了解并弄清其结果的范围或变化趋势就行了。因此,在做选择题时,采用极限思维法极为简便且可以大大缩短做题时间。

如将电阻或物体的质量假设为零或无穷大,假设倾角为0°或90°等情况。诸如此类的题目还有很多,比如骑车往返甲乙两地,有风与无风比较,往返时间是否相同的问题;用电炉烧水,要使水尽快烧开是加长电阻丝还是缩短电阻丝的问题等,只要抓住其极限条件,就能容易而迅速地运用极限思维来处理。

六、守恒思维法

守恒是自然界中普遍适用的基本规律,是高中物理的重点,也是高考考查的重点,守恒的思想在高中物理学中主要体现在动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律、电荷守恒定律、核反应中的电荷和质量数守恒等。高考物理综合性试题往往是动量与能量的综合,涉及动量、能量的守恒,此类试题的情境常常是物理过程较复杂的或者是作用时间很短的,如变加速运动、碰撞、爆炸、打击、弹性形变等。

例如:两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的物理过程具有以下特点:能量变化上,如果只有重力和系统内弹簧弹力做功,系统的机械能守恒;如果系统所受合外力为零,则系统动量守恒;若系统内两物体除弹簧弹力外所受合外力为零,则当弹簧伸长量或压缩量最大时两物体速度相同(如光滑水平面上的弹簧连接体问题),当弹簧为原长时系统内某一物体具有最大速度(如弹簧锁定的系统由静止释放)。

七、逆向思维法

在解决问题的过程中从正面入手有一定难度,有意识地去改变思考问题的顺序,沿着正向(由前到后、由因到果)思维的相反(由后到前、由果到因)途径思考、解决问题,这种解题方法叫逆向思维法,是一种具有创造性的思维方法,通常运用可逆性原理、反证归谬、执果索因等进行逆向思维。

物理学中,像具有可逆性、对称性的物理过程有很多。若能充分运用运动形式的可逆性、时间的可逆性、电路的可逆性、光路的可逆性等,将初态与终态颠倒、物与像互易,往往会使我们从困境中走出,到达柳暗花明的坦途。例如力学中的子弹进入木块时所做匀减速运动,运用时间反演,可将其视为匀加速运动处理。

八、整体与隔离思维法

在解答物理问题时,往往会遇到有相互作用的两个物体或两个以上的物体所组成的比较复杂的系统。分析和解答这类问题,确定研究对象是关键。对系统内物体隔离进行分析的方法称为隔离法;把整个系统作为一个对象进行分析的方法称为整体法。

隔离法的优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态变化的原因以及物体间的相互作用关系分析清楚,能把物体在系统内与其他物体相互作用的内力转化为物体所受的外力,以便应用牛顿第二定律进行求解。缺点是涉及的因素多比较繁杂。

整体法的优点是只需分析整个系统内与外界的关系,避开了系统内部繁杂的相互作用,更简捷、更本质地展现出物理量间的关系。缺点是无法讨论系统内部的情况。

一般来说,对于不要求讨论系统内部情况的题目,首选整体法,解题过程简明、快捷;要讨论系统内部情况的,必须运用隔离法。实际应用中,隔离法和整体法往往交叉使用。

若一个系统内各个物体的加速度不相同,又不需要求系统内物体间的相互作用力时,应用整体法利用牛顿第二定律解题会方便很多。

隔离法与整体法,不是相互对立的,一般问题的求解中,随着研究对象的转化,往往采取两种方法交叉运用,相辅相成。所以,两种方法的取舍,并无绝对的界限,必须具体分析,灵活运用,无论哪种方法均以尽可能避免或减少中间未知量的出现(如非待求的力,非待求的中间状态或过程等)为原则。

总之,思维能力决定着解题能力。因此,在平时学习中要善于掌握一些解题的思维方法。

[1]陈卫良.教材完全解读[M].北京:中国青年出版社,2009.

[2]龚霞玲.黄岗兵法[M].西安:陕西师范大学出版社,2005.

[3]杜志建.解题能力大突破[M].乌鲁木齐:新疆青少年出版社,2009.

[4]金鑫.高效读教材[M].北京:人民日报社出版社,2008.

2010-07-06

王玉梅(1965-),女,湖南澧县人,高级讲师。