浅谈高中物理学习方法

李博

[摘   要]简要回顾物理学的发展历程，对比天津2017级高一新生的选课走班情况，提出新课改下的一种学习方法——将逻辑化、抽象化的物理思维渗透到理想化的物理模型中，展现清晰的物理情境，运用灵活多变的物理方法帮助学生有效掌握科学的学习规律，打造开启物理知识宝库的金钥匙。

[关键词]新课改; 物理模型; 物理思维; 分析方法

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）20-0046-02

一、引言

近代物理学建立之初，牛顿总结前人经验，发现了牛顿运动定律和万有引力定律，从而揭示了天上地下物体的普遍运动规律，进而引发了第一次工业革命。随着物理学理论的逐步成熟，麦克斯韦经过深入研究，最终把电、磁、光统一起来，建立了經典电磁理论，预言了电磁波的存在，直接引发了电气及无线电技术领域的革命。20世纪初，由爱因斯坦等科学家创立的相对论与量子力学体系将人类带入信息时代，极大地丰富了人类文明。

随着科技的迅猛发展，高中物理学习显得尤为重要。天津市2017年开始实施高中新课改以来，对物理教学内容进行了同步改革。但从首届高一选科情况来看，许多学生对物理学习的积极性并没有明显提高，教师都力求通过各种途径激发学生的学习兴趣，帮助学生掌握科学的物理学习方法。本文围绕物理模型、物理思维、物理分析方法在高中物理学习中的应用展开讨论。

二、构建物理模型，提炼物理本质

在中学物理学习中，常常会涉及一些非理想化的情况，如飞机，在我们实际生活中，其大小和形状是不可以忽略的，如果以传统的思维方式分析飞机的运动问题，势必会增加问题的复杂性，这就需要借助一定的物理方法，保留研究对象的主要特征“质量”，而忽略那些大小、形状等次要因素，这样飞机就被简化成了质点模型[1];而在研究单摆、弹簧振子等物理问题时，需要考虑相关环境对研究对象所施加的物理条件，不再考虑“空气和摩擦阻力”等次要因素，只将其视为“物体只受重力和绳子拉力”的物理模型，从而大大降低了问题的复杂程度;严格地说，生活中只受重力或完全不受重力的物体是不存在的，但在处理中学物理问题时为了分析和计算简便，常常在研究物体运动的过程中进行理想化处理，这就演绎出了自由落体运动、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动等一系列理想化的物理模型。

三、渗透物理思维，创设物理情境

物理学家劳厄认为，学习物理课程最重要的不是获得知识，而是发展思维能力。

以极限思想为例，伽利略理想斜面实验中，将小球由左侧某一高度无初速释放，若不计斜面摩擦，小球将上升到右侧斜面同一高度处，如果不断减小右侧斜面倾角，小球上升到同一高度所经历的距离不断增大，继续减小这个倾角直至为0，此时小球再也无法到达原来高度，它将以这一恒定速度沿着水平面一直运动下去。基于极限思想发展出的这一结论，为学生理解牛顿第一定律及惯性的物理本质，建立了有效的思维通道。

极限思想的核心是“极限”，即单个时间、空间长度无限逼近（但不等于）某一数值。将匀变速直线运动的速度—时间图像无限划分，当每一条形区域的时间很短时，这一极短的运动过程便可简化为匀速直线运动，再通过计算图像面积得出位移随时间变化的规律。将以上思想运用于求弹簧弹力做功，很轻松地得到了弹簧弹力做的功与其形变量之间的函数关系。除经典力学领域外，这种极限思想在求圆环状带电平面产生的静电场、电路中的动态过程等电学问题时，均有广泛的运用。

德国物理学家、诺贝尔奖获得者劳厄曾说：“物理学的任务是发现普遍的自然规律。因为这样的规律的形式之一表现为某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向。”守恒量思想在解决中学物理问题的过程中发挥着重要的作用，例如能量和动量的概念之所以重要正是因为它们是守恒的，从任意状态中如何找到特殊的几个位置，再从特殊到一般体会守恒的思想就显得至关重要了。如计算系统机械能守恒时，任一时刻的动能（势能），只需知道某一时刻系统的机械能总量及其所具有的势能（动能），而无须关心整个过程中各种形式的能量如何变化;如果将一运动的带电小球置于电磁场中，它的机械能可能发生变化，但总能量保持不变，运用能量守恒分析带电体在复合场中的物理过程，往往会事半功倍。总动量不变，指物体在发生相互作用的过程中，任何状态下系统的总动量都相等（大小相等方向相同）。“任意状态”下系统总动量都相等体现了守恒的核心要义，将动量守恒和能量守恒结合使用，更为复杂的碰撞、反冲、爆炸类问题将迎刃而解。在实际应用中，“任意状态”是由一些“特殊状态”组成的，这是解决问题的突破点;进而体会任意状态下总动量或总能量保持不变，这才是守恒的核心内涵。

四、掌握物理分析方法，提升物理综合素质

清晰的物理概念和较强的思维能力有助于学生打开通往物理知识宝库之门，但物理分析方法才是开启这扇门的金钥匙，这类方法主要表现为代数和几何两种形式，本文着重对最基础的微积分和函数图像法进行分析。

微积分法：代数法是将隐含的物理过程显化的最佳途径，其优点是将物理问题简化为数学语言，其中微积分在这一环节中起到了至关重要的作用。如果借助代数工具推导匀变速直线运动的位移—时间函数关系式，微积分无疑是便捷的途径。取某一微元作为研究对象，先表示出这一微小时间内物体发生的位移，再将所有微元累加求和，通过积分最终导出相应条件下的位移时间关系式。同样，可借助微积分解决非匀变速直线运动的位移、变力做功、交变电流有效值的计算、电容器充放电过程中电荷量随时间的动态变化规律等问题。

函数图像法：几何法为解决历史上重大物理问题做出了不可磨灭的贡献，而以函数图像法最具代表性，其直观、形象的特点备受学生的推崇。在匀变速直线运动的v-t图像中，基于极限思想将每一极短时间内的位移用条形区域的面积表示，当[?t]→0 时，锯齿状区域消失，将全部区域合并，进而通过计算梯形区域的面积得到了相应过程的位移时间关系。对未知规律的变加速直线运动，通过分析其v-t图像的斜率变化，得出加速度的变化规律，再比较速度和加速度的方向关系就可以判断物体在相应时段的运动状态，计算图像与坐标轴围成的面积便可快速得到位移大小。相较公式法，函数图像法极大地减少了运算量，而且在“探究加速度与力、质量的关系”和“测定电池的电动势和内阻”等实验教学中得到了广泛的应用。

在实施普通高中新课改的早期阶段，高中物理课程改革，给学生的物理学习带来了一些不适应性，这就要求学生在脑海中时刻呈现出逼真的物理情境。基于理想的物理模型，借助富含逻辑、抽象的物理思维展现清晰的物理情境，最后运用基本物理分析方法——微积分法和函数图像法将物理问题简化为数学问题来处理，将复杂问题简单化，大大降低了学生学习物理的难度，提升了学生学习的积极性。

[   参   考   文   獻   ]

[1]  岳耀京.高中物理教学中渗透物理思想方法的研究[J].中国培训，2017（331），276.

[2]  人民教育出版社.普通高中课程标准实验教科书·物理（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]  赖南燕，陈婧婷，张毓敏.数学思想在中学物理教学中的渗透与应用[J].学周刊，2017（29）：106-108.

[4]  中华人民共和国教育部制定.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[5]  陈勋.中学物理中的微积分解题思路研究[J].中学物理教学参考，2017（8）：54-55.

[6]  段纪斌.高中物理学习中结合生活中物理现象的重要性与学习方法[J].教育现代化，2018（2）：170-171.

（责任编辑 易志毅）