高中物理力学解题中整体法的运用方法探析

陈聪

摘 要：对于高中生来说，物理是一门难度系数极大的学科，很多学生难以理解物理教学内容，更有甚者，会直接放弃学习物理，这便对物理教师开展物理教学造成了非常大的阻力。高中物理知识中，力学的相关知识占比较大，解题方法的选择是解决物理问题的关键。在教学力学题时，大多数教师会应用整体法，整体法的应用可以简化题目，将解题思路变得简单，学生可以更直接地分析物体的受力情况。文章主要解释了整体法的概念和整体思想中的受力过程分析，分析了整体法运用的意义，并通过具体物理力学题目探究如何用整体法解题。

关键词：高中物理;力学解题;整体法;运用方法

引 言

力学是高中物理最主要的内容之一，关系到电学、磁学、功能转换等单元相关问题的分析与解答，具有基础性地位。但力学解题常常是教学中的难点，传统的教学模式下，教师多采用题海战术，虽然有一定的成效，但学生依然无法准确地进行受力分析，同样的知识点换种题目形式出现，学生仍然不会。教师若想真正提高学生解力学题的正确率，教师首先应让学生明确解题的思路。物理问题的解决需要根据具体情况区别对待，既要善于从局部着手，又要善于综观全局，在高中物理力学解题中运用整体法为力学分析提供了可行性路径，对提高教学实效性有重要意义。

一、整体法的概念

整体法就是把多个物体看成一个整体，不考虑物体与物体间的相互作用力，对整体进行受力分析，即将复杂的受力分析简单化。如将两个木块叠放在一起，用一个力推上面那个木块，使其运动，进行单个逐一分析时，学生可能找不全木块的受力，不如将两个木块看成一个整体先进行整体分析，然后根据整体受力分析，算出整体加速度，再进行局部力的分析，以简化解题思路，方便学生推理。整体法是解决高中物理问题的一种重要方法，它可以从整体上揭示事物的变化规律，避开中间烦琐的推算环节，而且可以使学生在思考问题时，不拘泥于问题的局部特征，而是着眼于问题的整体结构，全方位分析问题，提高学生分析问题、解决问题的能力。整体法深受高中物理教师的喜爱，若运用整体法依然无法准确地进行分析，教师不仅可以确保物理教学的进度，还可以教会学生先忽略各物体复杂的受力关系，快速找到题目中的关键词并理清解题思路。

二、整体思想中的受力过程分析

高中物理中，关于力学，一般有两种题型：物体静止时的受力分析;物体運动过程中的受力分析。明确物体的受力情况后，物体的运动状况。而有时学生需要清楚物体的运动状态是什么样的，物体在做加速运动、减速运动还是匀速运动，才能进行物体的受力分析。在一般的物理力学解题过程中，学生要先明确研究对象，即确定分析的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体的组合;分析物体受力的顺序依次是“重力肯定有，弹力查四周，分析摩擦力，不漏电磁浮”，在这里主要分析前三种力;找到存在哪些力之后，再判断受力方向和所受力的数量，需要注意的是，力是矢量，其不仅有大小，还有方向，重力是一直存在的，方向竖直向下。弹力的产生需要具备一定条件，弹力发生在两个接触的物体之间，但是接触的物体也不一定会产生弹力，弹力的分析是对物体进行受力分析的一大难点，学生在分析过程中很容易分析错弹力的方向，需要谨慎判断。对于摩擦力，学生普遍认为，只要两个物体接触了就会产生摩擦力，这是错误的思想，在物理教学中，教师要纠正这一观点，其实摩擦力的产生，也应具备一定的条件。教师要教导学生边分析边将力一一画在受力示意图上，并准确标出各力的方向，最后检查画出的每一个力，能否找出它的施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的运动状态，否则，必然出现漏力、多力或错力的现象。

三、高中物理力学解题中整体法的意义

针对高中物理力学，无论解题还是日常学习，进行受力分析是重中之重，也是关键性的第一步，受力分析的正确与否直接决定了问题能否顺利解决。从高中物理力学教学的现状来看，无论在日常课后练习还是阶段性考试中，受力分析仍是学生学习的难点，学生易出现错误。究其原因，一是学生对于受力分析的理解不到位，二是学生没有完全掌握受力分析的方法与技巧，从而导致在受力分析时出现错误或遗漏受力，长此以往，会严重打击学生学习物理的积极性，使学生对力学失去兴趣，甚至出现抵触心理。相关教育学者基于学生学习的现实情况及学生认知特点，提出的“整体法”的力学解题方法，为力学教学开辟了一条新的路径，对于提高学生力学分析能力产生了积极的影响。高中物理力学解题中整体法的应用有效避免了学生陷入遇到力学问题无从下手、盲目分析的困境，能帮助学生建立整体观念，在解答问题时形成整体思维，并做到举一反三。整体思维是一种综合思维，其一方面表现为知识的综合贯通，另一方面表现为思维的有机组合。因此，学生在物理研究与学习中，要善于运用整体研究分析，处理和解决问题。整体法的运用能够降低学生对题目的理解难度，当遇到一个物体受多个力或多个物体受力的复杂情况时，学生能够运用整体法的解题思路快速找到切入点，提高解题效率，降低解题错误率。

四、高中物理力学解题中整体法的应用

（一）物体平衡题型中整体法的应用

高中物知识中，平衡问题是力学解题的基础，所占比重非常大，考验学生对物体受力的分析能力。平衡问题主要分为两种题型，分别是单个物体的受力分析和连接体中各个物体的受力分析。单个物体的平衡分析比较简单，一般是三个力的平衡、动态平衡和三个以上力的平衡，连接体的平衡分析相对较难，需要结合整体法和隔离法进行物体受力分析，以下题为例。

如图所示，倾角为α的粗糙斜劈放在粗糙水平面上，物体a放在斜面上，轻质细线一端固定在物体a上，另一端绕过光滑的滑轮固定在c点，滑轮2下悬挂物体b，系统处于静止状态。现将固定点c向左缓慢移动少许，发现a与斜劈始终静止，则在此过程中，下列说法正确的是（ ）

A.斜劈对地面的压力保持不变

B.细线对物体a的拉力增大

C.细线对滑轮2的作用力不变

D.地面对斜劈的摩擦力增大

分析：对滑轮和物体b受力分析，根据平衡条件求解细线的拉力变化情况;对滑轮2进行受力分析，根据平衡条件分析细线对滑轮2的作用力;对斜劈、物体a、物体b进行整体受力分析，根据平衡条件求解整体与地面间的静摩擦力和弹力的情况。

解答：B、C：对滑轮2和物体b进行受力分析，受重力和两个拉力，如下图所示。

根据平衡条件，有：mbg=2Tcosθ

解得：T=      ，将固定点c向左移动少许，则θ减小，故拉力T减小;细线对滑轮2的作用力始终与b的重力等大反向，故B错误、C正确。

A、D：对斜劈、物体a、物体b整体受力分析，受重力、支持力、细线的拉力和地面的静摩擦力，如下图所示：

根据平衡条件，有：N=G总-Tcosθ=G总-   ，N与角度θ无关，恒定不变;根据牛顿第三定律，压力也不变;f=Tsinθ=   ·tanθ，将固定点c向左移动少许，则θ减小，故摩擦力减小;故A正确，D错误。

故选AC。

点评：本题主要是考查共点力的平衡，掌握整体法和隔离法的使用技巧：当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法;而在分析系統内各个物体（或一个物体各个部分）间的相互作用时常用隔离法。整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂问题，通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法。

（二）物体运动过程中整体法的应用

高中物理需要学生掌握正确分析物体运动情况的能力和技巧，牢记当一个物体的运动状态发生变化时，它一定受了力的作用。物体运动的过程可以分为单个物体的单段运动和多段运动以及多个物体的多段运动。一般，在分析运动中多个物体的受力情况时，我们首先将多个物体分为不同的局部，若各个物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力时，可以把它们看成一个整体，分析整体受到的合力，应用牛顿第二定律求出加速度（或其他未知量）。若直接隔离分析某一物体，滑动摩擦力、静摩擦力等因素的出现，提高了物体受力分析的难度，在分析过程中，学生可能会忽略静摩擦力对物体的影响，在分析过程出现问题，导致结果错误。因此，整体法的应用可以降低分析相互作用物体受力的难度，简化解题思路，以下题为例。

如图所示，水平面上A、B两物块的接触面水平，二者叠放在一起，在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做匀速运动，某时刻撤去力F后，二者仍不发生相对滑动，关于撤去F前后下列说法正确的是（ ）

A.撤去F之前A受3个力作用

B.撤去F之前B受到4个力作用

C.撤去F前后，A的受力情况不变

D.A、B间的动摩擦因数μ1不小于B与地面间的动摩擦因数μ2

分析：分别对撤去拉力前后整体和A的受力情况进行分析，根据平衡条件判断A、B间是否存在摩擦力，从而确定两种情况下它们的受力个数。撤去力F后，二者仍不发生相对滑动，A、B间的静摩擦力不大于最大静摩擦力，由牛顿第二定律分析A、B间的动摩擦因数与B和地面间的动摩擦因数大小。

解答：A、B：撤去F前，整体做匀速运动，故B所受的地面滑动摩擦力与F平衡，而A水平方向不受外力，故A不受摩擦力，故A受重力、B的支持力共2个力作用。B受重力、A的压力、拉力F、地面的支持力和滑动摩擦力，共5个力。故A、B错误。

C：撤去拉力F后，B开始做减速运动，A相对B有向前滑动的趋势，所以B对A有静摩擦力，故A受重力、B的支持力和静摩擦力，共3个力，所以撤去F前后，A的受力情况将发生变化，故C错误。

D：撤去力F后，二者仍不发生相对滑动，由牛顿第二定律得：

对整体有：μ2（mA+mB）g=（mA+mB）a

对A有： f=mAa≤μ1mAg

可得μ1≥μ2，即A、B间的动摩擦因数μ1不小于B与地面间的动摩擦因数μ2，故D正确。

故选D。

点评：本题考查共点力平衡条件和牛顿、第二定律的应用，可采用假设法分析匀速运动时A、B间是否有摩擦力。要掌握物体间不发生相对滑动的条件：静摩擦力不大于最大静摩擦力。

结 语

整体法在高中物理力学教学中处于重要地位，应用整体法之后，力学解题过程中的受力分析也得到了简化，便于教师讲解，便于学生理解物体的受力情况，减轻了学生学习物理的压力。从上面的例子可以看出，应用整体法求解物理问题的优点非常明显——简洁明快，删繁就简，是一种应该掌握的方法。在解决力学平衡问题、相互作用问题和运动过程问题时，整体法的应用可以帮助学生培养整体分析能力，培养学生的整体思维，同时还可以培养学生的空间思维能力和空间想象能力，学习物理，最重要的就是空间思维。在高中物理力学解题过程中，教师要应用整体法开展教学，不断提升学生的解题正确率和效率。

[参考文献]

[1]陆文彬.浅议高中物理力学解题中整体法的运用[J]. 数理化解题研究，2021（9）：57-58.

[2]陈品.高中物理力学解题中整体法的运用探析[J]. 考试周刊，2021（26）：119-120.

[3]李珍进.分析高中物理力学解题中整体法的运用[J]. 数理化解题研究，2020（7）：62-63.

[4]杨帆.试析高中物理力学解题中整体法的运用[J]. 中国校外教育，2020（27）：167-168.

[5]朱洪.高中物理力学解题中整体法的运用[EB/J]. 百科论坛电子杂志，2020（10）：711-712.

[6]朱挺.高中物理力学解题中整体法的运用研究[J]. 数理化解题研究，2019（28）：76-77.