高中物理解题中整体法的应用研究

刘 青

(薛城区实验高中,山东 枣庄 277000)

整体法指的是对物理问题中的整个系统或者整个过程展开分析与研究的一种解题方法,有着极为广泛的运用.在高中物理解题教学中,整体法适用范围较大,能够用来解决多类物理试题.教师在解题训练中应积极开设专题训练活动,着重讲解整体法的基本步骤与注意事项,通过解题实例为学生提供应用整体法的机会,可以根据题目实际情况灵活运用整体法,让他们学会正确选择整体研究对象,巧妙解答疑难试题,不断提高自身的解题水平.

1 有效应用整体法,解决物理平衡试题

平衡类试题作为高中物体解题训练中比较重要的一个题型,关键之处在于对研究对象的恰当选择,通过分析受力情况及平衡关系找到方程关系.当对研究对象进行选择时,可有效应用整体法,促进对题意的把握.高中物理教师应指导学生整体分析研究对象的受力情况,以此降低构建物理平衡方程的复杂度与难度,帮助他们顺畅、轻松地解决物理平衡类试题[1].

例1如图1所示,一个三角形斜劈B紧靠墙壁放置,把物体A放置到B上面,一开始A、B都是静止状态,某个时刻使用力F沿着斜面方向往上推A,不过A、B都没有动,那么施加力F后,下列说法正确的为( ).

图1 例1题图

A.A、B之间产生的摩擦力肯定增大

B.B与墙壁之间可能没有摩擦力

C.B与墙壁之间产生的弹力可能不发生变化

D.B与墙壁之间产生的弹力增大

分析解决本题时,可以将A、B当作一个整体对象来看待进行分析,以此减少研究对象,降低试题难度.

详解在一开始时,要物体A受力情况进行分析,其同时受到重力、B物体支持力以及B物体与A物体之间的静摩擦力f=mgsinα的影响,因为是静止状态,所以当施加力F以后,假如F=2mgsinα,则继续保持静止,而且AB物体之间的摩擦力为mgsinα,故A选项错误;把A、B两个物体视为整体展开分析,开始时,弹簧弹力和A、B两个物体的重力大小一样,B与墙壁之间没有摩擦,当施加力F以后,A、B依然处于静止状态,弹簧的弹力大小不发生变化,不过A、B两个物体会受到力F的作用,故B物体会受到墙壁之间产生摩擦力Fsinα的作用,方向则是竖直向下;综合起来,只有D选项的说法正确.

2 有效应用整体法,解决连接体类试题

在高中物理教学实践中,用轻绳、轻杆、弹簧等把物体连接起来这类试题即为连接体类题目,因为连接体的整体和局部为统一关系,所以解答这类题目时自然能够采用整体法.将题目中出现的这些研究对象当作一个整体,运用所学的物理知识展开分析,获得一些参数,并研究和计算出连接体内与这些对象有关的实际参数,最终能够顺利、准确求得结果[2].

例2如图2所示,通过一根轻绳把完全一样的两个物体m1和m2连接到一起,放置一个斜面上面,然后施加恒力F,使这两个物体沿斜面作匀加速直线运动,那么下列关于轻绳拉力说法正确的有( ).

图2 例2题图

A.同斜面倾角θ的大小存在联系

B.与物体、斜面的动摩擦因数μ有所关联

C.只同物体m1的质量有所关联

D.如果恒力F沿着斜面往下拉连接体,那么轻绳拉力与倾斜角θ、动摩擦因数μ均没有关联

分析当恒力F沿着斜面往上拉连接体时,应把连接体m1与m2视为一个整体来看待,并根据加速度、牛顿第二运动定律相关知识进行分析和求解.

详解把连接体m1及m2视为整体,设加速度是a,则F-(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=(m1+m2)a;

以物体m2视为研究对象,设轻绳拉力大小为T,则T-m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a;

以此类推,当恒力F沿着斜面往下拉连接体时,

F+(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=(m1+m2)a′,

T′+m1gsinθ-μm1gcosθ=m1a′,

综合起来,只有D正确.

3 有效应用整体法,解决相对运动试题

在高中物理解题教学中,相对运动是一类难度相对较大的题目,虽然解答这类试题有多种思路,但是只有真正理清题意才会少走弯路,找到最合适的解题方案,提升整体解题效率.因此,高中物理教师在解题训练中,指导学生运用整体法处理相对运动类题目时,可以提示他们将整个运动看成整体,并从能量视角展开分析,使其能够快速、准确地完成解题[3].

分析这里要用到整体法,其中第(1)问可把物体与木板视为一个整体,第(2)问将整个运动过程视作整体进行研究.

图3 例3题图

详解(1)把物体与木板当作一个整体,结合动能定理可得

代入相关数据后求得v0=3 m/s;

(2)该木板和小挡板两者之间会不间断地进行碰撞,物体则一直在这个木板上往下运动,当整个系统能量被消耗完,木板最终才会停置小挡板出,物体则停置这个木板的最右端,因为该木板和小挡板之间碰撞前后能量保持守恒,那么把这个过程视为整体,根据能量守恒定律能够得到

μmgscosθ=mgLsinθ+mgsinθ(L+s)

代入相关数据后求得s=9 m.

4 有效应用整体法,解决动态电路试题

动态电路为高考物理中的常考点之一,处理这类试题时有效应用整体法,能够顺畅突破一些难题障碍.具体来说,高中物理教师在解题训练中,可以引领学生运用整体法来解决动态电路类试题,结合整体法明确电路中一些参数的整体变化情形,使其借助相关电学知识确定参数之间的关系,或者列出相应式子,让他们通过计算确定一些参数发生的变化情况[4].

例4如图4所示,在一个电路中,R1、R2、R3定值电阻,且大小都是R,滑动变阻器的大小范围为0～2R,电源电动为E,内阻为r,当滑片P移动时,以下说法正确的有( ).

图4 例4题图

A.a→b,电流表A的示数增大

B.a→b,电压表V的示数增大

C.a→b,R1消耗的电功率变大

D.b→a,滑动变阻器的电功率先变大再减小

分析本题中涉及电器元件较多,运用整体法时,可根据不同选项选择合适电器元件当作整体进行研究.

在高中物理解题教学活动中,教师需深刻认识到整体法的功能和作用.围绕整体法专门安排专项解题训练,引领学生根据解题的实际需求灵活应用整体法,精准找到解题的切入点,使其通过反复训练掌握整体法的使用方法与技巧,慢慢提升他们的解题水平与物理素养.