2018高中物理教学中要注重物理学思想与方法的教育

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高中物理教学中要注重物理学思想与方法的教育
一直以来，高中物理都是学生谈虎色变的学科，大多数学生感觉无力难学，也有一部分老师认为物理难教，笔者根据自己的教学经验，分析得出了出现这种现象的原因之一是：教与学的过程中，老师和学生忽视了物理学思想与方法的教育和学习.因为不论试题类型是什么样，题目多么得新颖，教育改革如何深入与变化，物理学思想和解题方法永远不变，这是解决物理问题最根本的东西，所谓万变不离其宗，就是这个道理.因此，只要我们掌握了物理学的思想和解题的方法，就能轻松学好物理.
　　笔者总结了高中阶段最常涉及的物理学思想与方法有：整体法和隔离法，等效法，极限思维，图象思维，临界思维，守恒法，正向思维和逆向思维，对称法，数学法，一共九种，现就这些方法，一一进行简单的分析.
　　1 整体法和隔离法
　　整体法是对物理问题的整个系统或整个过程进行分析研究的方法；而隔离法恰恰与整体法相反，它是将物理问题中某个研究对象或者某个运动过程隔离出来进行分析研究的方法.这两个方法一般情况下是同时使用以用来研究多物体系统或多运动过程的问题.
　　例1 如图1所示，一人用一定滑轮和一吊椅将自己吊起.设运动员的质量为m人，吊椅的质量为m椅=15 kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦.重力加速度取g=10 m/s2.当运动员与吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升时，试求：（1）运动员竖直向下拉绳的力；（2）运动员对吊椅的压力.
　　解析 （1）首先利用整体法，将人和吊椅看做整体进行分析.设该人受到绳向上的拉力为F，由定滑轮的性质可知吊椅受到绳的拉力也是F.对整体进行受力分析如图2所示，则有
　　2F-（m人-m椅）g=（m人+m椅）a，
　　F=（m人+m椅）（g+a）.
　　（2）这里要用隔离法，将人隔离开单独分析.设吊椅对运动员的支持力为FN，对运动员进行受力分析如图3所示，则有
　　F+FN-m人g=m人a，
　　得FN=m人（g+a）F.
　　点评 很多情况下，隔离法和整体法不是对立的，应该结合在一起进行分析.
　　2 等效法
　　等效法在物理实验中应用比较广泛，但在解决其他物理问题中也有很强的实用价值.等效法简单来说就是在保证效果相同的条件下，将复杂的、陌生的物理情境转换为简单的、熟悉的物理情境，以用来快速解决问题.
　　例2 如图4所示，点电荷A带正荷，电荷量为Q，长金属板MN接地，点电荷A与板MN相距为d，C为点电荷A与板MN的连线的中点，按照图中所示组成一系统.求C处的电场强度的大小.
　　解析 根据静电性质，由于金属板MN接地，可知MN处电势为零.我们知道一对等量异号的点电荷在其连线的中垂线上的电势也为零，因而可以将该题等效为两个等量异号电荷组成的静电场.等效后的电场为图5所示.再根据点电荷形成的叠加电场的性质可以求得C点的电场强度.
　　EC=EA+EB
　　=kQ（d/2）2+kQ3d/2=40kQ9d2.
　　点评 等效法往往可以将较复杂的因素用较简单的因素来替代，从而帮助我们快速解题.不过用等效法的前提是两个物理问题的效果必须相同.
　　3 极限思维
　　极限思维一般可以快速解决复杂的问题.这种思维的主要特点是将物理问题推向极端，并以此为依据进行科学的分析，最终得出一般性结论.极限思维的突出表现方式是极端法和微元法.
　　例3 如图6所示，两个点电荷均带+Q的电荷量，分别放在MN两侧，两点电荷距离MN均为L，且它们的连线与MN垂直交点为O.求MN上场强的最大值.
　　解析 本题可利用极限思维来解题.首先我们可以知道O处的场强为零，沿着MN的无穷远处电场也为零.根据性质可知在MN上的水平分量相互抵消（图7），所以有
　　E=2（E1sin）=2kQ（L/cos）2sin，
　　将上式平方得
　　E2=2k2Q2L4cos2cos2（2sin2），
　　由于sin2+cos2+2sin2=2，
　　所以当cos2=2sin2，即tan=22时，E有最大值为
　　Emax=469kQL2.
　　点评 本题利用了数学中的三角函数的性质来解极值问题，对数学能力有很高的要求.因此也提醒我们，掌握必要的数学知识是学好物理的基础.
　　4 图象思维
　　图象思维直观明了，且包含了大量信息，是很多学科都会涉及的思维方法，在物理学习过程中，经常会遇到各种图象，我们往往可以根据图线的交点坐标、斜率、截距、面积等信息解决问题.这也是近年来高考中最常出现的一种考查方式.
　　例4 小明开车从家出发，他使汽车以恒定功率的形式行驶了5分钟后汽车的速度达到了72 km/h，那么汽车在这5分钟内行驶的距离为
　　A. 大于3 km B. 3km C. 小于3 km D. 不能确定
　　解析 本题通过数学计算比较繁琐，若我们熟悉掌握运动的v-t图象，则可以通过图象法快速解答本题，而不必求出具体的数据.如图8所示，画出汽车在这5分钟内的v-t图象.根据图象我们可以知道图象下的面积等于汽车的位移，它大于阴影部分的面积，二阴影部分的表示的是汽车行驶了3 km，所以选A正确.
　　5 临界思维
　　临界思维就是我们物理中最常提到的一个名词临界状态的抽象.以临界状态为考查内容在高考中一直是一个热点，因此搞清楚了临界状态，就能解决很多看似复杂难以解决的问题.
　　例5 如图9所示，在x轴的下方区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，已知该磁场的磁感应强度大小为B.带正电的粒子从O点以速度v0射入磁场，它与x轴正向夹角为，运动一直在xOy平面内，并最终在A点射出磁场.OA的距离为l，求该粒子的荷质比q/m.
　　解析 由带电粒子在匀强磁场的运动可知，该粒子从A点射出时速度的大小仍为v0，射出方向与x轴的夹角仍为.运动过程中洛伦兹力提供向心力，所以有
　　qv0B=mv20R，（式中R为圆轨道的半径）
　　由几何关系可得轨道的圆心处在OA的中垂线上，可得
　　l/2=Rsin，
　　联立以上两式，解得qm=2v0sinlB.
　　点评 粒子在有边界的磁场运动时，由于各种条件的限制，而出现临界问题，临界状态一般包括带电粒子恰好不能从磁场的某个边界射出或恰好能从某个边界射出.解题的关键是圆心的确定、半径的确定及计算、运动时间的确定，在此不再赘述.
　　6 守恒法
　　守恒定律是高中物理的重点和难点，也是历年高考中常见的考点，在高中物理学习中，我们最熟悉的就是能量守恒定律、动能守恒定律、动量守恒定律、核反应中的守恒以及电荷守恒等.
　　以机械能守恒定律为例，其主要涉及两个方面，一是单个物体的机械能守恒，二是多物体也就是系统的机械能守恒.解题的关键是判断是否守恒.判断单物体的机械能是否守恒有两种方法：（1）物体在运动过程中只有重力做功，物体的机械能守恒；（2）物体在运动过程中不受媒质阻力和摩擦阻力，物体的机械能守恒.两个或两个以上的物体所构成的系统，其机械能是否守恒，要看两个方面：（1）系统以外的力是否对系统对做功，系统以外的力对系统做正功，系统的机械能就增加，做负功，系统的机械能就减少.不做功，系统的机械能就不变.（2）系统间的相互作用力做功，不能使其它形式的能参与和机械能的转换.
　　以上只是物理学思想和方法的粗浅解释，其实需要我们深入挖掘和学习的还有很多.我们只需要记住：学习是一门学问，知道通过学习物理思维方法来学习物理的人，才是真正掌握了学习窍门的人.