例談高考物理常見的思想方法

1、例談高考物理常見的思想方法 縱觀近幾年物理高考試題，不難發(fā)現(xiàn)盡管高考試題千變?nèi)f化，但題中用到的基礎(chǔ)知識、基本規(guī)律不變，常用的物理思想方法沒有變。學(xué)習(xí)物理，主要就是學(xué)習(xí)知識和方法。知識是方法的載體，方法是知識的源泉，俗話說：“授之以魚不如授之以漁?！笨梢妼W(xué)會方法比掌握知識更重要。學(xué)生平時若能掌握正確的物理思想方法，就可以把復(fù)雜的問題化繁為簡、化難為易。高考物理思想方法有很多，例如：圖像法、等效轉(zhuǎn)換法、物理模型法、微元法、估算法、逆向思維法、類比法、整體法和隔離法等等，本文通過對試題的分析重點闡述前面幾種物理思想方法。一、圖像法圖像法是運用圖像來表達(dá)某種信息、分析規(guī)律、求解物理結(jié)論的方法。通過物理

2、圖象能夠直觀、形象的描述兩個物理量之間的關(guān)系、物理過程、物理規(guī)律。要想認(rèn)識和利用好圖像，可以從下面幾個角度去分析：（1）坐標(biāo)軸的物理意義弄清兩個坐標(biāo)軸各代表什么物理量，以便了解圖像所反映的是哪兩個物理量之間的關(guān)系。有些圖像，雖然形狀相同，但是由于坐標(biāo)軸所代表的物理量不同，它們所反映的物理規(guī)律就截然不同，如位移-時間圖像和速度-時間圖像，振動圖像和波動圖像等。（2）圖像的特征注意觀察圖像是直線、曲線還是折線，從而弄清圖像所反映的兩個物理量之間的關(guān)系，進而明確圖像所反映的物理內(nèi)涵。特別是圖線是直線形式的，我們要盡可能的推導(dǎo)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，以便能更深刻的認(rèn)識圖像。（3）截距的物理意義截距往往反映物理

3、過程中的特殊狀態(tài)。如勻變速直線運動的速度圖象與縱軸的截距表示物體的初速度。在實驗中有些特定的狀態(tài)不好加以測量，一般利用外推的實驗思想，巧妙的利用截距來求解問題。（4）斜率的物理意義圖象的斜率或圖象上某點切線的斜率是函數(shù)對自變量的變化率，反映了一個物理量隨另一個物理量變化的快慢程度。如：圖像的斜率為速度，圖像的斜率為加速度，圖像的斜率為感應(yīng)電動勢等。（5）面積的物理意義有些物理圖像的面積代表一定的物理含義。一類是圖象本身與坐標(biāo)軸所圍的面積表示某一物理量。比如v-t圖象所圍的面積表示物體的位移等。另一類是圖象上某點與坐標(biāo)軸構(gòu)成的矩形面積表示某一物理量。比如在測定電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，u-i圖

4、象上任意點與坐標(biāo)軸構(gòu)成的矩形面積，表示電源的輸出功率。如圖線與軸所夾的面積代表位移；圖線與軸所夾的面積代表功；圖線與軸所夾得面積代表電量等。當(dāng)然，也不是所有的圖線與橫軸所圍的面積都有物理含義，比如圖線與軸所夾的面積就沒有意義。（6）交點和拐點的物理意義圖象的交點不僅表示兩個物理過程的兩變量坐標(biāo)數(shù)值相等，有的還是解決問題的隱含條件。比如v-t圖象中兩條圖線的交點，不僅表明某時刻兩物體速度相等，而且可能隱含著物體之間有最大或最小距離的條件。物理圖像的拐點既有坐標(biāo)數(shù)值，也有特殊物理意義，雖然物理量在拐點兩側(cè)滿足不同的變化規(guī)律，但它是兩種不同情況變化的交界更是銜接點或紐帶。利用圖象分析物理問題，常見的

5、有這樣幾種：（1）可以運用圖象直接解題。一些對情景進行定性分析的問題，如判斷質(zhì)點的運動性質(zhì)、過程是否能夠?qū)崿F(xiàn)，物理量的變化規(guī)律等，?？蛇\用圖象直接解答。由于圖象直觀、形象，因此解答往往特別簡捷。（2）運用圖象能啟發(fā)解題思路。圖象能把物理過程展現(xiàn)得更全面、直觀，因此可以從整體上把握各個物理過程的聯(lián)系和特點，使思路更清晰。許多問題，當(dāng)用其他方法較難解決時，常能從圖象上觸發(fā)靈感。（3）圖象還能用于實驗。用圖象來處理數(shù)據(jù)，可避免繁雜的計算，較快地找出物理規(guī)律，求出所求物理量的平均值以減小誤差。也可用來定性的分析誤差。例：在測電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中得到的實驗圖線如圖所示，圖中u為路端電壓，i為干路電

6、流，a、b為圖線上的兩點，則在相應(yīng)的狀態(tài)下：（ c）a電源的輸出功率papb b電源內(nèi)電壓ua內(nèi)ub內(nèi)c電源連接的外電路電阻rarb d電源的效率解析：本題中電源輸出功率可以從圖中a或b點橫縱坐標(biāo)圍成的面積比較；電源內(nèi)電壓可以從圖中用縱截距減去各點縱坐標(biāo)而得；外電路電阻從圖中各點與原點連線的斜率來比較；電源的效率可以先轉(zhuǎn)化成=11+rr100%，還是比較外電路電阻。二、 等效轉(zhuǎn)換法等效轉(zhuǎn)換法就是在保證效果相同的前提下，用已掌握的熟悉和簡單的物理對象、過程、現(xiàn)象替代實際上陌生和復(fù)雜的物理對象、過程、現(xiàn)象的方法。例如：力的合成與分解中合力與分力的相互替代；運動的合成與分解中，合運動與分運動的相互替

7、代；重心、串、并聯(lián)電路的總電阻、交流電的“有效值”概念的引入等，都貫穿著等效替代的思想。利用等效法不但能將問題由繁變簡、由難變易，而且能啟迪思維，增長智慧，從而提高能力。“等效”并非指問題的各個方面效果都相同，而是強調(diào)某一方面的效果。所以一定要明確問題在什么條件、什么范圍、什么方面等效。高中物理常見的有：電路等效、場等效、過程等效、概念等效、條件等效、電器元件等效等。例1：如圖所示，r1、r2為定值電阻，r3為滑動變阻器。3個電阻采用如圖（a）方式接在電源上，已知r13、r212?，F(xiàn)利用電壓傳感器（相當(dāng)于電壓表）和電流傳感器（相當(dāng)于電流表）研究r3上的電壓與電流變化關(guān)系，任意滑動r3上的滑片，

8、通過數(shù)據(jù)采集器將電壓與電流信號輸入計算機后，在屏幕上得到的u-i圖像為如圖（b）所示的一條直線（實線部分）。試求：（1）電源的電動勢和內(nèi)電阻（2）r3的最大阻值（3）r3消耗的最大功率。解析：（1）略（2）略（3）由得：當(dāng)時，功率最大。評注：第（3）問還可以用“等效電源”的方法來解，把電源和r1、r2看成e=4.5v,r=3的等效電源來處理。.b例2：半徑r=0.8m的光滑絕緣導(dǎo)軌固定于豎直面內(nèi)，加上某一方向的勻強電場后，帶電小球沿軌道內(nèi)側(cè)做圓周運動，小球動能最大的位置在a點，圓心o與a點的連線與豎直方向的夾角為，如圖11所示.在a點時小球?qū)壍赖膲毫n=120n，若小球的最大動能比最小動能

9、多32j，且小球能夠到達(dá)軌道上的任意一點（不計空氣阻力）。試求：（1）小球最小動能等于多少？（2）若小球在動能最小位置時突然撤去軌道，并保持其他量不變，則小球經(jīng)0.04s時間后，其動能與在a點時的動能相等，小球的質(zhì)量是多少？解析：（1）我們將帶電小球受到的重力和電場力等效為一個力f（f即為重力和電場力的合力），設(shè)小球動能最小位置在b處（該點必在a點的對稱位置），此時，由牛頓第二定律和圓周運動向心力公式可得：，從a到b，由動能定理得：，可解得：，（2）撤去軌道后，小球?qū)⒆鲱惼綊佭\動（ba方向上勻加速、垂直于oa方向上勻速直線運動的合運動），根據(jù)機械能守恒，0.04s后，將運動到過a點且垂直于oa

10、的直線上.運動過程的加速度為：，根據(jù)平拋運動規(guī)律可得：，可解得：。評注：第一問把重力和電場力等效為一個“等效重力”，第二問中把小球的運動等效成“平拋運動”。例3：如圖所示，在磁感應(yīng)強度為b=2t，方向垂直紙面向里的勻強磁場中，有一個由兩條曲線狀的金屬導(dǎo)線及兩電阻（圖中黑點表示）組成的固定導(dǎo)軌，兩電阻的阻值分別為r1=3、r2=6，兩電阻的體積大小可忽略不計，兩條導(dǎo)線的電阻忽略不計且中間用絕緣材料隔開，導(dǎo)軌平面與磁場垂直（位于紙面內(nèi)），導(dǎo)軌與磁場邊界（圖中虛線）相切，切點為a，現(xiàn)有一根電阻不計、足夠長的金屬棒mn與磁場邊界重疊，在a點對金屬棒mn施加一個方向與磁場垂直、位于導(dǎo)軌平面內(nèi)的并與磁場邊

11、界垂直的拉力f，將金屬棒mn以速度v=5ms勻速向右拉，金屬棒mn與導(dǎo)軌接觸良好，以切點為坐標(biāo)原點，以f的方向為正方向建立x軸，兩條導(dǎo)線的形狀符合曲線方程（m），求：（1）推導(dǎo)出感應(yīng)電動勢e的大小與金屬棒的位移x的關(guān)系式。（2）整個過程中力f所做的功。（3）從a到導(dǎo)軌中央的過程中通過r1的電荷量。 解析：（1） （2）因x=vt，所以由于導(dǎo)體做勻速運動，力f所做的功等于電路中電流所做的功。有效值導(dǎo)體切割磁感線的時間，電路中總電阻拉力f所做的功（3）由可知emax=bs=m，所以通過電阻r1的電量為 評注：本題中的物理情景對學(xué)生來說雖然陌生，但第一問中由題意寫出切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢表達(dá)式還是比較

12、容易的。由表達(dá)式可知是正弦式交變電流，由于運用了等效替代法，使看似復(fù)雜的問題變得非常簡單。三、構(gòu)建物理模型法物理建模就是從復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程中抽象出研究對象的本質(zhì)特征，構(gòu)建理想化的物理模型。通過建立物理模型可以排除事物中非本質(zhì)因素和次要因素的干擾，突出事物的主要方面，揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)；可以使人們更加形象、簡捷地分析和解決物理問題。物理問題從一定意義上說，都是依照一定的物理模型來擬定的，解題過程實質(zhì)上就是分析和還原物理模型的過程。但在實際物理的學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往不會根據(jù)題目所給的情景，恰當(dāng)迅速的構(gòu)建物理模型。在實踐中感悟、認(rèn)知、體驗是構(gòu)建物理模型的有效方法。讓學(xué)生做生活的有心人，比如：觀察體育

13、課上的跳高，推鉛球，扔標(biāo)槍，接力賽中接棒等等活動，聯(lián)系物理知識，可構(gòu)建豎直上拋運動，斜上拋運動，勻加速直線運動等模型，從而使問題大大簡化。教學(xué)中教師還要有意識地引導(dǎo)學(xué)生對各種物理模型進行分類，比較，形成系統(tǒng)完整的知識體系。例如：講天體的運動，我們把各類天體的運動簡化為勻速圓周運動。物理模型是對事物原型的簡化和提純，高中常見的物理模型包括：（1）物理對象模型：如力學(xué)中有質(zhì)點、輕繩、輕桿、彈簧振子、單擺；電學(xué)中有點電荷、試探電荷、理想電表、理想電源、純電阻等。（2）物理過程模型：如勻速直線運動，勻變速直線運動、自由落體運動、勻速圓周運動、簡諧運動等。（3）物理情境模型：船渡河模型、“水流星”模型、

14、人船模型、子彈打木塊模型等。例1：在原子反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動血液等導(dǎo)電液體時，由于不允許傳動的機械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，如圖為這種電磁泵的結(jié)構(gòu)圖。將導(dǎo)管放在磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)電液體時，這種液體即被驅(qū)動。如果導(dǎo)管中截面面積為ah，磁場的寬度為l，磁感應(yīng)強度為b，液體穿過磁場區(qū)域的電流強度為i，求驅(qū)動力造成的壓強差為多少？分析：題干中用了相當(dāng)數(shù)量的文字介紹電磁泵，但在涉及到液體被驅(qū)動原因時又避而不談，有意設(shè)下陷阱。通過審題發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電流流過液體時，液體即為載流導(dǎo)體，在磁場中將受安培力作用而被驅(qū)動，所以液體通電后可視為導(dǎo)體，從電磁場的原理圖中可抽象出如圖所示的模型

15、，即通電導(dǎo)體在磁場中受力模型。解析：以載流導(dǎo)體為研究對象，設(shè)液體沿v的方向流動，根據(jù)安培力公式知載流導(dǎo)體受到的安培力為f=bih，其方向由左手定則判定。又壓強，且s=ah，聯(lián)立解得例2：如圖為一個方形的裝水容器，當(dāng)容器以加速度a向右做勻加速運動時，求容器的水面與水平面的夾角為多大？分析：當(dāng)容器勻加速運動時，設(shè)容器內(nèi)的水面與水平面的夾角為，類似于一個斜面，我們可以運用斜面模型，取一微元水為研究對象，在重力和支持力的共同作用下向右做勻加速運動，它與放在光滑斜面上的小物體運動遵循相同的規(guī)律，再運用牛頓運動求解。解析：取質(zhì)量為m的微元水為研究對象，由受力圖可得nsin=ma和ncos=mg，聯(lián)立解得容

16、器的水面與水平面的夾角。四、微元法利用微分思想的分析方法稱為微元法，微元法就是把研究對象分割成無限多個無限小的部分，或把物理過程分解成為無限多個無限短的過程，抽取其中一個微小部分或極短過程加以研究的方法。運用這種方法往往可以將變量轉(zhuǎn)化為常量，使復(fù)雜問題變得簡單易解。微元法解題的關(guān)鍵是首先正確選取具有代表性的“微元” ，運用牛頓第二定律等相關(guān)定律寫微分表達(dá)式；其次了解常見的幾種微積分關(guān)系，比如：位移對時間的變化率瞬時速度：，求位移：；速度對時間的變化率加速度：，求速度；通過導(dǎo)體某一截面的電量對時間的變化率電流強度：，求電量等；再積分求和得解。學(xué)生掌握微元思想是對這些物理概念、規(guī)律的理解，開拓解決

17、物理問題的新途徑，特別是對變力作用下的曲線運動的處理更是一次重大的突破。例：如圖所示，水平放置的導(dǎo)體電阻為r ，r與兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌相連，導(dǎo)軌間距為l ，其間有垂直導(dǎo)軌平面的、磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場。導(dǎo)軌上有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab以初速度v0向右運動。求這個過程的總位移？解析：根據(jù)牛頓第二定律，導(dǎo)體棒在運動過程中受到安培力作用，導(dǎo)體棒做非勻減速運動， 在某一時刻取一個微元 變式 兩邊求和 因 故 得 五、估算法物理估算,一般是指依據(jù)一定的物理概念和規(guī)律,運用物理方法和近似計算,對所求物理量的數(shù)值、數(shù)量級或物理量的取值范圍,進行大致的推算。 中學(xué)物理中常用的估算法主要有:常識估算法、理想

18、模型估算法、合理近似估算法、設(shè)計實驗估算法等。估算問題，往往能夠體現(xiàn)解題者是否有明確的物理思想與求解物理問題的靈活方法，也往往體現(xiàn)出他是否具有優(yōu)良的科學(xué)素質(zhì)，因此在各類考試中，估算題是屢見不鮮的。解決估算問題的主要思路有：建立必要的理想化模型，這是解答估算題的關(guān)鍵；挖掘隱含的題設(shè)條件；尋找估算的依據(jù)，這是解題的重要環(huán)節(jié)；借助于物理常數(shù)及日常生活常識，簡化求解過程和計算難度，科學(xué)處理數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)合理的結(jié)論。例：如圖所示，演員正在進行雜技表演。由圖可估算出他將一只雞蛋拋出的過程中對雞蛋所做的功最接近于（a）a0.3j b3j c30j d300j解析：本題考查功能關(guān)系及對估算問題的處理。一只雞蛋的質(zhì)量大約為0.06kg,由圖結(jié)合人的身高與身體各部分的比例可知雞蛋上升的最大高度約為0.5m，雞蛋從速度為零開始到最高點的過程中，人對雞蛋做功轉(zhuǎn)化為雞蛋的重力勢能，故有j=0.3 j（估算題只要數(shù)量級對應(yīng)即可）。六、逆向思維法所謂“逆向思維”，簡單來說就是“倒過來想一想”,即不按習(xí)慣的思維方向，從其反向進行思考的一種思維方式。對于某些物理問題，當(dāng)用常規(guī)的方法解決較為繁難時，若打破常規(guī)，逆向思考，往往會化繁為簡，化難為易。應(yīng)用逆向思維解題，對于促進學(xué)生更好地理解知識