“惯性”思维在解决高中物理问题中的作用

刘建刚

摘 要： 本文通过列举高中物理的图像问题、平衡问题、电磁问题、热力学问题，让每一位物理教师和学生感受到学习物理的真谛，即对高中物理问题解决常规思路形成“惯性”思维。

关键词： 主动思维品质 图像问题 平衡问题 电磁问题 热力学问题

多年的学习与教学生涯，留给我印象最深的应该是高中物理的学习和近十年的高中物理教学。记得在高中物理学习过程中，高一高二学得迷迷糊糊，到了高三却豁然开朗。在高中物理教学过程中，总为某一道题难倒了学生而沾沾自喜，总为告诉学生处理物理问题的思路、方法、技巧而自我觉得高明。可是，总结了多年的教学过程却怅然若失，感到自己培养的是解决物理问题的机器，忽略了自己是在培养有主动思维品质的人。感悟之余，把自己的几点认识通过几个物理问题表达出来，希望能给同仁以借鉴。

一、图像问题

无图不成理，泛泛而言，几乎每一份物理高考卷，每一道物理高考题，都涉及图形。而这里我要谈的是二维坐标图像，在高中物理必修一的直线运动学习中，首先介绍了X—t图像和V—t图像，在此基础上，还会考查a—t图像和F—t图像，在选修物理教材中，还出现了B—t图像、P—V图像等。无论哪一类图像，在描述物理现象，掌握物理规律，分析物理问题，处理物理数据，进行物理计算等问题中，都有重要作用。而要利用好图像，可以把处理这类问题的思路化整为零，以问题的形式呈现给学生。可以设置这样几个问题，问题一：你找到了本题的关键词了吗？问题二：你能根据图像，把物体的运动图景详细准确地画出来吗？问题三：为什么会是这样运动呢？问题四：本题是什么样的题型？对应方面的知识体系你知道多少？问题五：你能列出解决本题的方程，并进行求解吗？如果学生能够完成老师所布置的任务，他们一定会在头脑中形成解决物理图像问题的思路，甚至还会自主形成处理物理问题的方法、技巧。

二、平衡问题

物体的平衡是历年高考考查的热点之一，试题形式多样，且都具有一定的难度和区分度。平衡问题分为两类：一类是静态平衡问题，另一类是动态平衡问题。有重力、弹力、摩擦力参与的平衡，也有电磁力参与的平衡问题。可谓是形式多样、变化多端。但解决这类问题的思路可以说有明确的主线。物理对于静态平衡问题，还是动态平衡问题，思路可以说是大同小异，一要审好题，找到关键词——平衡、匀速直线运动、静止状态；二要画好图，认清准确详尽的运动图景；三要构建物理模型——平衡类问题；四要受力分析，受力分析是关键，无论什么样的问题，只要涉及运动，就要搞清受力情况，因为力是改变物体运动状态的原因；五要找方法、找技巧、找处理策略，可以利用力的分解、合成、正交分解，视具体问题，采用不同策略，定量计算的一般利用数学运算的方法。定性分析的，既可以利用数学运算的方法，又可以利用作图法，尤其是动态平衡问题，更加凸显作图法的优越性，值得一提的是作图法一定要精确一些。我们来看这样一道物理习题：固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一小定滑轮，细线一端拴一小球m■，另一端绕过定滑轮与m■相连，L■=2.4R，L■=2.5R，如图，平衡时求两小球的质量之比？在解决本题的过程中，除了按照以上介绍的处理思路以外，应该采用作图的策略，可是作图特别要准确细心，看似具有较大难度的问题，却让我们有一种水到渠成的感觉。

三、电磁问题

电磁问题既与电路的分析计算密切相关，又与力学中的平衡、动量定理、功能关系等知识相联系。习题设计灵活性很强，具有较大的复习难度，学生掌握起来比较困难。但是在这类问题中，只要涉及有关运动的问题，处理的基本思路之中，仍然离不开图景认识、受力分析、模型构建等基本方法，只不过将电磁的知识体系与动力学的知识体系进行有机结合而已。在一次高考模拟试卷中有这样一道题：如图所示，K与虚线MN之间是加速电场，虚线MN与PQ之间是匀强电场，虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场，且MN、PQ与荧光屏三者互相平行，电场和磁场的方向如图所示，图中A点离开加速电场，速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场，在离开偏转电场后进入匀强磁场，最后恰好垂直地打在荧光屏上。已知电场和磁场区域在竖直方向足够长，加速电场与偏转电场的场强关系为U=■ED，式中的d是偏转电场的宽度，磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度V■关系符合表达式V■=E/B。若题中只有偏转电场的宽度d为已知量，则

（1）画出带电粒子轨迹示意图；

（2）磁场的宽度L为多少？

（3）带电粒子在电场和磁场中垂直于V0方向的偏转距离分别是多少？

处理这道物理习题的过程中，通过受力分析知道，在MN的左侧，带电粒子只受电场力作用，做初速度为零的匀加速直线运动；到了MN和PQ之间，仍然只受电场力作用，由于有水平的初速度，这时作的却是类平抛运动；到了PQ的右侧，在洛伦兹力的作用下，运动的形式变成了匀速圆周运动的一部分。构建了准确的物理模型，结合动能定理，利用类平抛的处理思想——化曲为直，根据匀速圆周运动向心力的来源——洛伦兹力提供向心力，以及对应的知识体系和几何知识进行列方程，看似繁杂的物理问题，解决起来却有一种轻松的感觉。

四、热力学问题

热力学是经典物理的重要组成部分之一，尽管在教学中或许并不存在突出的困难，但如何把握好热力学问题的处理，仍然很值得重视。热力学从能量转化的观点研究物质的热力学性质，总结了热现象普遍遵循的规律，这是一种热现象的宏观理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用，具有高度的普遍性和可靠性，热力学的基本方法就是从基本的热力学定律出发，应用各种态函数，得出系统处于平衡态时各种特性的相互关系，构成平衡热力学的基本内容。其在历年的高考中所占的分值虽然只有十分左右，却是不可丢失一分的。而处理热力学问题的基本思路并不是孤立的，仍然缺不了良好的思维品质——“惯性”。比如，已知理想气体的内能与温度成正比，如图所示的实线，汽缸内一定质量的理想气体由状态A到状态B的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能（？摇 ？摇）A.先增大后减小B.先减小后增大C.单调变化D.保持不变

因为PV/T为恒量，由图像与坐标轴围成的面积表示PV乘积，从实线与虚线等温线比较可得出，该面积先减小后增大，说明温度T先减小后增大，内能也先减小后增大。正是物态变化的图景的认识到位，恰当结合对应的知识体系，问题的解决也显得很简单。

以上仅仅谈了对整个高中物理部分题型的认识，但是，从所举得四种情况来说，也许能给我们以启发，无论什么样的物理题型，思考的主线都是一致的，即审题→找关键词→认清图景→分析→网罗对应的知识体系→列方程求解。可以说“惯性”思维支配着每一个物理教师和每一个学生，只不过知识体系、方法、技巧等不同而已。

参考文献：

[1]徐守兴.例析两道须用图像方可求解的物理题.物理教学探讨，2007（2）.

[2]迟永昌.高中物理图像的学习和应用.2005.4.

[3]林体俊.解决力和运动类物理问题的思路.物理周刊，2009.7.

[4]刘耿武.浅谈高中物理思路教学.新形势下教育管理理论与实践论坛，2009.9.