实现高中物理解题成功的“巧”意识

（闽南师范大学物理与信息工程学院，福建 漳州 363000）

实现高中物理解题成功的“巧”意识

黄永顺

（闽南师范大学物理与信息工程学院，福建 漳州 363000）

培养物理核心素养是中学物理教学的重要课程目标，其关键在于培养学生的思维方法。通过研究习题教学，培养学生解决实际问题的物理思维能力，养成科学的物理思维方式，努力培养实现高中物理解题成功的“巧”意识，不断提高核心素养。

物理解题；核心素养；思维方法

一、找准研究对象的巧妙意识

众所周知，一个物理问题所涉及的对象常常是多数的，如何恰当选取研究对象，是成功解决物理问题的关键，习题教学中培养学生巧妙地选择研究对象，是解决问题的第一步，常常能起到事半功倍的解题效果。

例1［1］.如图1，一根自由长度为L0的轻质弹簧一端固定在竖直墙上，另一端连着在水平面上质量为M的物块A，从而构成一个在水平光滑支持物上的弹簧振子。现在，在物块A上叠放上质量为m的物块B，再将A拉离平衡位置O，使弹簧伸长到某个长度（在弹性限度内），然后释放，让A与B一起在光滑水平面振动起来。已知A与B始终保持相对静止，M=3m，当A对平衡位置的位移大小为时，A的加速度大小为a0。求：A对B的摩擦力f与B对平衡位置的位移x的关系式。

图1

物体A与B始终保持相对静止，在光滑水平面上的振动是简谐振动，而A对B的静摩擦力 就是B受到的回复力。设弹簧的倔强系数为k，取O点为坐标原点，向左为正方向建立坐标系，如果选取以A、B组成的整体系统为研究对象，则由胡克定律和牛顿第二定律即可得：

同时，由简谐振动的力学特点F=-kx对整体可得：

对于物块B，A对B的摩擦力f即是B受到的回复力，而A与B的加速度相同。由牛顿第二定律得：

二、构建理想模型的巧妙意识

物理问题的解决过程在了解、分析物理过程的基础上获得的，当然有时还要借助草图，本质上讲，也就是物理模型的建立过程。物理模型有很多，包括实体模型、过程模型、条件模型等，习题教学中积极引导学生了解、熟悉和掌握高中常见的物理模型，有助于解题过程中物理模型的建立。为此，平时应注意引导启发学生养成构建合适的物理模型并应用物理模型处理比较复杂物理问题的良好思维习惯，提高物理核心素养。

例2.如图2，光滑水平地面上放着一个质量为M、半径为R的空心大球壳A，内有一质量为m、不计大小尺寸的光滑小球B。开始时A、B两小球均静止，B球从与A球球心的同一水平高度释放，试求：当B球到达A球的最底端时A球后退的距离？

题目刚看起来是变速运动问题、且与机械能有关，不容易下手，但稍加分析便会发现，这与人在船上走的“人船模型”属同一结构，可用动量守恒定律来解决问题。

图2

三、化解过程层次的巧妙意识

实际物理问题的过程都不是单一的，有的问题甚至是复杂的物理过程，当然，我们可以将它化解为相对简单的“子过程”，让问题简单化、层次化，达到化繁为简的目的，可增强学生解题的自信心。

例3［2］.如图3：长为L的轻绳一端系于固定点O，另一端系质量为m的小球，将小球从O点正下方L/4处，以一定初速度水平向右抛出，经过一定时间轻绳被拉直，以后小球将以O为支点在竖直平面内摆动，已知绳刚被拉直时，绳与竖直方向成60°角。

求：①小球平抛的初速度v0；

②在绳被拉紧瞬间，问支点O受到的冲量I；

③小球摆到最低点时，轻绳所受的拉力T。

图3

四、破除定势思维的巧妙意识

头脑中有着丰富的学科知识和解题经验当然是好事，但把思维停留在过去，在新的问题面前就容易形成认识上的误区。思维定势对解题的消极影响有时是相当强烈的。解题时为了突破某一难点，就必须用创新角度、创新视角来启动思维进行分析，破除定势思维，突破通常思维模式，提出异于他人的成功解题新思路。

例4.如图4所示，MN、PQ为足够长的光滑水平平行金属轨道，匀强磁场竖直向下，导电滑棒ab、cd的质量均为m，ab棒的初速度为零，cd棒的初速度为v0。求ab棒最终的速度为多大？整个过程中感生电流产生的热量为多少？

图4

学生初次接触这类问题时，常常局限于用电磁学知识来思考，感到无从下手，难度很大。如果换一个角度思考，用动量守恒定律及能的转化和守恒定律来求解，便能很快完成解答。在水平方向除了系统内两物体的相互作用外，不受其他外力作用，可以看作完全非弹性碰撞来处理。根据动量守恒有：mv0=（m+m）v，所以，根据能量守恒有：所以

五、活用等效思维的巧妙意识

等效法是物理学研究中的常用方法，其显著优点是能使物理问题化复杂为简单、变冗长为简捷；当然，用等效法解题时，也要注意等效的合理性。

图5

例5［3］.如图5所示，虚线框内各元件的参数匀未知，如果在其输出端a、b间再接一电阻Rx，测得通过Rx的电流Ix情况如下：当Rx=10Ω时，Ix1=1A；当Rx=18Ω时，Ix2=0.6A。问：当Rx为多大时，Ix等于0.1A？

一般情况下大家都是习惯将R1归并到电源内电阻中，用R'=R1+r代表电源内阻，再运用闭合电路欧姆定律，对三种情况列三个方程，计算起来十分麻烦，其实用等效法更简便。既然虚框内各元件的参数未知，就可以把框内各元件看成一个等效电源，再与Rx串联，这样问题当然就简单了。设框内等效电源电动势为 ε0，等效内阻为 R0，根据闭合电路欧姆定律得：Ix=ε0/（R0+Rx），根据题意：

I=ε0/（10+R0） ……（1）

0.6=ε0/（18+R0） ……（2）

联立（1）（2）式得：ε0=12V；R0=2Ω。

同时，再针对第三种情况列式：0.1=12/（2+Rx）。所以Rx=118Ω。

六、精用逆向思维的巧妙意识

物理普遍性问题的解决往往都有相对固定的思维方式，不过有时反过来想一想，则往往会有意想不到的效果。逆向思维是思维向相反方向重建的过程，中学物理中许多概念、规律具有可逆性。在符合物理理论依据的框架内，以学生深刻理解整个物理过程和物理规律为基础，针对题目实际情况，实施逆向假设思维，有时也的确能够使某些棘手问题的解答峰回路转。

例6.以初速v0竖直上抛一小球，如果不计空气阻力，试求：小球从抛出到动能减少一半的上升过程中所经过的时间？

七、适用极端思维的巧妙意识

从题目给出的条件出发，假设某种变化，恰当地选取某个物理量并将其推向极端，如“极大”或“极小”“极左”或“极右”等等，从而把比较隐蔽的临界现象或“各种可能性”充分暴露出来，帮助做出判断或导出结论，以便于下手解答，这就是运用极端思维的优势。

例7.用细线AO，BO悬挂重物，BO水平，AO与竖直线成45°角如图6所示，若AO，BO能承受的最大拉力分别为10N和5N，OC能承受足够大的拉力，为使细线不被拉断，则重物的最大重力是多少？

图6

八、赋予特殊数值的巧妙意识

赋予特殊数值分析方法（如假定某一物理量为零，或是足够大的值）往往能够实现速解的目标。特别是运用赋予特殊数值法解选择题优势更为明显。用此法解题的关键是选好变量，选出的变量要在变化过程中，存在极值或临界值，然后把这些值与题目给出的答案对照，进而剔除、判断，从而选出正确的答案。

例8.倾角为θ的斜面上有一个质量为m的物体，在水平推力F的作用下移动了距离为s（如图7所示）。如果物体和斜面间的摩擦因数为μ，则推力F所做的功为：

图7

若假定θ=0，则推力所做的功Fs,以θ=0代入题中的四个答案中，只有结果为Fs对，故应选B。

九、运用整体思维的巧妙意识

整体思维是一种综合思维，是多种思维的高度综合，思维层次高、理论性强、有较高的运用价值。因此在研究与学习物理过程中善于运用“整体法”研究分析、处理和解决物理问题，既能体现知识的综合贯通，又能体现为思维的有机组合。灵活运用整体思维常常可以产生意想不到的效果，展示“变”的魅力，常将物理问题“变繁为简、变难为易”，习题教学中注意整体思维的训练有助于提高学生物理核心素养的层次。

例9.如图8，粗糙的水平面上放有一个三角形木块，并分别在它的两个粗糙斜面上放着质量分别为m1和m2的小木块，设m1＞m2，示，现已知三角形木块和两个小木块都处于静止状态，则粗糙水平面对三角形木块：

A.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向右；

B.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向左；

C.有摩擦力的作用，但不能确定摩擦力的方向，因为未给出m1、m2、θ1、θ2的数值；

D.A、B、C结论都不正确。

图8

应选D。该问题中，三物体都处以静止状态，可以用整体法分析。因为三物体构成的整体—把三个物体当作一个物体“整体”来看，受力平衡，显然，在水平方向上该“整体”不受外力的作用，在水平方向上没有运动趋势，自然不受摩擦力的作用。其实本问题中，即使两个小木块不是静止的，而是沿斜面匀速下滑，结论仍然相同。

解决物理问题选择方法很重要，方法得当，问题简单！而如何科学合理选择物理方法解决相应的物理问题，取决于学生整体物理素养的水平。物理习题是检查、训练学生运用物理知识解决实际问题的重要教学环节，通过有效习题教学，训练和培养学生物理思维方法，促进其综合运用物理知识解决问题能力的发展，培养物理核心素养，实现物理课程目标。

［1］吴超男.中学物理高效课堂教学的智慧展现［J］.物理教学，2014（7）.

［2］张维善.牛顿运动定律的历史追问与现实教学［J］.物理教学探讨，2011（5）.

［3］陈洋，曹先辰.在中学物理教学中应用精加工策略的探究［J］.物理教师，2013（3）.

［1］田世昆，胡卫平.物理思维论［M］.南宁：广西教育出版社，1996.

G633.7

A

1673-9884（2017）02-0088-04

2017-01-23

2015年福建省本科高校教育教学改革研究项目（JAS151293）

黄永顺，男，闽南师范大学物理与信息工程学院副教授。