高中物理应用整体法解题的研究

陈庆涛

(甘肃省庆阳第一中学,甘肃 庆阳 745000)

解题方法的正确选择通常是解决相关物理问题的重中之重,而整体法作为极其重要的一种解题方法,其可以使物理问题得到有效简化,在促进解题效率提高的同时,实现解题时间的缩短.通过对以前的物理试题加以分析可知,整体法已成了当前考查的热点,也成为学生解决难点问题的重要方法.因此,高中物理的解题教学中,教师需注重讲解整体法,这不仅可以使学生立足于整体,呈现出事物的变化规律及其本质,有效避开解题中的繁琐推理,实现问题的高效解决,而且还能使学生在进行问题思考与解决的时候,不再局限于局部,更多地是站在整体的角度,全面地分析问题,以提高学生分析与解决物理问题的能力.

1 整体法及其选用原则概述

1.1 整体法内涵

高中物理解题中,可以将系列的运动全过程看作为整体,也能将存在关联的对象看作为整体,即整体法就是由个体至全局的一种解析思路,最重要的就是理解到物理现象存在的本质,接着,将其重新组合为存在关联的物体,依据整体能量变化、动量变化及其受到外力的状况,列出相应的方程式,以实现物理问题有效解决的目的.同时,因为整体法是站在全局的角度来看待问题的,所以,其忽视了系统内部各个物体之间存在的相互作用即机械运动中的细节,这就会减少整个运算量,把复杂的问题简单化,从而促进解题效率的提高.

1.2 整体法的选用原则

目前,高中物理解题中,整体法的运用还不是很多,并不是所有与平衡有关的问题都能运用整体法解决,一般来说,满足以下条件的可运用整体法加以解决:第一,求取的物理量仅是与研究系统有关,而与系统内部的相关细节无关;第二,求取的物理量涉及到整个运动过程,但与某个时段运动的过程无关;第三,通过系统化的物理规律解决物理问题,类似于动能定理、机械守恒定律等;第四,系统当中的各个物体的加速度都是相同的,类似于平衡状态,以及需加以分析的系统外的力,也就是外力,而非系统内的各个物体间存在的相互作用,即内力;凸显出主要矛盾,即研究的外力,避开次要矛盾,即系统内力[1].

2 应用整体法解决物理问题的思路

高中物理解题中,运用整体法的思路具体为:第一,确定具体的研究对象,需与试题中的情境相结合,实施科学选择,主要就是选择和周围环境存在关联,且已知条件相对较多的,当面对相对复杂的物理问题时,需关注到物体各个部分存在的制约,并分离出多个对象,才能实现物理问题的有效解决;第二,物理问题解决的关键是对受力点开展受力分析.常规来说,可先对电场力、磁场力、重力实施分析,接着,分析弹力、摩擦力等接触力,最后再对其他别的力实施分析,或者是采取先进行重力分析,再进行弹力、摩擦力分析,然后再对其他力加以分析,经过该顺序,对物体实际受力情况进行准确分析.通过这一顺序加以分析的主要目的是防止多力、少力或者弄错力的方向[2].第三,依据受力分析状况以及研究对象的具体运动过程,与定律相结合,获得物体受力平衡的平衡方程、动量守恒的方程或者是能量守恒的方程,然后联立公式加以计算,就能够求出相应的物理量,或者是判断出物体的具体运动状态.

3 高中物理应用整体法解题的策略

3.1 整体法应用于解答受力分析题

受力分析属于高中物理教学中的一种基础知识,想要使学生充分掌握分析受力情况的技巧,提高学生分析受力情况的效率,教师就需要引导学生应用整体法进行受力分析相关试题的解答,以便于学生深刻感受到整体法在解题中的便利,并实现解题效率的提高.

例1如图1所示,在大磅秤上放一个大的木箱,在箱子内放个小的磅秤,一个人站到小磅秤上,在某个时刻,其用力朝上推箱的顶部,人与其他物体都处于静止状态,那么,两磅秤的示数为( ).

图1 例1题图

A.小磅秤与大磅秤的示数同时增大

B.小磅秤的示数明显增大,大磅秤的示数则不变

C.小磅秤的示数明显增大,大磅秤的示数明显减小

D.小磅秤的示数保持不变,大磅秤的示数明显增大

本题主要对学生分析受力情况进行考查,分析受力的时候,通常需运用整体法,以实现整体和局部之间的关系有效处理.在对大磅秤的示数进行分析时,则是把人、木箱、小磅秤看作为整体,人推木箱的顶部,可以不考虑其内部力,所以,大磅秤的示数通常是不会有变化的,将人作为研究对象,向上推木箱,则会形成木箱反作用力,这就会使小磅秤压力增加,所以,小磅秤的示数会明显增大,由此可知,运用整体法进行受力分析,则能得出正确的答案B.

3.2 整体法应用于多次作用题

与物体的多次作用有关的试题,其过程通常是十分复杂的.如果在解题时采取的解题方法错误,不仅会使计算过程十分繁琐,而且还极容易出现错误,而整体法的运用,整个教学过程以及解题步骤就会变得更加简单,可以使学生在解题时,少走弯路,并引导学生通过整体法对多次作用题进行分析,以深化学生对学习知识的理解与掌握,并促进学生解题水平的提高[3].

例2如图2,光滑水平面上放了相等质量的5个物块,每个物块之间间隔相应的距离,并排列成一条直线,第1个物块的初动能是E0,将其依次和4个物块产生碰撞,在每次碰撞之后,就不会分开,最后,把5个物块连成整体,那么,这个整体的动能是( ).

图2 例2题图

解决本题,需分别考虑到每次的碰撞过程,需多次运用动量守恒定律,其解决过程通常十分繁琐,而通过整体法的合理运用,则能把5个物块看作成整体,只要经过相对简单的计算过程,就能计算出正确答案是C.

3.3 整体法应用于平衡类试题

高中物理平衡类试题一般涉及到多个力和多个物体间的相互作用,从问题平衡的整体入手,往往能够化繁为简,快速地找到平衡条件[4].其中,在对研究对象进行选择时,可将几个单个物体看作是一个整体,然后分析其受力情况,简单、高效地解决问题.

例3一个直角三角形物体B下端与弹簧相连,一条直角边紧靠墙壁,一个正方形物体A静置于B上,物体A、B以及弹簧处于静止状态,现在给物体A施加一个沿斜面的方向的力F,如图3所示,此时,物体A、B以及弹簧仍处于静止状态,则这时关于物体受力的判断正确的是( ).

图3 例3题图

A.物体A与B之间的摩擦力变大

B.墙面与物体B之间可能没有摩擦力

C.B与墙之间的弹力可能是不变的

D.B与墙之间的摩擦力变大

将物体A、B看作一个整体,未加力F之前,物体重力等于弹簧弹力,物体与墙面之间没有力的作用,当A、B组成的整体受到力F作用后,物体A、B以及弹簧仍处于静止状态,说明弹簧弹力不变,物体B与墙面的弹力增大,摩擦力也增大,因此正确答案为D.

3.4 整体法应用于运动过程类试题

高中物理的解题过程,学生能够正确、高效分析出物体运动的情况,是其学习与掌握物理知识所必备的一种能力,而力则会使物体的整体运动状态出现相应的变化,在实际运动的时候,通常体现了3种类型,也就是单个物体产生的单段运动、多个物体产生多段运动、单个物体产生多段运动,可以通过整体法分析物体的运动过程.

3.5 整体法应用于电路类试题

动态的电路分析通常是高中物理中常见的考查内容,在对相关试题进行解答的时候,通过整体法的合理运用,可实现问题的有效解决.

例4如图4所示电路,电源(电动势E,内阻r),三个阻值为R的定值电阻分别为R1、R2、R3,滑动变阻器接入电路的有效阻值为0-2R,当移动滑动变阻器滑片时,下列说法正确的是( ).

图4 例4题图

A.b→a时,电流表的示数会逐渐变大

B.a→b时,电压表的示数会逐渐变大

C.a→b时,定值电阻R1消耗的电功率会逐渐增大

D.b→a时,滑动变阻器的电功率先增大,然后变小

答案:D

综上,整体法是解决物理综合题的一种有效解决方法,在高中物理的解题教学当中,发挥了重要作用.因此,在具体教学时,物理教师需注重整体法的科学、系统讲解,提供给学生相对简单的思维方式,从而使学生分析与解决物理问题的能力得到明显的提高,同时促使学生形成站在宏观的视角来看待问题的素养.