探析高中物理程序法解题思维的培养

辛瑞平

【摘要】运动学是高中物理的始发站，与初中物理有所联系但又存在区别，为新进入高一的学生做好初高中物理衔接是高一物理课堂教学中的重要任务.从知识本身出发，高中物理具有逻辑环节多、思维难度大的特点，因此从高一物理始发站开始，为学生培养正确有效的物理思维方法，应成为高一物理课堂教学中的重点，按照知识模块的不同，每个章节所需要掌握的思维方法也有所不同，本文主要讨论高一物理运动学模块中的程序法.

【关键词】高一物理；运动学；程序法

1 程序法在高中物理运动学模块中的运用

1.1 匀变速直线运动中的单一过程类问题

原题呈现1 一辆汽车在平直公路上做刹车实验，t=0时刻开始刹车，刹车过程的位移大小x与速度大小v的关系为x=20－1/20v2（m），下列分析正确的是（）

（A）刹车过程中汽车的加速度大小为5m/s2.

（B）刹车过程持续的时间为2.5s.

（C）t=0时刻汽车的速度大小为10m/s.

（D）刹车后2.8s的位移大小为20m.

解法研究 刹车问题在实际生活中，汽车刹车停止后，不会做反向加速运动，而是保持静止，所以解题前先求出刹车时间t0，比较t与t0，若t

解析 设刹车过程汽车的加速度大小为a，t=0时刻汽车的速度大小为v0，根据匀变速直线运动位移与速度关系得v2-v20=2ax，整理后，对照题干所给表达式得a=－10m/s2，v0=20m/s，因此（A）（C）选项错误；刹车过程持续的时间为t0=v0/a=2s，所以（B）错误；由于2.8s大于刹车时间，所以刹车后2.8s的位移大小即为刹车距离，即s=v20/2a=20m，所以（D）正确.

原题呈现2 一列汽车车队以v=10m/s的速度匀速直线行驶，相邻两车间距为25m，后面有一辆摩托车以v0=20m/s的速度同向行驶，当它离车队最后一辆车25m时刹车，以大小为a=0.5m/s2的加速度做匀减速运动，摩托车在车队旁边行驶而过，设车队车辆数n足够多，汽车和摩托车可视为质点.

（1）试通过计算说明摩托车能否追上倒数第三辆汽车？

（2）摩托车最多与几辆汽车相遇？

（3）摩托车从赶上车队到离开车队，共经历多长时间？

解法研究 追及相遇问题是高中物理运动学中较为典型且有实践意义的一类综合习题，它往往是多个单一过程的叠加，会涉及两个或者两个以上的物体的运动过程，但每个物体的运动规律又不尽相同.对此类问题的求解，除了要透彻理解基本物理概念，熟练运用运动学公式外，还应仔细审题，挖掘题文中隐含的重要条件，对多个物体不同的运动状态进行深入仔细的研究，对运动的每个过程进行分析与综合，准确把握全程与部分的关系，往往可使解题过程簡捷有效.

解析 （1）设摩托车从初速度v0=20m/s减速到和汽车车队速度相同，所需时间为t，则v0-at=v，解得t=20s，摩托车的位移x1=v0+v/2t=300m，汽车车队的位移x2=vt=200m，摩托车和倒数第三辆汽车的初始距离x0=75m，由于x1>x2+x0，所以摩托车能追上倒数第三辆汽车.

（2）由于摩托车和汽车速度相等时位移差为x=x1-x2=100m，则n=Δx/25=4，所以摩托车最多可以和4辆汽车相遇.

（3）摩托车赶上车队时是最后一辆汽车，离开时也是最后一辆汽车（即尾车），因此，经历的时间是最后一辆汽车相遇两次的时间差，摩托车的位移

v2t=1/2at2=s0+v1+t，解得追上最后一辆汽车的时间为t1=（20-10 /3）s，离开最后一辆车的时间为t2=（20+10 /3）s，则摩托车从赶上车队到离开车队，共经历的时间为Δt=t2－t1=203s.

1.2 匀变速直线运动中的复杂多过程类问题

原题呈现3 两扇等大的电梯门总宽度为d，电梯关闭时同时由静止向中间运动，每扇门完全关闭时的速度刚好为零，运动过程可以视为先匀加速运动而后立即以大小相等的加速度匀减速运动，最大运动速度为v，电梯门关闭后超过t0时间按下电梯按钮电梯门将无法打开.

（1）求电梯门关闭时的加速度大小；

（2）某人在距电梯按钮一定距离时发现电梯开始关闭，他迅速由静止开始做加速度大小为a的匀加速直线运动，再立即做加速度大小为2a的匀减速直线运动，并刚好在他速度减为0时到达按钮处.若要乘上电梯，该人距按钮的最大距离为多大？

解法研究 本题第一问中，求电梯门关闭时加速度大小，如何正确选取公式是关键，因题干中未出现与运动时间有关的量，因此在使用公式时，需要避开如a=Δv/Δt，s=v0t+1/2at2这样的公式，根据电梯门运动的初末状态求解即可；第二问中，人的运动分为两部分，应对不同运动阶段，分设不同的物理量来求解，最终，将两段运动的总位移相加，即可得到答案，与第一问的解题思路完全不同的是，第二问的求解离不开时间量，两问虽有所不同，只要按照程序法对物理过程进行仔细分析.该分段的分段讨论，该整体的整体思维，就不难求解.

解析 （1）由题干可知，电梯门关闭的运动过程，可以视为先匀加速运动而后立即以大小相等的加速度匀减速运动，因此，电梯门做匀加速与匀减速的位移相等，可得匀加速运动的位移为d/4，设加速度为a，根据匀变速直线运动的规律，可得v2=2a·d/4，可以解得a=2v2/d.

（2）由题干可知电梯门关闭的时间t=d/v，可以设人加速运动的时间为t1，减速运动的时间为t2，运动过程中最大速度为，由v'=at1=2at2，得t1=2t2，

又由t1+t2=3t2=t+t0，

得t2=1/3（t+t0），t1=2/3（t+t0），

由运动的对称性可得人距离按钮的最远距离为

L=1/2at21+1/2×2at22=a/3d/v+t02.

试题赏析 本题有两问，具体的解题过程难度都不大，但是却不易想到解题的思维过程，第一，本题最大的特点是，题干中给出的已知量较少，要想解题，需从题干的文字叙述中，找出其他相关的物理量才可以推进解题过程，这种题干设置在较高难度的物理题目中.第二，在本题第一小问中，如何由电梯门运动的速度关系，推导出其位移关系是解题核心.第二问中，合理地设置时间作为未知量，分别求解出各个运动阶段的时间量是关键一步，在这一问中整体把握运动过程，然后再分段拆解，就是程序法解题的最佳运用场景，除此以外，有意识地注重对运动学的一些基本特征进行总结也极为重要，比如本题中提到的关于运动的对称性的表述.

2 结语

程序法解高中物理运动学相关题目时，第一是正确选择研究对象，和正确把握运动过程，第二是将复杂的运动学问题，以运动过程为顺序，拆解成一个一个的具体环节，分别求解，最后进行联系与综合.解题的成败，完全取决于这两个环节，选错研究对象，取再多的数据，套再多的公式，也都是做无用功，对于运动过程的把握更是重中之重，让题目描述的运动场景在脑海中动起来，这样才能让研究对象自己“跳出来”，让运动过程清晰起来.高中物理作为一门基础学科，必须运用恰当的解题思路才能有效解决问题，而程序法就可以很好地解决高一物理中运动学的问题，使学生建立与初中物理完全不同的思维方法，更好地完成，初中物理和高中物理的衔接，为后面的物理课程学习打下良好的开端.

参考文献：

[1]朱红雨.如何在力学教学中培养学生的创新思维能力[A].世纪之交的力学教学——教学经验与教学改革交流会论文集[C].2000.

[2]刘恒涛.浅谈高中物理教学方法[J].学周刊，2011（05）：86.

[3]黄新占.谈物理教学中的启发[J].中学生数理化（教与学），2010（07）：65.