转换法在高中物理解题中的运用探究

林旭

【摘要】力的作用是高中物理力学知识体系的重要构成，也是较为常见的考查方向.面对力的作用的相关问题，学生需要借助转换法进行解题.利用转换法，可以通过转化题目中的关键信息，让复杂的问题简单地呈现出来，促使物理问题得到更好的解决.本文引入常见的力的作用相关问题，从不同角度出发提出利用转换法解决物理问题的方法.

【关键词】转换法；力的作用；解题运用

在物理解题中利用转换法，其本质就是对研究对象、物理规律与思维角度进行转化，将物理题目的本质以更简单直接的方式呈现出来.这种转换法，可以间接解答物理问题，充分展示学生对物理问题的分析能力，提高学生的物理问题解题高效性.在实际过程中，学生必须结合具体的物理题情况，灵活调整转换的角度，充分发挥转换法的有效性［1］.

1 研究目标转换，快速确定解题思路

目标转换法，是较为常见的物理解题方法.面对力的作用题目时，学生应当认真阅读题目，梳理题目信息，快速确定本道题的研究对象，以研究对象为目标进行转换.转换目标的目的，是以一种更简单的方法间接寻求相关元素之间的关系，探寻力的作用情况，从而形成清晰、有条理的解题思路.

例1 一平面上放置两个木块A、B，两个木块的质量分别是m1、m2，两个木块的摩擦因数分别是μ1、μ2，请问，在水平力F的推动之下A、B共同运动，且不下滑，此时力F的最小值是多少？

这道题是标准的力的作用题，考查的是学生对“力的相互作用之下，推力与摩擦力之间的关系”的掌握与理解，旨在检验学生的物理基础知识掌握情况、抽象分析能力与逻辑思维能力.根据题目条件，已知信息为： （1）B受到A挤压，压力是N；（2）木块B不下滑，需要符合临界条件：μ1N=m2g.

采用目标转换法的解题方法：题目给出的假设信息是木块B不下滑，那么此时木块A与B的加速度应当是a.可以将B转化为研究目标，利用隔离法对木块B的受力情况进行分析——B受到的力包括：重力、A对于B的摩擦力、A对于B朝前的压力N、B不下滑的临界作用力（符合μ1N≥m2g）.可以得出B不下滑的必要条件μ1m2a≥m2g.因此，加速度a=gμ1.之后，可以采用整体法对A与B进行整体分析，按照牛顿第二定律得到结论F-μ2（m1+m2）g=（m1+m2）a.因此，可以推导出推力应当为F=（m1+m2）（1μ1+μ2g）.

2 转换参考系，拓展学生解题思维

面对高中物理中的力的作用题目时，经常发现题目中涉及物体的运动、参考系等内容.从牛顿力学的角度来说，是不允许随意选择参考系的，这是由于牛顿定律仅能够被运用在惯性运动问题中［2］.那么，在相对问题、处于运动的物体的有关题目中，学生们可以适当转换参考系.

例2 在某公路上，汽车匀速前进，速度是10m/s.一个人在公路旁等待救援，距离公路50m.这个人与汽车相距100m时发现了汽车，开始追赶，请问，这个人用最小的速度匀速跑步，应当选择什么方向呢？

这个问题是一个较为简单的力的作用问题，常见的参考系是大地.

利用转换参考系的解题方法：假设参考系为大地，此时汽车与人作为运动的两个事物，他们的状态都是十分简单的.这道题解题的难点就在于如何分析人与大巴车之间的关系.但是，这道题本身具有开放性，若直接以大地为参考系，则需要考虑更复杂的因素.因此，建议转换参考系，比如：将汽车作为参考系.这样一来，人与汽车之间的关系就更加简单，人相对于汽车的速度是v′，大巴车按照10m/s的速度水平运动，此时只要人的速度能够超过车子的速度就可以及时赶上汽车，得到救援.

3 主要问题转换，简化解题复杂性

在高中物理力的作用的学习中，学生应当对物理题目的主要问题进行分析，以便于确定解题过程中的相应切入点，解决实际问题.一般来说，力的作用问题具有一个或者多个研究方向.因此，在解题时，学生可以根据题目给出的已知信息，分析本道题的主要问题，分析问题与已知信息之间的关联，并且选择合适的角度转化主要问题，从而实现对主要问题的求解［3］.

例3 在一组滑轮上，使用轻质长绳水平跨越两个相距为2L的小定滑轮A、B，包裹在A与B两点之间运输，包裹质量为m，此时处于O点.O点到A点的距离等同于O点与B点之间的距离，而在绳的两端有C、D点，分别被施加竖直向下的恒力F=mg.这组滑轮中，包裹先是被托住，绳子处于水平拉直状态，之后包裹由静止状态开始下落，在下落的过程中C、D两端拉力F不变，请问：（1）包裹下落距离（h）为多大时加速度是0？（2）按照（1）的设定，包裹下落到所述距离h，这一过程中需要克服C端恒力做功是多少？

这个题目的核心是“包裹”，而包裹的状态直接影响了这组滑轮上各个点所受的拉力.因此，可以判定这道题目三个子问题的核心均是“在明确包裹状态的基础上，包裹的运动速度与运动距离.”

利用问题转换法的解题方法：在子问题（1）中，包裹下落的过程中受到的合力为0时，物块的加速度为0，而此时包裹下落的距离是h.可以将“包裹下落距离（h）与加速度之间的关系”这一问题转化为运动过程中角的问题.根据F=mg，可以得出包裹的拉力恒等于mg，此时采用平衡条件可以确定两根绳子之间的夹角为120°，因此，绳子与包裹垂直下落方向的夹角θ=60°，因此h=L·tan30°=33L.在子问题（2）中，包裹下落的距离为h，此时绳子的C、D两端被施加竖直向下的恒力F=mg.绳子C、D两端被所受的施加的力与上升距离h之间存在稳定关系.因此，可以将主要问题暂时转化为三角形问题，根据三角形勾股定理计算h′=L2+h2－L.因此，绳子C端需要克服恒力F做的功是W=Fh′，根据上述分析得到W=mg·L2+33L2+L=mg·（233L-L）=（233-1）mgL.

4 结语

综上所述，转化法是解决力的作用相关物理题的主要方法，利用这种方法解题，可以一定程度上简化题目，便于学生发现题目中关键信息之间的关联，快速确定解题方向.结合本次研究分析，可以得出结论：在物理力的作用相关题目的解决中，利用转化法解题，可以灵活转换题目中的解题目标、题目问题、推理内容与参考系.今后，建议学生灵活转换不同题目要素，将复杂的问题简单化、抽象的问题具体化，提高学生的解题效率与速度.

参考文献：

［1］姜红辰.力的作用是相互的习题专练［J］.初中生学习指导，2023，（05）：56.

［2］朱国强.高中力学解题的数码分析策略的建构［J］.物理教学，2020，42（02）：15-18+12.

［3］赵邦原.高中物理力学学习策略及解题技巧［J］.科学咨询（教育科研），2019，（01）：57.