高考物理解题思维.doc

高考物理解题思维1 物理问题中的研究对象物理定律都是在特定物理现象中存在的规律性联系，而在物理教材中，这些定律都是通过对某种基本物理现象模型或过程模型的研究而建立起来的。例如，在采用图1装置配合打点计时器通过实验而得出牛顿第二定律时，过程模型的实物系统由重物C、滑板B和小车A组成，其中重物是施力物体，滑板B是支承物，需要跟踪研究的对象是小车A。最后我们得到的关系是： a=F/m在这种研究中，物理模型的实物系统包含有重物、滑板和小车三个物质构件，三个构件在过程中所扮演的角色，所处的地位是不相同的。三者中重物仅仅是作为水平拉力的施力物体而存在，滑板B是支承物，它提供能与重力相平恒的支持力，全过程中滑板B的状态始终保持不变，重物C的状态虽然也有变化，但并不是当前研究中我们所要关注的方面。在整个过程中小车A扮演着一种非常特殊的角色，具有以下特点： 它是各个外来作用力、做功、传热或电磁的的承受者； 是外来作用效果的体现者，是系统中状态发生变化的主体；在限定的问题范围内，是我们需要集中注视、跟踪研究的一个目标构件。在物理现象模型的实物系统或子系统中中象小车A这样的构件，就是通常被称为“研究对象” 的构件。在多数情况下，研究对象都同时具备这三方面的特征，在某些特殊情况下也可以只具备三种特征中的一两项特征。牛顿第二定律的公式中，F表示受力物体所受的外来的作用力，a 反映受力物体的状态变化特征即外力作用效果，m 是反映受力物体自身固有属性的量。可见这个定律就是反映受力物体所受的合外力、它的固有属性和状态变化特征三者之间规律性联系的物理定律。由于公式中的三个量都是以受力物体为描述对象，三个量所反映的特征都是受力物体所拥有的特征，因此可以说这个作为研究对象的受力物体就是三个物理量的物质载体，由此还可以说这个研究对象也是三个物理量之间规律性联系牛顿第二定律的物质载体，或者可以说这个研究对象携带着牛顿第二定律所表示的一种数量关系。从此例可见，某个物理量或物理定律，公式数量关系依附于实物系统中某个特定的物质载体研究对象，反过来说就是某个特定的研究对象联系着或携带着相应的物理量、定律或公式。实际上在物理模型的实物系统或子系统中，总是有某一个构件是多个物理量的载体，也是相应规律性联系定律、关系式的载体。这个载体充当着研究对象的角色，而别的构件则仅仅充当作用施加者或某种其它条件提供者的角色，并且状态保持相对的稳定。在利用图3所示的电磁感应现象模型导出感应电动势公式： E=BLv时，系统中的磁场是作用施加者，U形框是构成电流通路的条件，而截割磁感线的导体段ab则是我们集中注视的研究对象，它是磁场作用的承受者，感应电动势的出现使它获得了一种新的属性，所以它既是外来作用效果的体现者，又是系统中状态发生变化的主体。公式中共有四个量，其中 E、l、v 三个都是描述导体段ab特性的量。可见在本例中导体段ab既是E、l、v 三个量的载体又是公式 E=BLv 的载体，在这个导出感应电动势公式的过程中，截割磁感线的导体段ab就是唯一的研究对象。在某些情况下研究对象不一定同时具备前述三方面的特征。电阻定律 R=L/S 中，所有的量都是描述同一研究对象导体属性的量，公式所反映的是同一研究对象的特定物理属性与其它属性之间的规律性联系，这里既不涉及外来作用也不涉及研究对象状态的变化。质量与密度之间的关系 m=V 是与此相似的一种类似的关系，所反映的也是同一研究对象的特定物理属性与其它属性之间的规律性联系。匀变速运动的速度公式和理想气体气态方程如下： 这两个公式的共同特点是它们所反映的都是同一研究对象的不同状态特征量之间的规律性联系，式子中没有涉及外来作用，也不涉及反映研究对象固有属性的量如质量、摩尔质量等。尽管前面述及的几个公式所反映的联系在内容上可以有相当的不同，但他们都有一个共同之处，就是都以某种研究对象为载体，都和特定的研究对象相联系。只有当特定的研究对象或载体存在时，相应的定律、公式所表达的联系才得以存在，如果相应的对象或载体不存，这种联系就会因为没有必须的物质前提而不复存在。 总而言之，不论在定律、公式的建立过程或是运用定律、公式解题的过程中都存在着研究对象的问题。所谓研究对象就是实物系统或其子系统中的某个特殊的构件，这个构件是多个特征量的载体，也是相应规律性联系定律、关系式的载体，它总是联系着相应的一些物理量、定律或公式，是实物系统中的一种关联物体。除此之外又常常具有如下的特征： 是各个外来作用力、做功、传热或电磁的作用的承受者； 是外来作用效果的体现者，是系统中状态发生变化的主体；在限定的问题范围内，是我们需要集中注视、跟踪研究的一个目标构件。对于动量守恒这类物理过程，其中的研究对象不是一个构件而是由两个或更多构件组成的系统。在解题思维中，不仅需要寻找恰当的研究对象，把注意力和思维集中于研究对象之上，而且常常需要适时地注意力和思维由一个研究对象转移到另一个研究对象。这种研究对象的确定和转移活动对复杂问题的解决往往有着重要的影响。 2 问题中研究对象的识别在解答物理综合计算题的思考过程中，正确地选择、确定系统中的研究对象，是解题思维的关键环节之一。正确地确定物理问题中的研究对象，把思考的注意力集中到一个适当的研究对象上，才可能寻找到必要的数量关系，建立起相应的方程式。正确地选择、确定系统中的研究对象，也是学生中一种较为常见的困难。学生们在面对一个陌生的综合性问题时，往往不知道应当以系统中的哪个物体为研究对象，不能把思考集中到一个适当的对象(构件)上去，常常因此而不知道从何处入手去解决问题。正确地确定物理问题中的研究对象，是学生解决问题的技能系统中一项基本的智力要素，离开这种基本的智力要素，就不能形成真正的分析，解决问题能力。 简单的物理计算问题中，物理系统只由很少的物体构成，其中的研究对象只有一个，因而很容易识别。在复杂的综合性计算问题中，系统的组成复杂，并且可以有几个研究对象，这时识别研究对象就变成一项复杂、困难而又十分关键的环节。 在题述物物理系统中，究竟哪一个一些物体会成为研究对象是由系统中所发生的具体物理现象、过程以及问题中的条件决定的。一般情况下，它并不因解题者的主观倾向而改变。在题述实物系统中，能成为研究对象的物体，常常具有下列较为容易发现的特点： (1)是系统中运动、变化的主体。系统中的运动、变化主要发生在作为研究对象的物体上；(2) 是某种或多个外来作用力、传热、做功、电磁的等作用的承受者，是外来作用所致效果的体现者；（3）一般而论，研究对象是实物系统中有初始量值条件分布于其上的构件。初始量值条件分布相对较多的物体往往都是研究对象。系统中没有量值条件分布的部分一般都不是研究对象；（4）实物系统中有待求量分布于其上的构件有时是研究对象。（5）同时参与系统中多个物理现象的发生，或者贯穿于过程的各个运动阶段的构件物体一般都是研究对象；这种研究对象不仅是多种外来作用的会聚点，也是多种物理现象、过程以及数量关系的结合点或关联点。本章前面两节里例251中的球B，例252中的条形导体ab，例261和例267中的带电粒子，例262中的带负电荷小球等都同时具备上述五个方面的特点，并且是题目中各局部现象、阶段的共同研究对象。在这类题目里虽然局部现象、阶段和子系统可以有多个，考察的视角及对象扮演的角色也有改变，但我们的思考却始终围绕着一个研究对象构件展开。这类问题属于只有一个研究对象的问题。3 寻找解法过程中研究对象的转移 一个复杂的综合性计算问题中，有时会有两个、三个研究对象，寻找这类问题的解法时，必须把思考的注意力从第一个对象递次地转向第二、第三个研究对象。只有通过这种转移才能认识系统中不同的物理现象，发现更多的数量关系，找到把待求量与分散在不同对象上的已知量联系起来的途径。 习题教学中，常常可以看到一些学生的头脑不够灵活，这种不灵活的重要表现之一，就是把思考固定在系统中的某一个局部子系统或研究对象上，不会或不善于把自己思考的注意力由一个子系统或对象转向别的部分。这样的学生，在遇到陌生的综合性问题时，将会由于难以进行这种“转移”而倍感困难。寻找解法的思考过程中，使思考从一个研究对象向下一个适当的对象转移，是一种基本的思维操作活动(方式)，在解答综合性问题时，常常要进行这种“转移”的操作。解题思考中研究对象转移的“转移”操作，不是盲目的瞎猜乱碰，而是在问题中的某些特定启发信息(线索)的引导下，按一定操作规则进行的。习题教学中，让学生们了解、掌握进行研究对象“转移”的思维技能，是培养学生解题思维能力的一个不可缺少的要素。 例271图示电路中，L是“4伏 ,0.8瓦”的灯泡，电阻R1的阻值为2欧，当开关K闭合时，灯泡正常发光，电压表示数是5.6伏。求 R 2的电阻是多少? 分析：(1) 首先考察研究对象电阻R2。它上面携带的有关数量关系是： (1)其中电压U2=UL= 4伏，可见欲求R2须先求I2。(2)为求I2，须把思考转移到电路中别的部分，即转移到由R2、灯泡L及电阻R1所组成的整个外电路(不包括电源)，以便寻找出新的数量关系去求I2。在这个更大的研究对象中，存在着如下关系： I1= IL+I2 (2) U=UL+U1 (3)由(2)可知I2 = I1 IL，欲求I2须先求I1及IL。由(3)可求出U1=UUL= 5.64 = 1.6伏。(3) 为求I1 ，可以R1为研究对象加以考察，从中能发现关系 由此可直接求出I1= 0.8安。(4)为求IL，可考察既与IL有直接联系又与已知量“4V，0.8W”有直接联系的用电器灯泡L，其中存在的相关关系为 P=I2 RL 由此可得： (5)再次考察电阻R2，由于其上的电压U2及I1、IL都已求出，故12和R2也可求出。本例的(1)至(4)四个步骤中，依次考察了四个不同的研究对象，它们中第一个是电阻R2；第二个是由R2，R1和灯泡组成的混联电路；第三个是电阻R1；第四个是灯泡L。在考察四个不同的研究对象时，我们分别发现和利用不同的具体数量关系，最终才找到了问题的解法。本例表明，只有通过研究对象的转移(变换)，才能发现更多不同的的数量关系，建立起必要数量的方程式，从而把分散在系统中各个部分的已知(待求)量值联系起来。这里我们只是考察了四个不同的研究对象，而不能说是分割出了四个子系统。这是因为：第一 子系统一般除去研究对象之外，还应包含有施加外来作用的构件或提供其它条件的构件，这里的四个研究对象除了自身以外，不再包含其它的构件，不具备子系统的特征；第二 子系统的划分要在其中有某种新的具体现象、过程发生的情况下才有意义，而本例的几个不同研究对象中发生的是同一种现象；第三 例子中几个研究对象一方面是各自状态的呈现者，同时又各自承载、携带着相应的物理数量关系例如由R2、灯泡L及R1 组合成的对象携带着2和3两个关系，具有研究对象的基本特征。例272如图示，一质量为M的圆筒形气缸放在地面，气缸内横截面积为S，活塞(及手柄)质量为M，大气压为p0 。平衡时气缸内的容积为V。现用手握活塞手柄缓慢上提，设气缸足够长，上提时气体温度不变，缸内气体质量及有关摩擦可忽略。 求将气缸刚提离地面时，活塞上升的高度X。分析：本例的物理系统主要由气缸、活塞和被封闭在缸内的气体组成。1系统中首先考察的研究对象可以选择活塞。这时我们虽然可以区分出装置中的施力物缸内气体和气缸外大气，也容易辨认状态变化的主体活塞，但是由于装置中的气缸作为容器是本例中各个现象发生都不可缺少的一个构件，同时装置中各个构件互相作用，互为条件，紧密依赖，使我们不能对整个实物系统进行分割。活塞在没有被提和刚好提离时分别处于两个力平衡状态，前后二平衡态下的受力状况分别如图(a)、(b)所示，两平衡态下活塞上有关量值间的数量关系如下： P1S = mg + P0S (1)F + P2S = mg + P0S (2 )研究对象活塞是这两个关系的共同载体。2系统中的第二个研究对象是被封闭在气缸内的气体。这时我们仍然不需要也不可能对整个实物系统进行分割，但是必须把考察的对象从活塞转移到缸内气体上来，只有这样才能发现系统中发生的新现象，发现和利用其中存在的新数量关系。当我们以缸内气体为研究对象时它由原来的施力物体变成了受力物体，角色和地位都发生了变化。在气缸没有被提和刚好提离两个情况下缸内气体状态发生等温变化，其中存在的数量关系为P1V1 = P2V2 ，此即关系 P1V = P2 (V + XS ) (3)3第三个应考察的研究对象是由气缸和活塞复合构成的容器整体(气体质量不计)。这个容器在刚被提离地面时处于力平衡状态，其受力如图(c)示，据力平衡条件可知其中存在的数量关系为： F = (m + M) g (4)根据上述的(1)至(4)四个方程，可以解答本题。这个例子的特点是系统的组成比较简单，装置中各个构件互相作用，互为条件，紧密依赖，在选定不同的研究对象时，虽然可以区分出施力物体和受力物体，也容易辨认状态变化的主体，但是由于装置中各个构件互相作用，互为条件，紧密依赖，使我们不能对整个实物系统进行分割或重组，只能通过研究对象的递次转移去实现视角转换，逐步揭示出系统中发生的不同现象，发现和利用解题所必须的公式或其它数量关系。从本节的两个例题中可以看到，一个复杂的综合性问题中，可以有几个局部的研究对象，在不同的研究对象上可以发生不同的物理现象(过程)，承载着不同的数量关系。这类问题在静力学，稳恒电流，几何光学，气体定律等部分中较为多见。在某些，那些不便于对实物系统进行分割、重组的问题中，通过研究对象的转移也能实现视角的转换，进而揭示出系统中发生的不同现象，发现和利用解题所必须的公式或其它数量关系，最终找出待求量与初始已知量之间的联系。如果解题者的思考只停留在某一个研究对象上，那么就不可能认识系统中发生的多个不同现象，不可能发现和利用适于问题的公式或其它数量关系。在解决这类问题时，是否善于把思考的注意力从一个研究对象转移到下一个适当的研究对象，是学生思维灵活性的重要标志，也是寻找解法思考过程里一种基本的操作活动。例273如图所示，一质量为M、长为l的长方形木板B放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为m的小木块A，mM。现以地面为参照系，给A和B以大小相等、方向相反的初速度(如图)，使A开始向左运动、B开始向右运动，但最后A刚好没有滑离L板。以地面为参照系。 (1)若已知A和B的初速度大小为v0，求它们最后的速度的大小和方向。 (2)若初速度的大小未知，求小木块A向左运动到达的最远处(从地面上看)离出发点的距离。 (1992年物理高考试题 题源：物理高考必备任勇 170页 例3 类似题： “高中力学”书下册 龚霞玲主编 55页 例题5) 这个例子与前一节的例2612是同一题目，其中系统组成非常简单，子系统的分割、重组在这里并没有什么意义，但在寻找解法时研究对象的转移仍然是很重要的。当我们把A、B两者组成的简单系统整体当作一个研究对象考察时，能发现其中的过程既是动量守恒的过程也是一个部分机械能转化为其它能量的过程，当我们分别以A或B为研究对象时，会发现B 或A是摩擦力的施力物体，AB的运动是一个克服摩擦力做功的过程，此过程中适用于研究对象A(B)的关系是动能定理。本例中各种不同过程和关系的发现仍然是通过研究对象的递次转移实现的。例272 一个探空气球的质量为200克，另有50克的重物系于气球上，气球以10米秒的速度上升，当升高到400米时，重物从气球上掉下。问当重物落地时，气球距地面多少米?设气球浮力不变，空气阻力不计。 过程分析：题中整个运动可以划分为两个阶段，其一是气球和重物一道匀速上升，这时两者合起来作为一个研究对象考