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高中物理解题思想方法例谈淅川县第二高级中学 王瑞玲物理学是研究物质基本结构和物质运动规律的科学，是一门带有方法论性质的科学。方法，是完成某一任务的工作方式、途径以及具体做法。物理学在长期的发展过程中，形成了一整套的思想方法，这些方法不仅对物理学的研究与发展起到了重要的作用，而且对其他学科的发展乃至对社会的发展也产生了一定的影响。因此，物理学曾被称为“自然哲学”，被誉为“科学方法论的典范”。学习物理，主要内容就是知识与方法。知识是方法的载体，方法是知识的源泉，古语云：“授之以鱼不如授之以渔。”因此，学会方法比掌握知识具有更重要的意义。随着高考改革的不断深入，考试目的已经从对知识的考查转移到了对能力的考查，考试重点也放在了掌握分析问题的方法和解决问题的能力上。在众多的高考题中，都体现了这一指导思想。本文通过如下九个方面论述了高中物理解题思想方法，1物理建模的思想方法物理建模就是从复杂的物理现象和过程中抽象出研究对象的本质特征进行简化描述，构建理想化的物理模型、物理模型是对事物原型的简化和提纯，常见的物理模型包括对象模型（如质点、单摆、理想气体、点电荷、透镜等）和过程模型（如匀加速直线运动、匀速圆周运动、简谐振动、简谐振动、弹性碰撞、等温变化等）。通过物理建模可以排除事物中非本质因素和次要属性的干扰，突出事物的主要方面，揭示物理现象的本质；可以使人们更加形象、简捷地分析和解决物理问题。物理建模必须以客观事物为原型，以抽象、概括、假设、类比等思维活动为方法，才能从复杂的物理现象中提炼出理想的物理模型，再将理想模型应用到具体事物中去。物理建模的关键是对物理现象或物理过程做出正确分析。例1：（上海高考题）人的心脏每跳一次大约输送810-5m的血液，正常人血压（可看做心脏压送血液的压强）的平均值为15104Pa，心跳约每分钟70次，据此估测心脏工作的平均功率为 W。解析：把每一次输送的血液简化成一个正方体模型，每次心跳的时间t=s，输送位移为该正方体的边长L，则平均功率若把每次输送的血液构建为圆柱体模型或长方体（横截面积为S，长为L），同样可得。评注：把每次输送的血液简化成一个正方体模型，或长方体、圆柱体模型，既符合实际，又为压强的应用和功的计算提供了可行性和简便性。合理建模是本题的关键。例2：（全国高考题）如图1所示，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C三点的电势分别为UA=15V，UB=3V，UC=-3V。 由此可得D点电势UD= 。V提示：由题意知A、C间电势差为18V，连接A、C，并将AC线段等分为三份，如图2，则每等份电势差为6V，所以B、F两点等势，电势为3V，D、E两点等电势，电势为9V。可见，本题关键是建立匀强电场模型，明确沿不平行等势面的任一直线，电势差与距离成正比。2整体的思想方法整体法就是将事物整体作为研究对象，从整体和全局去探索事物规律、揭示事物本质的思想方法。应用整体法解题，可以从确定研究对象的角度，选择整个系统为研究对象，分析它的物理状态。也可以从分析物理过程的角度，选择物理事件发生的全过程进行研究。运用整体的思想方法去考虑问题，能够从整体上把握事件的特性，而不需讨论系统内力及系统内部其他无关因素对整体物理性质的影响，也不必追究物理过程中每一子过程的细节，这样可以突出主要矛盾，减少方程数目，使问题的解决更为简洁。整体是相对局部而言的，所以，整体法常常与隔离法配合使用。例1：（全国高考题）质量为M的小船以速度v0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾。现小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中。求小孩b跃出后小船的速度。解析：取小孩a、b和船组成的系统为研究对象，忽略水的阻力，系统水平方向动量守恒，设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为v，选v0方向为正方向，根据动量定恒定律，有( M + 2m ) v0 = Mv + mvmv整理解得v=(1+)v0评注：该题虽然有较多的对象和复杂的过程，但运用整体的思想方法，选小孩a、b和船为一系统，并考虑整个运动过程，便可发现该系统在全过程中满足动量守恒定律，使问题顺利求解。例2：（全国高考题）一质量为100g的小球从0.80m高处自由下落到一厚软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.20s，则这段时间内软垫对小球的冲量为 。（取g=10m/s2，不计空气阻力）解析：小球从开始下落到最后静止这一过程动量变化为零，由动量定理得mg(t1 + t2 ) Nt2 = 0其中t1 = = = 0.4st2 = 0.20s所以 Nt2 = mg (t1 + t2 ) = 0.6Ns3守恒的思想方法守恒是指在一定条件下，系统中各个物体的某一物理量的总量保持不变的一种自然规律。在事物的变化过程中，总存在某些不变的因素。物理学研究的重要内容之一，就是去发现这些不变的因素守恒量。守恒定律则是阐述某物理量守恒所适应的系统和前提条件的客观规律。我们熟悉的守恒定律如质量守恒、电荷量守恒、机械能守恒、动量守恒、能量守恒等等。根据守恒定律来研究某一系统发生的物理现象或变化过程，就是守恒的思想方法。运用守恒法解题，可以不追究过程变化的细节，而是直接建立初末状态守恒量之间的联系，这是其最大的优势。运用守恒法解题的关键，是要确定所研究的系统是否满足守恒的前提条件，或者能够在复杂的事物中巧妙的选择符合守恒条件的系统。例：（全国高考题）在方向水平的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线的一端连着一个质量为m的带电小球，另一端固定于O点，把小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速释放。已知小球摆到最低点的另一端，线与竖直方向的最大夹角为（如图3）。求小球经过最低点时细线对小球的拉力。解析：设细线长l，小球的电荷量为q，电场强度为E，电场力水平向右，小球从释放点A运动到左侧最高点C的过程中（图4），小球重力势能的减少等于电势能的增加，即：mglcos= qEl(1 + sin)若小球运动到最低点B时的速度为，此时线的拉力为T，由能量关系得，小球减少的重力势能转化为动能和电势能，即：mv2 = mgl qEl在最低点B，由牛顿第二定律得T mg = m由上面各式解得T = mg ( 3 -)4对称的思想方法对称是自然界中一种普遍的现象，它反映了物质世界的和谐、优美与均衡。物理学中也存在大量的对称现象，如物理模型结构对称、物体运动的对称、电场、磁场分布的对称、电路、光路的对称等等。具有对称性的现象，其相互对称的部分存在某些相同的特征。因此，一旦确定了某一部分的规律，便可推知另一部分的规律，这就是对称的思想方法。利用对称法分析问题，可以避免复杂的数学运算，出奇制胜，使问题得以快捷求解。运用对称法解题的关键在于寻找事物的对称性并使之显示出来。有时我们甚至把一些表面上不具有对称性的问题，通过采用一定的方法转化为具有对称性的问题，以 便用对称规律求解。例：（上海高考题）如图5所示电路中，六个电阻的阻值均相同，由于对称性，电阻R2上无电流流过，已知电阻R6所消耗的电功率为1W，则六个电阻所消耗的总功率为（ ）A. 6W B. 5W C. 3W D. 2W解析：由电路的对称性可知，R2两端电势相等，电压为零，故R2可从电路中去掉，电路变为简单的串、并联形式。等效电路如图6，电阻R6消耗的功率P6 = = 1W电阻R1、R3所消耗的功率 ：P13 = = 0.5W电阻R、R所消耗的功率 ：P45 = = 0.5W电阻R消耗的功率：P2 = 0W六个电阻所消耗的总功率：P = 1W + 20.5W = 2W故选项D正确。5等效替代的思想方法等效替代是指在效果等同的前提下，以一些简单的因素代替原来的复杂因素，从而揭示事物的本质和规律的一种思想方法。不同的物理现象不仅具有其特殊性，而且在某些方面往往还具有共性。一种物理状态或一个物理过程的变化，总是由一定的因素决定的。如果另一些因素与这些因素所起的作用相同，它们就是等效的，便可互相替代。等效思想在物理学中有着广泛应用，如力的合成与分解中合力与分力的相互替代；运动的合成与分解中，合运动与分运动的相互替代；重心、串、并联电路的总电阻、交流电的有效值等概念的引入，都贯穿着等效替代的思想。“等效”并非指事物的各个方面效果都相同，而是强调某一方面的效果。所以一定要明确不同事物在什么条件、什么范围、什么方面等效。通常可以考虑下列因素进行等效替代：研究对象、物理模型、物理状态、物理过程、物理作用等等。例1：（上海高考题）图7电路由8个不同的电阻组成，已知R1=12，其余电阻阻值未知，测得A、B间的总电阻为4。今将R1换成6的电阻，则A、B间的总电阻为 。解析：除R1以外的其余7个电阻可以等效成一个电阻R，则A、B间的电路可简化为R与R1并联，总电阻为4，又R1=12，则由 =+解得R的值是6。当R1换成 =6时，由 =解得AB间的总电阻为3。评注：本题由于运用了等效替代法，使看似复杂的问题变得非常简单。例2（全国高考题）如图8所示为一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电电流的有效值为（ ）A. 5AB. 5A C. 3.5A D. 3.5A解析：该交流电在每半个周期内电流的大小、方向不变，由焦耳定律知，在一个周期T内（T=0.02s），此交流电在电阻R上产生的热量为Q = (4)20.01R(3)20.01R= 0.50R设此交流电电流的有效值为I，则Q = I2RT I = 5A，故选项B正确。本题中“有效值”概念的提出，就是一种等效替代的思想。6分析与综合的思想方法分析是指把事物整体分解为若干组成部分或要素，分别加以考察和研究，从而揭示事物的属性和本质的方法。综合是指在分析的基础上，把事物的各个组成部分或要素结合为一个整体加以研究，从而在整体上把握事物的本质和规律的方法。分析是综合的基础，综合是分析的归宿。分析的特点是从整体到局部，综合的特点是从局部到整体，但这时的整体已不是原先对事物的粗略印象，而是明确其内部结构和各部分的联系、明确其本质的整体。例如，研究平抛物体运动时，先用分析法将其分解为两个分运动，并弄清每个分运动的规律，再用综合法将两个分运动合成，从而明确平抛运动的物体，其速度、加速度、位移的变化规律。例：如图9所示电路中，电阻R1、R2、R3的阻值都是1，R4、R5的阻值都是0.5，ab端输入电压U=5V，当cd端接电流表时，其示数是 A。解析：当cd端接电流表时，cd两点可看做短路，回路的总电阻R总= R1R3=2.5干路中电流I = =A = 2A电流表的示数即为流经电阻R4、R5的电流，I4 = I45 =I = 1A评注：本题关键是正确分析电路结构，明确流过各个电阻的电流的关系。7归纳与演绎的思想方法归纳是指从个别事实出发，推出普遍性结论的思维方法。这是一种从特殊到一般的思维方法。由归纳得出的“一般”往往能包容更广泛的“个别”，因此具有普遍意义。演绎是指从一般性的原理、结论出发，针对某一具体问题，导出新的结论的思维方法。这是一种从一般到特殊的思维方法。数学是演绎的重要工具，但对于数学演绎得出的结论，必须注意它的物理意义。演绎必须以归纳为基础，归纳则要以演绎为指导。例如，人们从大量的电磁感应现象中得出了法拉第电磁感应定律，这就是归纳。然后又可以应用电磁感应定律讨论、解决某一具体的电磁感应问题，这就是演绎。所以，归纳和演绎总是互相联系、互为补充，使我们思考、分析问题时思维更为全面。8比较与分类的思想方法比较就是确定事物之间的相同点与不同点。分类则是在比较的基础上，按照一定的标准，根据研究对象的相同点和不同点，把事物分成不同的类别。通过比较与分类，可以尽快地建立新旧事物之间的联系，将已知事物的规律应用于新事物当中，使问题得以迅速解决。按照比较的目的，可以将比较分为三类。其一，类似比较（类比），即通过比较事物间在某些方面的相同或类似之处，进一步推断它们在另一些方面也可能具有的相同和相似的属性；其二，差异比较，即比较事物间的不同点，以利于认清事物的特性；其三，系统比较，即从各个方面比较事物的相同点和不同点，以便对事物有全面的认识。比较与分类的思想方法是物理学研究中的重要思想方法。如通过电流与水流类比，建立了电流、电压等概念；通过把光的特性与电磁波类比，确立了光的电磁说。例：（全国高考题）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）A. 将提前 B. 将延后C. 在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D. 不变解析：如图10，a是太阳射出的一束光线，有大气层时，光线由真空射向大气层发生折射，沿b方向传播到P点，在P处的人便看到太阳，如果没有大气层，光束便沿a直线传播，同样的时刻在P点便看不到太阳，需等太阳再上升，使a光束沿b线方向时，才能看到太阳，故没有大气层时看到日出的时刻要比有大气层时延迟。先项B正确。评注：本题关键是将有大气层和无大气层两种状态进行比较，并注意两者的共同之处射入人眼的b光束位置不变。9学科渗透的思想方法自然界中大量与物理有关的现象，不仅包含丰富的物理内容，而且还包含数学、生化、或者政治、史地等其他学得的内容，即不再是单纯的、某一学科的问题，而是多学科的综合性问题。解决这类问题，需要从各学科的角度加以考虑，综合运用各学科的知识和方法，这就是学科渗透的思想方法。高考改革中出现的理科综合能力测试和文理综合能力测试，就是考查学科渗透的思想方法，考查学生对自然科学基础知识的理解能力、设计和完成实验的能力、阅读自然科学资料的能力、对自然科学知识的应用能力等等。贯彻学科渗透的思想，应引起重视的是，无论是学科的主干、核心内容，还是非主干、非核心内容，对于形成完整的、学科综合的知识体系都是重要的，也是解决综合性问题所不可缺少的。例：（全国高考理科综合题）1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用放射源进行了实验验证。次年，李、杨二人为此获得诺贝尔物理奖，衰变方程是： 其中是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零。（1）Co与Fe同周期，它应在周期表的第 周期，的核外电子数为 ，在上述衰变方程中，衰变产物的质量数