中国学术文献网络出版总库

刊名: 教育研究
主办: 中国教育科学研究院
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1002-5731
CN: 11-1281/G4
邮发代号:2-277

历史沿革:
专题名称:教育理论与教育管理
期刊荣誉:社科双效期刊;国家新闻出版总署收录;中国期刊网核心源刊;CSSCI 中文社会科学引文索引来源期刊;北京大学《中文核心期刊要目总览》来源期刊;
创刊时间:1979

浅析物理问题中常见的处理方法

【作者】 王光海

【机构】 四川省阆中中学七一校区

【摘要】
【关键词】
【正文】  在运用物理知识解决实际问题的过程中,人们逐步积累和形成了物理学中处理问题的方法,在物理教学中,我们一定要使学生逐步领会和掌握这些方法。下面笔者就介绍几种在高中物理中,常用的处理问题的方法:
  1.把研究对象、过程视为理想模型
  在高中物理中,我们所研究的对象或物理过程可以说都是理想模型,例如在研究对象上有:质点、轻杆、轻绳、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、理想电表、理想变压器、匀强电场、匀强磁场、点光源、光线、原子模型;又如在研究物理过程时有:匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、平抛运动、简谐运动、简谐波、弹性碰撞、自由落体运动、竖直上抛运动等等。所以在解答物理问题时,最关键的是:1.明确研究对象及其所处的状态,并把研究对象视为适当的物理模型;
  2.分析物理过程,并找出物理规律。现在很多学生对于物理规律和物理公式背的很熟,但是真正碰到问题的时候,却无从下手,其主要一个原因是他们不会将一个实际问题抽象为一个正确的模型。这个本领如果没有学会,就只能是老师教一个,他就会一个,老师不教,他就不会,无法做到举一反三。所以,在物理教学中,应该下功夫教给学生这种处理问题的思想和方法。
  下面以例题1具体说明如何在解题过程中正确选取研究对象和研究过程。
  例题1: 精密测量电子比荷e/m的现代方法之一是双电容法,其装置如图1所示,在真空管中由阴极K发射电子,其初速度可忽略不计。此电子被阴极K与阳极A间的电场加速后穿过屏障D1上的小孔,然后依次穿过电容器C1、屏障
  D2上的小孔和第二个电容器C2而射到荧光屏F上。阳极与阴极之间的电势差为U,分别在电容器C1、C2上加有频率为f的完全相同的正弦式交变电压,C1、C2中心间的距离为L,选择频率f使电子束在荧光屏上的亮点不发生偏转。试证明电子的比荷为        (其中n为正整数)。
  



  图1
  【点拨解疑】 由题意,研究对象必然是电子,其对象模型显然是带电的质点;对其过程模型的构建,可按先后顺序考虑;首先是在电场中的变加速运动,这是我们能处理的模型;接着进入电容器,遇到偏转电场,由于电容器上加的是变化电压,那么其中的电场是不稳定的,随时间变化的,电子沿电场方向的运动不是匀变速运动,这是我们没办法处理的。但考虑到电子加速后,速度很大,通过电容器的时间极短,如果忽略这一段时间内的电压变化,那么可把电子通过电容器的过程抽象为带电质点在稳定匀强电场中的物理模型,电场的强度取决于进入电场的时机。
  现在有两个电容器,而且要求电子最后不偏转,那么电子在电容器中的运动是否有更具体的物理模型呢?模型很简单,就是进入每个电容器的时机都正好是电场强度等于零的时候,电子作匀速直线运动通过两个电容器。
  









 


  点评:该题让我们体验到了理想化方法的重要性。带电粒子在电容器中运动,一般是要考虑偏转,但该题却是不偏转,因此构想出这一模型确是该题的难点。
  3.等效替代法
  等效法就是在保证某一方面效果相同的前提下,用理想的、熟悉的、简单的物理对象、物理过程、物理现象替代实际的、陌生的、复杂的物理对象、物理过程、物理现象的思想方法。合力与分力、运动的合成与分解、电阻的串联与并联、交流电的有效值等都是等效法在物理学中的实际应用。
  例题2:如图2所示,在一
个平面内有6根彼此绝缘的通
电直导线,通过的电流强度大
小相同,方向如图中的箭头所
示,I、II、III、IV四个区域是面
积相等的正方形,则垂直纸面向外、磁通量最大的区域为_________;垂直纸面向里、磁通量最大的区域为_________;磁通量为零的区域为_________。
  【点拨解疑】:本题如果利用安
培定则分别判断出6根通电直导
线在这四个区域产生的磁场方向
,然后用“·”和“×”的个数表示,
再据个数的多少来确定这四个
区域的磁通量大小和方向,则非常麻烦,如果用等效法,即把6根等效成1根电流方向如上图虚线所示,再由上述方法便可迅速、准确地判断出所求结果:垂直纸面向外、磁通量最大的区域为II;重直纸面向里、磁通量最大的区域为IV;磁通量为零的区域为I、III。
  例题3: 如图3所示,在竖直平面内,放置一个半径R很大的圆形光滑轨道,O为其最低点。在O点附近P处放一质量为m的滑块,求由静止开始滑至O点时所需的最短时间。
  【点拨解疑】:滑块做复杂的变速曲线运动,故用牛顿定律、动量定理等方法都难以求解。但只要我们分析透滑块的受力、运动特征,就会自觉地把滑块等效为单摆的运动,这样,我们便可迅速地求出滑块从P点到O点的最短时间为


  由此可知,等效法是在效果相同的条件下,将复杂的状态或运动过程合理地转化成简单的状态或过程的一种思维方法。
  4.微元法
  微元法指的是我们把研究对象
或过程分隔成小块的(微元)来加
以研究。这种方法在人民教育出
版社《物理》(新教材)中最为突
出,例如在研究匀变速直线运动的位移与时间关系时,如右图4将v-t图象中整个运动过程划分的非常非常细,很多很多小矩形的面积之和就能准确地代表物体的位移,这时,“很多很多”小矩形顶端的“锯齿形”就看不出来了,小矩形合在一起成了一个梯形,面积就是位移,从而推导出位移时间公式:
  

 
  除了上述几种方法外,像分析-综合法、临界分析法、反证法、图像法等等,也是在中学物理中常用的处理问题的方法,教师在平时教学过程中,应逐步教给学生,同时引导学生思考和总结,这样才有利于学生处理物理问题,真正做到举一反三的效果。