试析高中物理力学解题中对整体法的运用

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  在高中物理中,整体法是较为关键的解题方法之一.整体法主要是从整体层面上解开事物的本质与发展规律,由此系统的认识物理过程.但在解题过程中,应当仔细审题,判断题目能不能运用整体法来解决,由此提升解题效率.力学是整个高中物理知识中最为关键的部分,在考试中也占有较大的分值.因此想要提高物理得分率,就需要掌握解题技巧,通过整体法来解题,排除一些不必要的条件,保证解题思路清晰,由此提升的效率.
  1整体法的内涵与解题思路
  (1)整体法的内涵
  物理学主要将固态、液态以及气态等看做一个整体,同时也可将多个物理过程构成的物理现象归为一个整体,可见整体法是从局部到全局的研究过程,属于一种综合性思维,需要从整体上把握物理现象本质,随后再把相互联系的多个物体进行重新组合,从整体上解决问题.
  (2)力学解题思路
  第一,受力点分析.在解题中,需要将研究对象在特定的条件下受到的所有外力条件找出,同时做受力图,分析受力点,这是解决力学问题的重点.
  第二,选择研究对象.在解题时,应当按照解题的目的,从体系中分隔出要研究的物体,对其进行受力分析.选择的物体应当与周围的环境相连,且已知条件越多越好.对于一些较为复杂的问题的来说,由于物体各个部分都会相互制约,有时需要同时分离好几个对象才能够解决问题,选择研究对象还需按照题意.
  第三,观察周围环境.在解题时,除了考虑重力外,还需要观察有哪些物体与研究对象有直接的联系,凡是与研究对象联系较为紧密的环境都需要分析,无法直接接触的环境则不需考虑.随后要按照重力以及摩擦力等要素进行力学分析,按照力产生的条件与相关物理规律来确定力的方向与作用点等.此外,还需要思考研究对象的运动状态如何,是平衡还是加速,按照物体的状态有时可以确定一些力是不是存在,或者对力的方向做出判断.
  2整体法在力学解题中的运用
  2.1在物体相互作用中的运用
  理清思路后,教师可通过一些具体的案例来帮助学生学习整体法的具体运用.假设有个木板被绳子栓在倾斜角为θ的斜面上,有一个运动员想要挑战自身的速度,站在木板的下端,当绳子断开时沿着木板向上沿奔跑,保证自身相对斜面的位置不变.假如木板的质量是运动员的3倍,那么运动员沿着木板奔跑时的加速度是多少呢?随后教师便可引导学生思考,由于运动员与斜面的位置是不变的,因此我们可将运动员与木板间产生的作用力看做内力,不用分析.想要运用整体法来解决问题,就应当先将木板与运动员看做研究对象,画出分析图.因为其受到了重力的影响,将力分解后就能够得到整体沿着斜面下方向的力是(M m)gsinθ,按照之前学过的牛顿第二定律即可得到(M m)gsinθ=ma,其中,M=3m,因此a=4gsinθ.运用整体法来解决问题,不仅能够简化分析的过程,同时还能够排除一些不必要的条件,快速解决问题,提高解题效率.
  研究完动力学,教师可引导学生自己解决动力学方面的问题.例如已知一个质量为m的三角形斜面静止在平面中,我们将质量为m1的物体放在倾斜角α的一侧,将质量为m2的物体放在倾斜角β的一侧,现在已知m1β,假如两个物体都处于静止的状态,那么这个斜面承受的支持力与摩擦力是多少呢?此时教师可引导学生进行思考,从已知条件中得到灵感,由于两个物体都处于静止状态,可见两个物体与斜面的作用力都是内力,无需特别关注.在分解题目时,可发现此题目运用整体法来解决更加容易,此时可将斜面与物体看做整体,得到该整体受到了-(m1 m2 m)g的重力影响,整体保持静止一定会受到-(m1 m2 m)g的支持力.由题意可知,斜面静止在平面中,因此并不会产生摩擦力.在力学解题教学中,运用整体法进行分析能够有效的避免一些“误导”现象,忽略物体与斜面间产生的作用,以免出现受力分析过多而遗忘了一些分力产生的整体错误,解题效率较高.
  2.2在运动过程中的运用
  第一,动能定理.因为动能定理只涉及到了总功以及初末状态的速率,因此对于由几个物体组成的系统运动,可将几个物体看做一个整体,运用整体法来解决.例如一个质量为m的物体正在以固定的速度从倾斜角为α=60°的斜面底端O向上滑动,当物体滑到距离0点s处的A点时,动能为E,随后继续滑动,达到B点时动能为零.随后物体开始向下滑动,到达OA的中点C时,发现经过A点时动能相同,现在已知斜面与物体间有摩擦(μ=0.6),求AB的距离.在解题的过程中,教师可引导学生将A点到D点看做物体运动的整个过程,由此展开分析,假如从各个点的运动情况分析,学生很容易弄混,且解题思路会受到一定的限制,影响解题效率.由题意可知,在物体运动的过程中,同时受到了重力与滑动摩擦力的影响,且都对其做功,重力做功主要体现在物体运动始末的高度差方面,摩擦力主要体现在运动的全过程s2 2sAB,按照动能定理就能够得出
  mgsin60°×s2-μmgcos60°×(s2 2sAB)=0,
  解得sAB=53-312.
  在解题的过程中一定要从整体角度出发,将已知条件重组,理清思路后在结合相应的物理知识来解题,由此提高解题效率.
  第二,动量守恒.动量守恒定律的适用范围较为广阔,在教学中,教师可从生活入手,为学生创设情境,还可为学生设计互推的游戏,让学生思考游戏中包含了哪些物理规律,随后通过实验来证明动量守恒,提出相关概念.在理解概念的过程中,教师可为学生设计一些较为简单的例题,引导学生运用整体法来解决问题.例如A、B两名同学想在溜冰的过程中融入传递排球的游戏,A同学先将手里质量为m的排球传给B,B再将排球传回去,重复多次,排球并未掉落,最后将排球传递到B手中,游戏结束.现在已知A的质量为m1,B的质量为m2,在传球停止时,A与B的速度有什么联系?引导学生运用整体法解决问题,由题意可知,A与B同学都在冰面上,因此可不考虑摩擦力.此时运用整体法就可得知,A、B与排球看做整体,受到的合力是零,因此与动量守恒相符.在运动开始时,物体是静止的状态,因此动量为零,最后游戏结束时A的速度为v1,B的速度为v2,可得动量为m1v1 (m2 m)(-v2),按照动量守恒得出
  0=m1v1 (m2 m)(-v2),
  因此v1v2=m2 mm1.
  2.3在力的平衡条件中的运用
  在解题过程中,应当按照共点力平衡条件来画出物体的受力分析图,随后在运用合成法或力的三角形法等来求解.在教学中,同样需要为学生设计问题,在解题的过程中学会运用整
  体法来解决力的平衡问题.假如在水平桌面上有一个木块P,由跨过定滑轮的细绳与叠放其上面的木块Q连接,从滑轮到P到Q的两端绳子是水平的.假如已知Q与P之间以及P与桌面间的动摩擦因数为μ,两个木块的质量均为m,忽略滑轮的质量以及轮轴摩擦,假如采用一水平向右的力F拉P,使其做匀速运动,那么F的大小为
  A.4μmgB.5μmgC.1μmgD.2μmg
  在解题时,需要运用整体法解题,由题意可知F=2T 2μmg,因此需要将Q作为研究对象,得知T=μmg,因此F=4μmg,由此可见选项为A.
  综上所述,在解题的过程中,先明确题意,选择合适的研究对象,再排除一些不必要的条件,理清解题思路后,运用相关的物理知识来解题,就能够有效的提高解题效率.在力学解题中,运用整体法能够帮助学生排除一些琐碎的因素,选择一个整体作为研究对象,思路较为清晰,学生在解题过程中也能够充分的运用相关的力学定律与公式来解题,只有合理的运用整体法,才能够显示出整体法的优势,提高解题效率.
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