宣 勇
許多運動學(xué)考題難度大、變化多,大多數(shù)同學(xué)在解題時思路又不夠開闊,解法過于單一,不夠靈活,從而造成解題走彎路,效率低,甚至發(fā)生錯誤.對此,我們在解決物理問題時要通過觀察理解問題,抓住問題的特征進(jìn)行廣泛地聯(lián)想,選擇合適的思路,找到恰當(dāng)?shù)慕忸}方法.當(dāng)思維受阻時,就要及時靈活調(diào)整思維方向,以尋求最佳的解題方式和途徑.其中思維策略的選擇和運用對于解決問題的成效、優(yōu)劣起著關(guān)鍵的作用.下面我們結(jié)合幾個實例,介紹幾種解題過程中常見的思維策略.
一、動靜轉(zhuǎn)換
物體的運動是絕對的,但我們在具體描述一個物體的運動時卻是相對的.當(dāng)參考系改變時,運動和靜止就可以相互轉(zhuǎn)換.通常我們都是取地面為參考系,但有時我們也取運動物體為參考系,這樣可使物理問題的解決更為簡捷.
【例1】 A、B兩桿長均為1米,A懸于高處,B豎于地面,A的下端和B的上端相距20米.在同時刻A做自由落體運動,B以初速度20米/秒做上拋運動,運動中兩桿保持豎直.問:
(1)兩桿何時開始相遇?
(2)相遇(不相碰)多長時間?
分析:根據(jù)題中兩桿的運動描述,以地面為參考系,第一問需聯(lián)立三個方程;第二問需聯(lián)立五個方程才能得到最后結(jié)果,列式求解過程比較復(fù)雜.物體的運動狀態(tài)是相對于一定參考系的,參考系改變,物體的運動和靜止是可以相互轉(zhuǎn)化的,從而起到簡化過程、快速解決問題的目的.根據(jù)物體運動的相對性,若以A桿為參考系(即A桿可視為靜止),則B桿相對A桿向上做速度為20米/秒的勻速直線運動,即可解得:(1)開始相遇時刻;(2)兩桿相遇時間.
二、數(shù)形結(jié)合
許多物理關(guān)系既可用代數(shù)式表達(dá),也可用圖形或圖像來表達(dá).?dāng)?shù)和形是反映物理事物關(guān)系的兩種不同的數(shù)學(xué)形式,這使許多物理習(xí)題既可以用代數(shù)的方法,也可以用圖像、圖形的方法來求解.物理解題中的數(shù)形結(jié)合,就是指在求解時,交替運用代數(shù)式和圖形、圖像等工具,并使它們協(xié)同統(tǒng)一,以使問題獲得最為順利的解決.
在解決具體的問題時,要善于充分挖掘問題中隱含的數(shù)與形的因素,注意以數(shù)思形,由形想數(shù),數(shù)形對照,相互滲透.
【例2】 光滑地面上放有質(zhì)量為M、長為L的木板,木板左端放有質(zhì)量為m的小鐵塊,如圖1(a)所示,當(dāng)鐵塊以初速度v0向右滑動,滑到木板右端時恰好與木板保持相對靜止,且有共同速度v1.現(xiàn)將木板均分為二,總質(zhì)量和總長度保持不變,如圖1(b)所示,若鐵塊仍以初速度v0向右滑動,則().
A.鐵塊將在第2塊木板上與木板保持相對靜止,有共同速度v2,且v2>v1
B.鐵塊將在第2塊木板上與木板保持相對靜止,有共同速度v2,且v2<v1
C.鐵塊將滑出第2塊木板
D.圖(b)中損失的機械能小于圖(a)中損失的機械能
析與解:本題可用v-t圖像來解決,在圖(b)中,由牛頓第二定律可知,當(dāng)鐵塊滑上木板2時,木板的加速度將增大為原來的2倍,即圖中ED段直線的斜率所示,圖中梯形ACEO的面積應(yīng)等于三角形CEB的面積,即木板1、2的長度相等.現(xiàn)可知,鐵塊滑到v-t圖中的D點時,就與木板2相對靜止,有共同速度v2,而木板1從E點開始以v′做勻速直線運動.因此,很容易可知選項AD是正確的.
三、極限思維
極限思維是根據(jù)已知的經(jīng)驗事實,從邊界性的原理出發(fā),把研究的現(xiàn)象和過程外推到理想的極值加以考慮,使主要因素或問題的本質(zhì)迅速地暴露出來,從而得出正確的判斷.臨界思維和極限思維解物理問題,往往能化繁為簡,化難為易.在中學(xué)物理教學(xué)中,常常涉及到的極值計算有:分析物理過程求取極值;利用二次函數(shù)求取極值;利用不等式求取極值;利用物理圖像求取極值等.
【例3】 在地面上以初速度為2v0豎直上拋一物體后,又以初速度為v0同地點豎直上拋另一物體,要使兩物體能在空中相碰,則兩物體拋出的時間間隔必須滿足要求什么條件?
析與解:先用“極限法”分析時間間隔Δt有一個范圍:當(dāng)Δt較?。é→0),即兩物體幾乎同時拋出時,則后一物體回到地面時,前一物體還在空中運動,不能滿足題目要求;當(dāng)Δt較大(足夠大)時,前一物體早已落地,后一物體尚未拋出,也不能滿足題目要求.因此Δt不能太大也不能太小,有個范圍.