初中物理教學(xué)所涉及的解題方法很多,在眾多的方法中,極限思維法是一種比較直觀(guān)、簡(jiǎn)捷的科學(xué)方法。極限法是一種科學(xué)的思維方法,假若某物理量在某一區(qū)間內(nèi)是單調(diào)連續(xù)變化的,我們可以將該物理量或它的變化過(guò)程和現(xiàn)象外推到該區(qū)域內(nèi)的極限情況(或極端值),使物理問(wèn)題的本質(zhì)迅速暴露出來(lái),再根據(jù)已知的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)很快得出規(guī)律性的認(rèn)識(shí)或作出正確的判斷,從而能使求解過(guò)程簡(jiǎn)單、直觀(guān),這種思維方法稱(chēng)為極限思維法。
例1:(2010年蚌埠中考)如圖1所示,密度均勻的木塊漂浮在水面上,現(xiàn)沿虛線(xiàn)將下部分截去,則剩下的部分將(?搖?搖?搖?搖)
A.上浮一些 B.靜止不動(dòng)
C.下沉一些 D.無(wú)法確定
分析:本題常規(guī)解法如下:由于木塊的密度保持不變,不論是否截取一部分,該木塊都處于漂浮狀態(tài)。根據(jù)物體漂浮條件F=G得:ρgV=ρgV,V/V的值是一定的,所以V/V的值也應(yīng)該是一定的。當(dāng)沿虛線(xiàn)將虛線(xiàn)以下部分截去之后,假設(shè)木塊保持靜止不動(dòng),此時(shí)V減小,而V不變,所以V/V的值減小,故不可能靜止不動(dòng),而應(yīng)該下沉一些,保持V/V的比值不變,故選C。
該問(wèn)題如果用極限法來(lái)分析,解決起來(lái)就簡(jiǎn)單得多了。題意是沿圖1中虛線(xiàn)截取,那我們不妨截去更多一些,把水面以下的部分全部截去,又會(huì)怎樣呢?因?yàn)槭O碌哪緣K密度不變,它仍然會(huì)處于漂浮狀態(tài),既然是漂浮,必然有一部分浸入水中,所以,截取之后木頭會(huì)下沉一些,故選C。
例2:如圖2所示,傾角為θ的斜面上有一靜止的小球(細(xì)線(xiàn)與斜面平行),請(qǐng)問(wèn)小球?qū)π泵娴膲毫﹄S著傾角θ的變化會(huì)發(fā)生變化嗎?
分析:對(duì)于初中階段的學(xué)生來(lái)說(shuō),往往會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為:小球?qū)π泵娴膲毫Φ扔谛∏蜃陨淼闹亓?。為了讓學(xué)生能夠正確地辨析壓力和重力的關(guān)系,我們不妨利用極限法來(lái)解決上述問(wèn)題。
當(dāng)傾角θ為0°時(shí),如圖3所示,該小球靜止在水平面上,小球的重力和地面對(duì)小球的支持力是一對(duì)平衡力,所以小球的重力等于地面對(duì)小球的支持力;又因?yàn)樾∏驅(qū)Φ孛娴膲毫偷孛鎸?duì)小球的支持力是一對(duì)相互作用力,所以小球?qū)Φ孛娴膲毫Φ扔诘孛鎸?duì)小球的支持力。因此,當(dāng)傾角θ為0°時(shí),小球?qū)λ矫娴膲毫Φ扔谛∏蜃陨淼闹亓Α?br/> 當(dāng)傾角θ為90°時(shí),如圖4所示,該小球在豎直方向所受的重力和細(xì)線(xiàn)的拉力是一對(duì)平衡力,在水平方向該小球?qū)τ覀?cè)接觸面的壓力為零。假如小球?qū)τ覀?cè)豎直面存在壓力,由于力的作用是相互的,那么,右側(cè)豎直面對(duì)該小球必然存在一個(gè)反方向的支持力。這樣,該小球在水平方向就只受一個(gè)向左的支持力,就不可能在如圖4所示的位置保持靜止平衡。因此,當(dāng)傾角θ為90°時(shí),該小球?qū)佑|面的壓力為零(不存在壓力)。
綜上所述,小球?qū)π泵娴膲毫κ请S著傾角θ的變化而變化的,壓力隨著傾角θ的增大而減小。
例3:(2008年蘇州中考)在如圖5所示的電路中,電阻R=8,R=10,電源電壓及定值電阻R的阻值未知。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接位置1時(shí),電流表示數(shù)為0.2A。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接位置2時(shí),電流表示數(shù)的可能值在?搖?搖A到?搖?搖A之間。
分析:假設(shè)電源總電壓為U,當(dāng)開(kāi)關(guān)S接位置1時(shí),R和R串聯(lián),電路中的電流為0.2A,
則0.2(R+R)=U……①
當(dāng)開(kāi)關(guān)S接位置2時(shí),R和R串聯(lián),設(shè)電路中的電流為I,則I(R+R)=U……②
由①、②式可得,0.2(R+R)=I(R+R)
又因?yàn)镽=8,R=10Ω,
所以0.2(8+R)=I(10+R)
即:I=……③
由③式可知,要確定電路中電流的范圍,我們首先要明確定值電阻R的阻值,因?yàn)槎ㄖ惦娮鑂的阻值未知。所以,我們不妨采用極限法來(lái)解決。
當(dāng)R=0時(shí),代入③式可得:I=0.16A。當(dāng)R=∞時(shí),代入③式可以得到:I→0.2A。綜上所述,電流表示數(shù)的可能值在0.16A到0.2A之間。
縱觀(guān)物理學(xué)的發(fā)展史,科學(xué)家們利用這種思維方法得到物理規(guī)律的例子不勝枚舉。例如,伽利略在研究從斜面上滾下的小球的運(yùn)動(dòng)時(shí),就運(yùn)用了極限思維法,他將第二斜面外推到極限——平面;開(kāi)爾文把查理定律外推到壓強(qiáng)為零這一極限,而引入了熱力學(xué)溫標(biāo)……這些例子說(shuō)明,在物理學(xué)的發(fā)展和物理問(wèn)題的研究中,極限思維法是一種重要的方法。因此,我們?cè)诔踔形锢斫虒W(xué)過(guò)程中,要對(duì)學(xué)生有意識(shí)地進(jìn)行極限思維法的訓(xùn)練,為學(xué)生物理思維的拓展奠定良好基礎(chǔ)。