初中物理思維訓練-金題典
物理習題蘊含著概念、公式、規(guī)律間關系的多樣性，決定了它可以變換不同的方法求解和習題題目的無限化.當前，很多教師和學生為了提高成績，沉緬于茫茫題海之中，花費了不少精力，卻收不到滿意的效果.面對眾多的物理習題，應當對學生加強思維方法的訓練，提高學生的解題能力，才能收到事半功倍的效果.下面談談中學物理常用的思維方法和解題之間的聯(lián)系.
??一、正向思維和逆向思維
??所謂正向思維就是“循規(guī)蹈矩”，從問題的始態(tài)到終態(tài)，順著物理過程的發(fā)展去思考問題.而逆向思維則是反其常規(guī)，是將問題倒過來思考的思維方法.有很多物理習題，利用正向思維方法解決比較困難或解決起來十分繁瑣，而利用逆向思維卻能收到很好的效果.
??例1 物體以速度v0被豎直上拋，不計空氣阻力，在到達最高點前0.5s內通過的位移為多大?(g=10m/s2)
??分析求解 本題用正向思維不好求解，但利用逆向思維可很快求出答案.
??若將物體從被上拋至到達最高點這一過程逆向看，將是一個自由落體運動，而此題所求的“到達最高點前0.5s內的位移”，正是自由落體前0.5s內的位移.則
??s=(1/2)gt2=(1/2)×10×(0.5)2=1.25(m).
??二、形象思維和抽象思維
??形象思維是指從具體的、較真實的、易理解的角度思考問題，而抽象思維則與之相反，是指人腦把各種對象或現(xiàn)象間共同的、本質的屬性提取出來，并同非本質屬性分離出來的過程.在物理解題時，抽象思維是學生把實際問題轉化為典型物理問題的重要思維形式.如果把具體的物理問題化形象為抽象，找出事物的本質屬性，則可簡化解題過程.
??例2 如圖1所示，abc和a'b'c'為平行放置的光滑金屬導軌，ab、a'b'段形成一翹起斜面，bc、b'c'段形成一水平面.在bc、b'c'的水平部分導軌之間穿過磁感強度為B、方向垂直向上的勻強磁場.在導軌水平部分放有質量為m的金屬桿PQ，讓質量為M的金屬桿JK由距水平面高為h處無初速下滑.如果JK始終不與PQ接觸，導軌的水平部分足夠長并始終在磁場區(qū)域中，那么JK的最后速度是多大?
圖1
??分析求解 金屬桿JK滑到軌道水平部分時的速度不難由機械能守恒定律求得為v=，當金屬桿JK繼續(xù)滑動將引起閉合回路面積、磁通量、感生電流以及金屬桿JK、PQ所受的安培力的一系列相互關聯(lián)的變化.按上述物理過程用數(shù)學方法求出金屬桿JK的最后速度v'十分繁瑣.但是，若能透過電磁現(xiàn)象抓住問題實質就會發(fā)現(xiàn)，金屬桿JK、PQ所組成的系統(tǒng)在水平軌道上運動的過程中，所受的外力的矢量和時時刻刻為零，因此系統(tǒng)的動量守恒，而且二者最后具有相同的速度v.這就是對具體問題進行了抽象思維，提取出了問題的本質和規(guī)律.因此，由動量守恒定律，得
??Mv=(M+m)v'，
??v'=[M/(M+m)]v=[M/(M+m)].
??可見，把具體的物理問題進行抽象思維，抓住事物的本質，能使運算變得簡捷明快，而轉化的關鍵是進行模型抽象的物理思維.
??三、隔離思維與整體思維
??隔離思維是解題中的一種普遍有效的思維方法，使用它不僅能求出與部分有關的物理量，而且可以求出與整體有關的物理量;而整體思維方法即本著整體觀念對系統(tǒng)進行整體上的分析.處理好隔離思維與整體思維的關系，可以找出解題的簡捷方法.
??例3 如圖2所示的容器中，容器A與容器B相連并通過閥門S隔開，其中容器A內充滿6atm的氣體，容積為6L，容器B內充滿同樣的氣體，容積為4L，壓強為8atm.求閥門S開通后氣體的壓強(設溫度不變).
圖2
??分析求解 由于pB>pA閥門S開通后有一部分氣體將從容器B進入容器A，由于玻意耳定律只適用于質量一定、溫度不變的氣體，而A、B兩容器中氣體的質量均有變化，故對容器A、對容器B都不能直接應用玻意耳定律求解.若將容器A、容器B兩部分氣體看作一個整體，整體氣體質量、溫度均不變.則對整體由玻意耳定律，有
??pAVA+pAVB=p(VA+VB)，
解得 p=(pAVA+pAVB)/(VA+VB)=6.8atm.
??例4 如圖3(a)所示，底座A上裝有一根直立長桿，共總質量為M，桿上套有一質量為m的圓環(huán)B，它與桿間有摩擦.當圓環(huán)以初速度v0沿桿向上運動時，圓環(huán)的加速度大小為a，底座A不動，求底座在圓環(huán)上升和下落過程中，水平面對底座的支持力分別是多大?
圖3
??分析 因圓環(huán)上升和下降過程中底座不動，且上升和下落過程中圓環(huán)對底座的作用不同，所以在計算此題時，不能將圓環(huán)和底座視為整體，應用隔離法.
??略解 圓環(huán)上升時，對其作受力分析，如圖3(b)所示.
??對圓環(huán)：f+mg=ma， ?、?/p>
??對底座：f'+N1-Mg=0， ?、?/p>
?? f=f'. ?、?/p>
??聯(lián)立①、②、③式，可求得水平面對底座的支持力為
??N1=Mg-m(a-g).
??圓環(huán)下落時，對圓環(huán)和底座兩個物體進行受力分析，如圖3(c)所示.
??對底座：Mg+f'-N2=0，
??對圓環(huán)：mg-f=ma'，
?? f=f'，
??聯(lián)立以上三式，求得圓環(huán)下落時水平面對底座的支持力為
? N2=Mg+m(g-a').
??四、發(fā)散思維和收斂思維
??所謂發(fā)散思維就是多角度、全方位的思考問題.而收斂思維是將大量的、甚至零亂的事實集中于一點的思維方式.
??發(fā)散思維必須對某問題的共性有全面的掌握，聯(lián)系得越多，發(fā)散得越廣，產生對問題的求解方法就越多，從而可做到一題多解，并從多種解法中選擇出一種簡單明快的方法;收斂思維須對問題的個性有明確的認識，分辨得越清，收斂得越準，這種思維方式可做到多題一解.
??例5 某一物體被豎直上拋，空氣阻力不計.當它經過拋出點上方0.4m處時，速度為3m/s.當它經過拋出點下方0.4m處時，速度應為多少?(g=10m/s2)
??分析求解 此題可從多個方面入手求解.
??解法一 設到達拋出點上方0.4m處時還能上升高度為h，則
??h=v02/2g=32/(2×10)=0.45(m).
??物體從最高點自由下落高度為H=(0.45+0.4+0.4)m時的速度為
??vt=2gH=2×10×1.25=5(m/s).
??解法二 設位移為h1=0.4m時速度為v1，位移為h2=-0.4m時速度為v2，則
? v12=v02-2gh1，
? v22=v02-2gh2，
??即 32=v02-2×10×0.4，
??v22=v02-2×10×(-0.4)，
??解得 v2=5m/s.
??解法三 根據(jù)豎直上拋物體的上拋速度與回落速度等值反向的特點可知：物體回落到拋出點上方0.4m時，速度為3m/s，方向豎直向下.以此點為起點，物體做豎直下拋運動，從此點開始到原拋出點下方0.4m處的位移為h=(0.4+0.4)m，那么，所求速度為這段時間的末速度，即
?? vt= =5m/s，??再看如下兩題：
??例6 質量為m的子彈以水平速度v0射入放于光滑水平桌面上的質量為m的木塊中未射出，若要求子彈99%的動能轉化為內能，應滿足什么條件?
??例7 如圖4所示，金屬桿A從h高處沿光滑的弧形平行導軌下滑，進入光滑導軌水平部分后，有豎直向上的勻強磁場B，水平導軌上原來靜止放置著另一個金屬棒C.設A、C兩棒不會相撞，水平導軌足夠長，若使A棒有90%的機械能轉化為電能，應滿足什么條件?
圖4
??上面兩題中的前者屬于力學中完全非彈性碰撞之類，后者屬于電磁感應之類.我們仔細分析不難發(fā)現(xiàn)，兩者均可以收斂于“完全非彈性碰撞”，即通過動量守恒定律和能量守恒定律求解(解略).
??五、等效思維
??等效思維是指以效果相同出發(fā)，對所研究的對象提出一些方案或設想進行研究的一種方法.等效條件、等效變換、等效假設等均屬此列.這種方法具有啟迪思維、擴大視野、觸類旁通的作用.如力學中的合力是分力的等效代替，運動學中的合運動是分運動的等效代替，以及電路的等效，質量的等效等等.
??例8 如圖5所示，真空中一帶電粒子，質量為m、帶電量為q，以初速度v0從A點豎直向上射入水平向左的勻強電場中，此帶電粒子在電場中運動到B點時，速度大小為2v0，方向水平向左，求該電場的場強和A、B間的電勢差?
??分析 帶電粒了受力如圖6所示，經分析帶電粒子做類斜拋運動(斜拋運動已超綱)，學生很難解答，如果能把這個復雜的運動等效成豎直向上的勻減速運動和水平向左的勻加速運動，學生便容易解答.
圖5
圖6
??略解 帶電粒子A到B點時速度水平向左.粒子在豎直方向上做勻減速運動，速度從v0減為零，在相同的時間內，粒子在水平方向做初速為零的勻加速運動，速度從零增為2v0，可得水平加速度a=2g.
??(1)Eq/m=2g，E=2mg/q.
??(2)Uq=(1/2)m(2v0)2=2mv02，U=2mv02/q.
??六、圖象思維
??所謂圖象思維是指利用圖象的物理意義來分析問題的思維方法.如運動學中的追及問題、振動和波的問題、熱學中氣體狀態(tài)連續(xù)變化的問題，均可利用圖象進作分析，既直觀又方便.
??例9 如圖7所示，粗細均勻、兩端封閉的U形玻璃管中A、B兩部分氣體被水銀柱分開.若A、B氣體開始溫度相同，最后升高相同的溫度時，水銀柱將向哪個方向運動?
圖7
圖8
??分析 由題意可知，初始狀態(tài)，B中氣體壓強高于A中氣體壓強，當升高相同的溫度時，A、B氣體的三個參量都發(fā)生變化，因此我們可假設A、B氣體體積不變，把它們的“等容”變化情況反映到p-T圖象中，比較ΔpA和ΔpB的大小.在p-T圖象中設A的“等容”線與T軸的夾角為α;B的“等容”線與T軸夾角為β.如圖8，顯然tgβ>tgα，而ΔpA=ΔTtgα，ΔpB=ΔTtgβ，則ΔpA<ΔpB，故水銀柱向A運動.
??七、臨界思維
??臨界思維是指利用物體處于臨界狀態(tài)時的條件來解決物理問題的一種思維方式.
??例10 如圖9(a)所示，斜面傾角θ=60°，物體的質量為m，若整個裝置以加速度a=g向右做勻加速直線運動時，則細繩對物體的拉力是多大?
??分析求解 此題若不加分析，按常規(guī)方法用牛頓第二定律求解，將必會出錯.正確方法是用臨界思維方法求解.設物體將離而未離斜面時的臨界加速度為a.(此時N=0)
圖9
??由圖9(b)列牛頓第二定律方程為：
?? Tcosθ=ma0， ?、?/p>
?? Tsinθ=mg. ②
??由①/②得?a0=gctgθ=( /3)g.??因為a=g>a0，所以物體已飛離斜面.
??如圖9(c)，設物體的連線與豎直方向的夾角為β，則
?? Tsinβ=ma， ?、?/p>
?? Tcosβ=mg. ④
??由③/④得?tgβ=a/g=1，β=45°，
??故T=mg/cos45°= mg.
??另外，在物理解題中，用到的思維方法還有極限思維、類比思維、假設思維等，在此不再一一闡述.總之，學生的思維能力決定著解題能力.因此在平時的教學過程中，教師應有意點撥和訓練學生的思維，使其在掌握基礎知識的基礎上，學會靈活思考問題的思維方式.這樣，既提高了學生的思維能力和解題能力，又可使學生對物理學的興趣更加濃厚，形成學習的良性循環(huán).
初中物理解題的主要方法：
守恒思維方法
自然界里各種運動形成雖然復雜多變，但變化中存在不變，即某些量總是守恒。守恒的觀點是分析物理問題的一種重要觀點，它啟發(fā)我們可以從更廣闊的角度認識到系統(tǒng)中某些量的轉化和轉移并不影響總量守恒。
(1)能量的轉化和守恒能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或從一個物體轉移到另一個物體。做功的過程就是能的轉化過程。如合外力對物體做的總功一定等于物體動能的變化。其中動力做功是把其它形式的能轉化為動能，阻力做功是把機械能轉化為其它形式的能。從能量守恒的觀點看，動能定理是一條應用廣泛的重要定理。在機械運動的范圍內，當系統(tǒng)狀態(tài)變化時，如果除重力、彈力外沒有其它力做功，系統(tǒng)的機械能守恒。它是普遍的能的轉化和守恒定律的一個特例。功、熱和內能之間的變化關系滿足熱力學第一定律。物體間由于溫度差發(fā)生熱傳遞。是內能的轉移。
如：長為L，質量為M的均勻軟繩，放在光滑桌面上，現(xiàn)讓其從桌邊緣無初速滑落，求繩子末端離開桌邊緣時的速度。本題是屬于變力做功問題，直接求解較難，最簡便的方法是從功能關系出發(fā)求解。解略。
(2)動量守恒如果沒有其它力，或外力與物體之間的相互作用力比較可以忽略時，在系統(tǒng)內各物體相互作用過程中總動量守恒，即各物體任意時刻總動量的矢量和不變。就系統(tǒng)內單個物體，其動量的變化等于合外力的沖量，但相互作用的兩物體受到的沖量大小相等，方向相反，則在動量傳遞過程中系統(tǒng)的總動量不變。
如在光滑的兩水平導體桿上，與桿垂直放上兩質量均為m，電阻均為R的金屬桿a、b，水平導體桿的電阻不計，長度足夠長并處于范圍足夠大的勻強磁場中，起初兩桿均靜止，現(xiàn)給a以初速度v0，使它向b運動，試求b桿的最大速度。
分析：此題為一道力電綜合題，顯然系統(tǒng)只有相互作用的磁場力可以認為是內力，所以系統(tǒng)受合外力為零，動量守恒。
(3)質量守恒一定的物質形式對應一定的運動和一定的能量狀態(tài)，運動是永恒的，物質是不滅的。參與變化的物體質量的總和與變化后物質質量的總和相等，這就是質量守恒的觀點。
(4)電荷守恒中性的原子由帶正電的原子核和核外電子組成，決定了自然界中電荷是守恒。不帶電的物體通過接觸，摩擦或感應的方式可以帶電，帶電的物體若發(fā)生中和或電荷轉移現(xiàn)象，電荷發(fā)生消失或減少，但正負電荷總和是一定的。如：在原子物理中，寫核反應方程，質量和核電荷數(shù)守恒。
系統(tǒng)思維方法
按照系統(tǒng)的觀點，我們面對著的整個自然界是由無數(shù)相互聯(lián)系、相互制約、相互作用、相互轉化的事物和過程所形成的統(tǒng)一整體。根據(jù)上述觀點，在分析和處理物理問題時，抓住研究對象的整體性和物理過程的整體性進行分析，這就是系統(tǒng)思維的方法。
在物理解題時，掌握系統(tǒng)思維方法，應當學會從整體上把握研究對象，如對系統(tǒng)進行受力分析的整體法，它與隔離法是相輔相成的，都應熟練掌握。有些物理過程是很復雜的，不公要學會把復雜的過程分解為若干簡單的過程，也要學會把復雜的物理過程看著一個統(tǒng)一整體來處理。在很多情況下，根據(jù)系統(tǒng)思維的方法，抓住研究對象的整體性和物理過程的整體性，解決問題往往能化繁為簡，迅速解決問題。
如：放在水平地面的靜止的斜面體M上，放著一個質量為m的物塊相對斜面靜止，求斜面體受到地面的摩擦力。
分析：該題如果從m平衡求出對M的作用力再分析M的受力求解很麻煩。若把兩物體看成一整體，因水平方向沒有外力作用，所以無運動趨勢，摩擦力為零。
類比思維方法
"類比"是邏輯學的一種推理形式，就是借助于事物之間的相似性，通過比較將一種已經掌握的特殊對象的知識，推到另一種新的特殊對象的思維方法。中學物理中存在大量可以類比的問題，如電磁振蕩與機械振動相類比、電壓與水壓相類比等。運用類比推理方法處理物理問題，常見的有模擬類比、過程類比、方法類比等形式。解題時在其它方向上不能奏效，若善于聯(lián)想，巧妙地用類比推理，往往可以使繁難或似乎無法解答的問題變得十分簡單。
等效思維方法
等效思維方法是指在處理問題時，采用相同性質事物間等效替代的解題方法。兩個不同的物理過程，如果在某方面、某點上或某種意義上產生的效果相同，就具有等效性。如平拋運動可以等效為自由落體運動和水平方向的勻速運動的合運動，二力的作用效果等效于它的合力的作用效果;較復雜的電路可以簡化為簡單的串并聯(lián)電路組成;交流電的有效值與熱效應相同的直流電大小相等;氣體狀態(tài)變化的復雜過程可等效為等溫、等容、等壓過程等等。當我們處理物理問題時，若甲問題難于處理，就處理與其有等效性的乙問題，從而得到相同的結果。常見的形式有：等效力系替代、等效過程替代、等效運動替代、等效參考系替代、等效電路替代……等等。值得注意的是，采取等效替代，并不改變原問題的物理性質與原過程的物理實質，僅僅使求解獲得最簡便的途徑。
對稱思維方法
對稱性是物質世界的一致性與和諧性的反映。應用物質世界的對稱性來分析處理問題的思維方法叫做對稱思維的方法。
在物理學中，對稱性比比皆是。許多物體的運動具有空間和時間的對稱性，例如作簡諧振動的物體在平衡位置兩側的運動對平衡位置是對稱的，豎直上拋運動的上升階段和下降階段對最高點是對稱的，許多物體在空間分布上具有對象性，例如：某些電路結構的對稱性;平面鏡成像的對稱性等。在某些物理問題中，抓住對稱性這一特征進行分析常能出奇制勝。
極端思維方法
許多物理現(xiàn)象和物理過程存在臨界狀態(tài)，其表現(xiàn)形式是某些物理量達到極限值時，物體在此前后運動情況發(fā)生突變。解答這類問題一般可依據(jù)物理量變化的方向逐步推向極端，通過分析臨界狀態(tài)和極值求得問題的解決。有時很難在一般發(fā)表情況下得出結論，也可以考慮把一般推向極端，做出極端條件下的判斷，再回到一般，往往會很快得出結論。我們把這類思維稱為極端思維方式。它能考查學生思維的深度、廣度和思維的敏捷性，提高運用物理規(guī)律分析解決實際問題的能力。
如一個量增大，可以設想它一直增加到無窮大;同樣一個若減小，可以設想一直減小到零。
例如：粗糙木板上放著一個物體，現(xiàn)將一端緩慢抬起，分析物體受到的摩擦力的變化。
分析：初始時刻，平板傾角為零，物體無運動趨勢，摩擦力為零。當木板有一定傾角且較小時，設想木板表面光滑，則物體必然下滑，所以判斷出物體受有摩擦力，而這時物體還沒有運動，受到的是靜摩擦力，且摩擦力隨重力沿斜面方向的分量的增加而增大。而當傾角增大到一定程度，物體必然下滑，受到滑到摩擦力的f=μN，N=Gcosθ，摩擦力減小。
逆向思維方法
在通常情況下，人們往往習慣于從條件或原因分析其結論或結果，這是正向思維的模式。
逆向思維是把人們通常思考問題的思路反過來加以思考。即從結論或結果出發(fā)倒著分析問題，分析這一結論或結果產生的條件或原因。這種思維方法叫逆向思維方法。逆向思維是一種創(chuàng)造性的思維，也是思維廣闊性和靈活性的表現(xiàn)。
將逆向思維應用于物理解題。要求能靈活地轉變思維方向，克服思維定勢的消極影響。特別是在某些情況下，按照正向思維的方式分析非常麻煩，甚至陷入困境，這時就應立即轉換思維方式，從相反的方向重新思考，往往能收到意想不到的效果。
例：還是做勻減速直線運動最后速度減為零的情況，均可看成初速度為零的勻加速直線運動組成。
總之，中學物理是一門較難學的一門學科，但只要多方面地培養(yǎng)興趣，注意學習方法，多思考，勤學好問，多作實驗，注意總結規(guī)律，是完全可以學好的。
初中物理思維相關文章：