高三物理总复习 物理中的科学思维方法和解题中的策略、方法与技巧

高三物理总复习

物理中的科学思维方法和解题中的策略、方法与技巧（转载）

一、 物理中的科学思维方法

对同一个物理问题，采用不同的方法来解决，其繁简程度可能会有很大的区别。如果遵循一定的科学思维方法，掌握正确的研究物理问题的思路，则会收到事半功倍的效果。下面就通过对一些典型问题的分析，介绍物理模型法、对称法、等效法、逆向法和极端思维法等常用的基本科学思维方法。

1、物理模型法

物理模型是一种理想化的物理形态，是物理知识的一种直观表现。模型思维法是对研究对象加以简化和纯化，突出主要因素、忽略次要因素，从而来研究、处理物理问题的一种思维方法。从本质上讲，分析和解决物理问题的过程，就是构建物理模型的过程，我们平时所说的解题时应“明确物理过程”、“在头脑中建立一幅清晰的物理图景”，其实就是指构建物理模型。

物理模型一般可分为两大类，即实物模型和过程模型。实物模型大致上有：质点、单摆、理想气体、点电荷、电阻、匀强电场、匀强磁场等等；过程模型大致上有：匀速直线运动、匀加速直线运动、竖直上抛运动、平抛运动、圆周运动、简谐振动、等温过程、等容过程、等压过程、电磁感应现象等等。在实际运用中，过程模型使用更多。

*例1：如图所示，竖直放置的平行金属板，两板间距为0.1米，极板间电势差为103伏，一个质量为0.2克、带电量为10－7库的小球用0.01米长的绝缘线悬挂于O点。现将小球拉到与绝缘线呈水平位置的A点后放开，小球运动到O点正下方的B点时线突然断开，以后小球恰能通过B点正下方的C点。求BC间的距离。（g＝10米/秒2）

解析：带电小球从A点开始作圆周运动到B点，用动能定理可得它过B点时的水平速度v，即：mgL－qUL/d＝mv2/2，线断后，它在水平方向作匀减速运动，可得运动时间t，即：t＝2v/a＝2vdm/qu，同时，它在竖直方向作自由落体运动，可的：HBC＝gt2/2＝g(2vdm)2/2(qU)2，代入数据，即得HBC＝0.08米。

点评：本题中小球从B到C的运动是曲线运动，把它分解后，即可运用匀变速运动的过程模型来求解。

2、对称法

对称法是从对称性的角度研究、处理物理问题的一种思维方法，有时间和空间上的对称。它表明物理规律在某种变换下具有不变的性质。用这种思维方法来处理问题可以开拓思路，使复杂问题的解决变得简捷。如，一个做匀减速直线运动的物体在至运动停止的过程中，根据运动的对称性，从时间上的反演，就能看作是一个初速度为零的匀加速直线运动，于是便可将初速度为零的匀加速直线运动的规律和特点，用于处理末速度为零的匀减速运动，从而简化解题过程。

*例2：将一个小球从离开竖直墙壁40米处地面上的A点，以初速v0斜向上抛出，要使它水平击中墙上20米高处的B点，求v0的大小和方向。

解析：该问题可以利用小球运动在空间上的对称性来解决，即可以设想小球从墙上的B点以某一初速v水平抛出，它能击中地面上的A点。从已知条件即可很方便地求得v，再去求斜抛运动的初速v0。

点评：物质世界中存在着许多对称的现象，如：单摆振动时，摆球在竖直线左右两侧的运动是完全对称的；通电直导线周围的磁场分布是关于导线对称的，等等。客观现象的对称性也必然会在物理规律中反映出来。我们要做的只不过是把它们找出来。

3、等效法

等效法是从效果等价的角度把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的现象、过程，从而来研究和处理物理问题的一种思维方法，它是物理学研究的一种重要方法。在中学物理中，合力和分力、合运动和分运动、电路中的等效问题以及平均值、有效值等概念都是根据等效的观点来引入的。它对灵活运用知识、促使知识、技能和能力的迁移，都有很大的帮助。

大多物理概念的建立，可以说是运用某种等效思维方法研究物理问题的结果。如平均值概念的引出，是将某个变量等效地看作常量。这样，就把一个某特征量变化的问题等效成该特征量保持“恒定不变”的问题。

例3：如图所示，电路中的E、r、R1、R2都未知，当在它的输出端a、b间接一个电阻Rx时，测得通过Rx的电流情况如下：当Rx＝Rx1＝10欧时，Ix＝Ix1＝1安；当Rx＝Rx2＝18欧时，Ix＝Ix2＝0.6安。试问接入的电阻Rx（设为Rx3）取多大的值时，Ix为0.1安？

解析：因为电路中的E、r、R1、R2虽然都是未知的，但它们也是确定的，变化的只是a、b两点右边的电阻，从而引起Ix的变化。所以我们可以把a、b两点的左边电路等效为一个新的电源，（注）其电动势为E‘，内电阻为r’，通过已知条件，可以求得E‘＝12伏，r‘＝2欧，再根据闭合电路欧姆定律，求得当Rx3＝118欧时，Ix3＝0.1安。（注：经严格的证明在上述情况下可以等效为一个新的电源）

点评：电路中的等效问题是很常见的，如等效电阻、等效电路，在一些特定的情况下，电源也是可以用等效法的思路来解决。

4、逆向思维法

逆向思维法是在解决问题的过程中有意识地去做跟一般顺向（正向）思维方向（由头至尾、由此及彼、由因到果等）相反的探索，即从跟常规顺向思维相反的方向（由尾至头、由彼及此、由果到因）去研究、处理物理问题的一种思维方法。它是属于具有创造性的一种思维方法，运用它往往能使我们另辟蹊径，有效地找到解决问题的钥匙。在中学物理中，常常涉及到的逆向思维的依据有：运动形式的可逆性、时间反演的可逆性、力的合成与分解的可逆性、高中物理涉及的热学过程的可逆性等等。

例4、 将某种材料的长方体锯成A、B、C三个物体，然后再对拼在一起放在光滑水平面上，如图所示。已知mA＝mB＝1千克，mC＝2千克。现用8牛的力F从正面推C，使得A、B、C组成的长方体保持矩形的整体沿力的方向平动。试求运动中B与C间的静摩擦力的大小和方向。

解析：将A、B、C视为整体，应用牛顿第二定律，得整体的加速度为a＝F/（mA＋mB＋mC）＝2米/秒2。选B为研究对象，它只受到C对它的作用力，其大小为：FCB＝mBa＝4牛，方向与B、C接触面成60°。按正交分解方法，不难得B、C间静摩擦力大小为fCB＝FCBcos600＝2牛，其方向与FCB成60°。

点评：这里利用了力的合成与分解的可逆性来解题。由于把问题情景倒过来进行思考，求解摩擦力就显得方便了。

5、极端思维法

极限思维法是将问题推向极端状态进行分析或借助数学手段求取物理量极值的一种研究、处理物理问题的思维方法。这种方法对分析、综合能力和应用数学工具解决物理问题的能力要求较高，一旦运用得恰当，能简化问题的中间过程，加快分析、解决问题的速度。其运用既是教学中的难点问题，又是高考中的热点问题。在中学物理教学中，常常涉及到的极值计算有：分析物理过程求取极值；利用二次函数求取极值；利用不等式求取极值；利用物理图像求取极值等。

例5：如图所示的电路中，闭合开关S，调节有关电阻使电流计的读数为零，这时：（）

A、 若R1增大，则G中的电流从a到b。

B、 若R2增大，则G中的电流从a到b。

C、 若R3减小，则G中的电流从a到b。

D、若R4减小，则G中的电流从a到b。

解析：可用极端思维法来解决，既然R1、R2增大，就让它们断开，这样就很容易得出选项B是正确的；既然R3、R4减小，就让它们短路，同样也很容易得出选项D是正确的。

点评：把对问题的分析推向极端情况，常会收到事半功倍的效果。

小结：上面从五个方面简要介绍了研究物理问题的基本科学思维方法，它们应有益于加深对物理知识的理解、巩固和提高灵活应用知识的能力，对高中物理总复习起到有益的作用。

二、 物理解题中的策略、方法和技巧

在解决物理问题时，正确的解题策略、方法和技巧可使问题化繁为简、化难为易。就物理解题而言，在许多情况下，不同的学生在物理解题上的差异，有时并不主要在于知识掌握上的差异，而是在于运用解题策略、方法和技巧上的差异。以下就有选择地介绍几种物理解题中最基本、最常见、也很有效的策略、方法和技巧，如等效变换、反证法、时间反演、反客为主、数形结合、以虚求实、特殊化和一般化、隔离法与整体法等。

1、等效变换

所谓等效变换，就是根据等效思维方法，从某种特定的意义上，在保证效果相同的前提下，将陌生、复杂的问题变换成熟悉、简单的问题的一种方法。

例：如图，一条长为L的细线上端固定，下端拴一个质量为m的带电小球。将它置于水平向右、场强为E的匀强电场中，已知当细线离开竖直位置偏角时，小球处于平衡状态。（1）若使细线的偏角由增大到，然后将小球由静止释放，则应为，才能使细线到达竖直位置时小球的速度刚好为零。（2）若很小，那么（1）问中带电小球由静止释放再到达竖直位置需要的时间为。

解析：带电小球所受的重力和电场力都是恒力，可合成为“等效重力”，即mg‘＝mg/cos，其中的“等效重力加速度”g’＝g/cos，方向与竖直方向成角。则在（1）中，就可根据重力场中单摆振动的特点，得：＝2；在（2）中，由于很小，则在“等效重力场”中，只要用“等效重力加速度”g‘代替单摆的振动周期公式中的g即可，而所求的时间t＝T/2。

2、反证法

反证法是从否定要论证的论题的反论题出发，进行合理的推理，得出矛盾，从而肯定要论证的论题的一种间接论证的方法。

例：半径为r、电阻为R的闭合金属圆环垂直磁场放置，磁感强度B随时间均匀增大，即R＝kt，图中C、D所对圆心角为90°，试确定C、D之间的电势差UCD？ 解析：用计算来求UCD也可，但常会算错。如用反证法，则很快就行。在图中左边的圆环上任取一点A，若认为D点电势比C点高，则A点的电势就比D点高，而C点的电势就比A点高，这样就会得到C点的电势反而比D点高了，这就与原先的假设相矛盾，因此，只能得出UCD＝0的结论。

3、时间反演

任何物理事件的发生和发展都有一个时间的序。有时，按事件发展的实际顺序思考问题比较困难，而设想时间倒流，使物理过程倒过来进行，这往往可使问题的求解变得十分方便。

例：有一个由斜面和竖直放置的半径为2.5米的半圆环组成的光滑轨道，如图所示。现要想在平地上抛出一个小球，使它在半圆环的最高点A处平滑而无碰撞地进入环形轨道， 再沿斜面上升到10米的高度，应在平地上何处，以何速度，多大抛射角抛出小球？（g＝10米/秒2）

解析：据题意，可设想时间反演。若将小球由B点释放沿斜面下滑，经D点到A点作平抛运动，恰好落到C点，则由机械能守恒，设h＝10m，对于由B到A的过程：mgh＝mg2R＋mvA2/2。由B到C的过程中，mgh＝mvC2/2。小球由A点作平抛运动到C点，则按平抛运动规律：SCD＝vAt和2R＝gt2/2。联立求解以上方程即可得出：小球应在平地上距D点10m处，以14.1m/s的初速度v0，与水平方向成45°角抛出。

4、反客为主

就是改变问题中不同事物的主次地位，把原来处于相对次要地位的事物突出出来，成为我们的主要研究对象。

例：如图所示，一人站在车厢中向左推着车厢侧壁，车厢向左以加速度a做匀加速运动。试判断人对车厢做功的正负：。

解析：因为人对车厢的作用力有手的推力和脚的压力、摩擦力，其中压力不做功，但脚的摩擦力方向如何？手和脚的作用力哪个大？一时难以看出。因此，先思考一个相反的问题，即判断车厢对人做功的正负，因为人做加速运动，车厢对人做正功，且人和车厢之间没有相对位移，人对车厢做的功与车厢对人做的功大小相等，一正一负，由此即可推知，人对车厢做负功。

5、数形结合

许多物理关系既可用代数式表达，也可用图形或图象来表达。如，一定质量的理想气体等温变化的规律可以表达为PV＝常量，也可以用等温线描绘。这使许多物理习题既可以用代数的方法，也可以用图象、图形的方法来求解。物理解题中的数形结合，就是指在求解时，交替运用代数式和图形、图象等工具，并使它们协同统一，以使问题获得最为顺利的解决。