浅析高中物理教学中几种常用的思维方法1_高中物理常用教学方法

2020-02-28 教学心得体会下载本文

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浅析高中物理教学中几种常用的思维方法

贵州省大方县第一中学物理组张顺全

摘要：常常听到学生抱怨说：“在初中时物理还可以，但到了高中，物理太抽象太难学了”。在物理学习调查中，发现60%的男生，85%的女生普遍存在物理成绩上不去，认为物理是一门非常难学的学科。这部分学生的学习动机和刻苦程度都比较好，但学习效果不好，使他们丧失了学习物理的兴趣，他们中的大多数同学实际上是没有掌握解决高中物理问题的常用思维方法。因此，本文将归纳并介绍高中物理学习中常用的几种思维方法，即：整体隔离思维法、逆向思维法、等效思维法、图象法、极限思维法及分析和综合法，并通过具体的例子解析及方法总结，对学生的学习及教师的教学都有一定的指导意义，掌握了正确的思维方法，会对我们的学习及教学起到事半功倍的作用。

关键词：高中物理、思维方法、培养。

正文：常言道：“授之以鱼，只借一餐；授之以渔，终身受益”。因此作为一名中学物理教师，在我们的平时教学中，不仅要让学生掌握、理解知识，更重要的任务是培养、训练学生的思维方法，提高灵活迁移运用知识解决物理问题的能力，使学生的学习更主动，效率更高，兴趣更浓。本文将通过一些具体例子，与各位同行共同探讨高中物理教学中学生思维方法的培养。

一、整体与隔离思维方法

整体思维与隔离思维都是中学物理解题的常用思维方法。整

体法是一种把研究对象放在系统中加以考虑的方法，是从整体出发，从部分与整体的联系中揭示整个系统的变化规律，使整体和部分辩证统一起来。而隔离法是将研究对象从系统中隔离出来，单独进行分析，找出其运动规律的思维方法。我们根据已知条件和要求的问题，可以把它们作为一个整体来处理，也可以把它们的某一部分拿出来单独处理；可以先部分再整体，也可以先整体再部分。此二种思维方法往往交叉使用，也可单独使用，这要据具体问题而定，我们在教学中，培养学生的整体与隔离思维很有必要。

例1：如图（1）所示，质量为m的物体A放在质量为M 的物体B上，B与弹簧相连，它

们一起在光滑水面上做简谐运动，图（1）振动过程中，A、B之间无相对滑动，设弹簧的劲度系数为K，当物体离开平衡位移为X时，A、B间的摩擦力的大小等于多少？

解析：该题采用整体法结合隔离法列式可得出结果，也可单独采用隔离法求解。采用整体隔离法：先将A、B看成一整体，当物体离开平衡位置位移为X时，A、B整体的回复力为F=-kx，物体的加速度为a=-kx/（M+m）。所以由牛顿第二定律知，A受到B的摩擦力的大小为f=ma=

m.KX 可让学生讨论隔离法：（对MmB在水平方向由牛顿第二定律有kx-f=Ma ①,对A在水平方向由牛顿第二定律有f=ma ②，由方程①②有f=

m.KX。）Mm

方法总结：整体思维方法和隔离思维方法都可用时，我们应首选整体法。整体思维方法强调从整体上把握问题的因果关联，站在更高的立场看问题，解决问题更为全面，透彻，清晰。大大缩短解题时间，简化解题过程，不失为一种上乘的思维品质。但我们在处理系统内部各部分之间的作用时，还要结合隔离法才能解决问题。

二、逆向思维法

逆向思维法是抽象思维形式中的一种思维方式，这种思维方式通过与正常的截然相反的方式、方法、路线去研究与思考问题。在物理教学中，合理地应用逆向思维，不但能给学生展示新颖的思想和独特的技巧，而且能加深对物理概念和规律的认识、理解，提高学习效率，对培养创造性人才有重要作用。在物理发展史上，逆向思维曾取得过重要成就。如奥斯特发现了电生磁后，法拉第运用逆向思维解决了磁生电的问题，麦克斯韦用场的观点，分析了电磁感应现象，得出了变化磁场能产生电场后，运用逆向思维得出变化的电场能够产生磁场的结论，从而归纳出麦克斯韦方程组，形成严密而完整的电磁理论，在物理教学中，有些问题按常规思维习惯去思考，往往既复杂又麻烦，甚至难以得出结论，但对问题逆向思考，则问题可能迎刃而解。

例2 如图（2）所示，质量力m，水平速度为v0的子弹刚好能穿过四块固定的木板，已知四块木板对子弹的平均

阻力相同，且子弹穿过每块木板的时间相同，求四块木板的厚度之比。

解析：此题子弹穿过四块木板做初速度为v0的匀减速直线运动，且末速度为零，按正过程求解，显得非常复杂，但按逆过程求解则极为简单。设四木板厚度分别为d1、d2、d3、d4，由题意知，子弹穿过木板的逆过程为初速度为零，末速度为V0的匀加速直线运动，根据有关运动学知识可知，逆过程在相邻、相等的时间内的位移之比s1 : s2 : s3 : s4= 1:3:5:7，所以四木板的厚度之比：d1 : d2 : d3 : d4= 7:5:3:1。

方法总结：逆向思维是一种突破常规定型模式和超越传统理论框架，把思路指向新的领域和新的客体的思维方式。当我们遇到用正向思维很难解决、或解决过程比较繁杂的物理问题时，就可以打破传统的思维定势，采用逆向思维。当然，强调逆向思维不是要求一切问题都从另一面去思考，同时，没有知识的逆向思维是无源之水、无本之木。在其它条件相同的情况下，基础知识越牢固，对问题的理解就越深刻，应用逆向思维就能取得更大的成效。

三、等效思维法

等效思维是从两个不同的物理过程在某些方面或某种意义上产生相同效果中受到启发，使问题获得解决的思考方法，且有启迪思考，扩大视野的作用，物理学中物理模型的等效，物理过程的等效、等量替代、等效条件、等效变换等比比皆是。

例3 如图（3）所示，一条长为L=0.1m的细线上端固定在O点，下端系一个质量为m的带电小球，将它置于一个很大的匀强电场中，电场强度为E，方向水平向右，已知小球在B点时平衡，细线与竖直线的夹角=37º。

（1）当悬线与竖直方向的夹角为多大时，才能使小球由静止释放后，细线摆到竖直位置时，小球速度恰好为零？

（2）当细线与竖直方向成角时，至少要给小球一个多大的速度，才能使小球在竖直面内做完整的圆周运动？（g取10m/s）

解析：此题若用其它方法求解，则解题过程较复杂，但若使用等效思维求解，可使问题简单化，很快得出结论。

（）

（1）小球静止在平衡位置时，细线的拉T=

mgcom

=1.25mg将g′=1.25g看成等效重力加速度，这时“等效竖直”方向为与重力竖直方向成37º角的方向，则据单摆振动的对称特点可知，要使小球摆到竖直时速度为零，则悬线最初与竖直方向成2=74º。

（2）小球做完整圆周运动的等效最高点应在OB连线上B点关于O点的对称点B′点。设小球在等效最高点时的速度为V2，最初在B点时小球速度至少为V1，才能使小球做完整的圆周运动，则有：

12mV1=mV2+mg′〃2L ① 2

2122v2mL=mg′ ②

5g/L由①②式有V1=

=2.5m/s。

方法总结：等效思维的实质是在效果相同的情况下，将较为复杂的实际问题变换为简单的熟悉的问题，以便突出主要因素，抓住它的本质，找出其中规律.因此应用等效法时往往是用较简单的因素代替较复杂的因素，以使问题得到简化而便于求解.而不是把简单的问题复杂化。

四、图象法

图像法是根据题意把抽象复杂的物理过程有针对性地表示成物理图像，将物理量间的代数关系转变为几何关系，运用图像直观、形象、简明的特点，来分析解决物理问题，由此达到化难为易，化繁为简的目的，图像法在处理某些运动问题，变力做功等问题时是一种非常有效的方法。

例4，汽车正以10m/s的速度在平直公路上前进，突然发现正前方4m处有一辆自行车以4m/s的速度沿同一方向做匀速直线运动，汽车立即关闭油门做加速度大小为6m/s的匀减速运动，问汽车能否撞上自行车？

解析：解法一，利用运动学规律求解，因开始时，V车>V自，所以两车间距△S不断减小，若当V车=V自时，汽车仍未追上自行车，则△S>0，之后，V车

2汽车减速到4m/s时的运动时间和发生的位移分别为： t= v0v自104= =1S

6a122S车=V0t－at=10×1－6×1=7m 这时自行车发生的位移为： S自=V自〃t=4×1=4m 这时汽车离自行车的距离为：

△S=S自+S-S车=4+4-7=1m>0，故汽车不能与自行车相撞解法二，利用V-t图象进行求解，如图（4）所示。直线I、II分别是汽车与自行车的V-t图线，其中划斜线部分面积表示当两车车速相等时汽车比自行车多发生的位移S，所以应用

2(v车v自）(104)2S==2a2612

2m=3m＜4m

（）

故汽车不能与自行车相撞。

方法总结：图象法就是运用物理规律对图象进行分析、比较、判断有关问题的方法。物理学中常用的图象有v-t、s-t、p-v、p-t、v-t、u-i、p-R、i-t、q-t图等。对图象的认识应注意：纵、横坐标代表的物理量、单位、图象斜率、截距的意义，与坐标轴所围面积的意义，交点的意义等。比较以上两种解法我们不难看出，许多物理问题采用图象法分析会更直观，更容易找出其变化规律，起到事半功倍的效果。

五、极限思维法

极限思维法也叫特殊值法，根据普遍性蕴含特殊性，特殊性渗透普遍性的原理，当物理过程连续变化时，让其趋向某一特殊值，此时物理现象仍受原规律支配，从而简化了问题，迅速得出结论。

例5，如图（5）所示，一图柱形容器中盛满水，用细线悬挂起来，让容器做小角度（最大偏角小于5º）摆动，则其振动周期将（）A、越来越大，B、保持不变，（）

C、越来越小，D、先增大后减少

解析：由题设条件知，容器的振动为简谐振动，其周期T=2L，而L为悬点到系统重心的距离，定量讨论L的变化关g系较复杂

如采用极限思维法：在水不断连续流出的过程中只选三个特殊状态来确定重心，即盛满水时，重心在容器的1/2高度处；流出部分水后，系统重心下降，全部水流完后，重心又在容器1/2高度处。由此得出系统重心先下降后上升到某一确定位置，故摆长先增大后减小，正确答案选D。

方法总结：极限法是把某个物理量推向极端，即极大和极小或极左和极右，并依此做出科学的推理分析，从而给出判断或导出一般结论。极限法在进行某些物理过程的分析时，具有独特作用，恰当应用极限法能提高解题效率，使问题化难为易，化繁为简，思路灵活，判断准确。因此要求解题者，不仅具有严谨的逻辑推理能力，而且要具有丰富的想象能力，从而达到事半功倍的效果。

六、分析和综合法

分析就是把研究对象分成各个组成部分或因素，然后分别加以考察和研究，从而揭示其属性和规律的思维方法，任何复杂的事物都是由各个部分或各个要素组成的，将它分解后，逐个部分或逐个要素进行研究，可以使研究工作简化，容易揭示研究对象的本质，综合就是把研究对象的各部分或各层次集合进来进行考察的思维方法，找出各部分或各层次之间的联系和作用，从而从整体上把握事物的本质和规律。

例6，用长为L=1m的细绳将质量为m=1kg 的小球悬挂在天花板上的O点，细绳能承受的最大拉力为20N，使小球在水平面内做圆周运动，并使小球的转速越来越快，细绳断后小球掉在地面，求小球落点距悬点O的水平距离R为多少？

（已知，天花板距地面高为=5.5m，g=10m/s）

解析：小球开始作圆周运动的向心力由细绳的拉力及小球重力的合力提供，当绳的拉力达到20N时细绳断，以后小球作平抛运动，最后掉在地上。

由题意有，当绳断时，设此时绳与竖直方向的夹角为，小球作圆周运动的半径为r，线速度为v0。

（）

则COS= mg= ∴=60° ①

Fm12

∴F

2v0向=FmSin60°=m

②

r=Lsin60°=

3m2代入②解出V0=15m/s n 绳断后球作平抛运动，将其分解为竖直方向的自由落体和水平方向的匀速直线运动，设下落时间为t，则有：