物理中的科學(xué)思維方法 高中

物理中的科學(xué)思維方法高中物理中的科學(xué)思維方法(高中)物理中的科學(xué)思維方法對(duì)同一個(gè)物理問(wèn)題，采用不同的方法來(lái)解決，其繁簡(jiǎn)程度可能會(huì)有很大的區(qū)別。如果遵循一定的科學(xué)思維方法，掌握正確的研究物理問(wèn)題的思路，則會(huì)收到事半功倍的效果。下面就通過(guò)對(duì)一些典型問(wèn)題的分析，介紹物理模型法、對(duì)稱法、等效法、逆向法和極端思維法等常用的基本科學(xué)思維方法。1、物理模型法物理模型是一種理想化的物理形態(tài)，是物理知識(shí)的一種直觀表現(xiàn)。模型思維法是對(duì)研究對(duì)象加以簡(jiǎn)化和純化，突出主要因素、忽略次要因素，從而來(lái)研究、處理物理問(wèn)題的一種思維方法。從本質(zhì)上講，分析和解決物理問(wèn)題的過(guò)程，就是構(gòu)建物理模型的過(guò)程，我們平時(shí)所說(shuō)的解題時(shí)應(yīng)“明確物理過(guò)程”、“在頭腦中建立一幅清晰的物理圖景”，其實(shí)就是指構(gòu)建物理模型。物理模型一般可分為兩大類，即實(shí)物模型和過(guò)程模型。實(shí)物模型大致上有：質(zhì)點(diǎn)、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、電阻、勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等等；過(guò)程模型大致上有：勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻加速直線運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、等溫過(guò)程、等容過(guò)程、等壓過(guò)程、電磁感應(yīng)現(xiàn)象等等。在實(shí)際運(yùn)用中，過(guò)程模型使用更多。*10.10.210－70.01O點(diǎn)?，F(xiàn)將小球拉到與絕緣線呈水平位置的A點(diǎn)后放開(kāi)，小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)正下方的B點(diǎn)時(shí)線突然斷開(kāi)，以后小球恰能通過(guò)B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)。求BC間的距離。＝10/2）解析：帶電小球從A點(diǎn)開(kāi)始作圓周運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，用動(dòng)能定理可得它過(guò)B點(diǎn)時(shí)的水平速度v，即：mgL－qUL/d＝mv2/2，線斷后，它在水平方向作勻減速運(yùn)動(dòng)，可得運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，即：t＝2v/a＝2vdm/qu，同時(shí)，它在豎直方向作自由落體運(yùn)動(dòng)，可的：HBC＝gt2/2＝g(2vdm)2/2(qU)2，代入數(shù)據(jù)，即得HBC＝0.08米。點(diǎn)評(píng)：本題中小球從B到C的運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，把它分解后，即可運(yùn)用勻變速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程模型來(lái)求解。對(duì)稱法是從對(duì)稱性的角度研究、處理物理問(wèn)題的一種思維方法，有時(shí)間和空間上的對(duì)稱。它表明物理規(guī)律在某種變換下具有不變的性質(zhì)。用這種思維方法來(lái)處理問(wèn)題可以開(kāi)拓思路，使復(fù)雜問(wèn)題的解決變得簡(jiǎn)捷。如，一個(gè)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)的物體在至運(yùn)動(dòng)停止的過(guò)程中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，從時(shí)間上的反演，就能看作是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，于是便可將初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，用于處理末速度為零的勻減速運(yùn)動(dòng)，從而簡(jiǎn)化解題過(guò)程。*240A點(diǎn)，以初速v020B點(diǎn)，求v0解析：該問(wèn)題可以利用小球運(yùn)動(dòng)在空間上的對(duì)稱性來(lái)解決，即可以設(shè)想小球從墻上的B點(diǎn)以某一初速v水平拋出，它能擊中地面上的A點(diǎn)。從已知條件即可很方便地求得v，再去求斜拋運(yùn)動(dòng)的初速v0。點(diǎn)評(píng)：物質(zhì)世界中存在著許多對(duì)稱的現(xiàn)象，如：?jiǎn)螖[振動(dòng)時(shí)，擺球在豎直線左右兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)是完全對(duì)稱的；通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布是關(guān)于導(dǎo)線對(duì)稱的，等等?？陀^現(xiàn)象的對(duì)稱性也必然會(huì)在物理規(guī)律中反映出來(lái)。我們要做的只不過(guò)是把它們找出來(lái)。等效法是從效果等價(jià)的角度把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的現(xiàn)象、過(guò)程，從而來(lái)研究和處理物理問(wèn)題的一種思維方法，它是物理學(xué)研究的一種重要方法。在中學(xué)物理中，合力和分力、合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)、電路中的等效問(wèn)題以及平均值、有效值等概念都是根據(jù)等效的觀點(diǎn)來(lái)引入的。它對(duì)靈活運(yùn)用知識(shí)、促使知識(shí)、技能和能力的遷移，都有很大的幫助。大多物理概念的建立，可以說(shuō)是運(yùn)用某種等效思維方法研究物理問(wèn)題的結(jié)果。如平均值概念的引出，是將某個(gè)變量等效地看作常量。這樣，就把一個(gè)某特征量變化的問(wèn)題等效成該特征量保持“恒定不變”的問(wèn)題。例3：如圖所示，電路中的E、r、R1、R2都未知，當(dāng)在它的輸出端a、b間接一個(gè)電阻Rx時(shí)，測(cè)得通過(guò)Rx的電流情況如下：當(dāng)Rx＝Rx1＝10歐時(shí)，Ix＝Ix1＝1安；當(dāng)Rx＝Rx2＝18歐時(shí)，Ix＝Ix2＝0.6安。試問(wèn)接入的電阻Rx（設(shè)為Rx3）取多大的值時(shí)，Ix為0.1安？解析：因?yàn)殡娐分械腅、r、R、R2a、b兩點(diǎn)右邊的電阻，從而引起Ix的變化。所以我們可以把a(bǔ)、b邊電路等效為一個(gè)新的電源，（注）其電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻為r，通過(guò)已知條件，可以E＝12r＝2Rx3＝118Ix3＝0.1安。（注：經(jīng)嚴(yán)格的證明在上述情況下可以等效為一個(gè)新的電源）點(diǎn)評(píng)：電路中的等效問(wèn)題是很常見(jiàn)的，如等效電阻、等效電路，在一些特定的情況下，電源也是可以用等效法的思路來(lái)解決。4、逆向思維法逆向思維法是在解決問(wèn)題的過(guò)程中有意識(shí)地去做跟一般順向（正向）思維方向（由頭至尾、‘’‘‘由此及彼、由因到果等）相反的探索，即從跟常規(guī)順向思維相反的方向（由尾至頭、由彼及此、由果到因）去研究、處理物理問(wèn)題的一種思維方法。它是屬于具有創(chuàng)造性的一常常涉及到的逆向思維的依據(jù)有：運(yùn)動(dòng)形式的可逆性、時(shí)間反演的可逆性、力的合成與分解的可逆性、高中物理涉及的熱學(xué)過(guò)程的可逆性等等。、將某種材料的長(zhǎng)方體鋸成A、B、C平面上，如圖所示。已知mA＝mB＝1C＝28F從正面推C，使得A、B、C組成的長(zhǎng)方體保持矩形的整體沿力的方向平動(dòng)。試求運(yùn)動(dòng)中BC間的靜摩擦力的大小和方向。解析：將A、B、C視為整體，應(yīng)用牛頓第二定律，得整體的加速度為a＝F/（mA＋mB＋mC）＝22B為研究對(duì)象，它只受到CCB＝mBa＝4B、C60°。按正交分解方法，不難得B、C摩擦力大小為fCB＝FCBcos600＝2FCB60°。點(diǎn)評(píng)：這里利用了力的合成與分解的可逆性來(lái)解題。由于把問(wèn)題情景倒過(guò)來(lái)進(jìn)行思考，求解摩擦力就顯得方便了。5、極端思維法極限思維法是將問(wèn)題推向極端狀態(tài)進(jìn)行分析或借助數(shù)學(xué)手段求取物理量極值的一種研究、處理物理問(wèn)題的思維方法。這種方法對(duì)分析、綜合能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問(wèn)題其運(yùn)用既是教學(xué)中的難點(diǎn)問(wèn)題，又是高考中的熱點(diǎn)問(wèn)題。在中學(xué)物理教學(xué)中，常常涉及到的極值計(jì)算有：分析物理過(guò)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5：如圖所示的電路中，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)有關(guān)電阻使電流計(jì)的讀數(shù)為零，這時(shí)：（）A、若R1增大，則G中的電流從a到b。B、若R2增大，則G中的電流從a到b。C、若R3減小，則G中的電流從a到b。D、若R4減小，則G中的電流從a到b。解析：可用極端思維法來(lái)解決，既然R1、R2增大，就讓它們斷開(kāi)，這樣就很容易得出選項(xiàng)B是正確的；既