趙 榮 詹春蘭

（鳳慶縣第一中學(xué) 云南 臨滄 675900）

隨著高考改革的深入，各地高考物理試卷都十分注重對物理過程的考查，這是由于物理過程能較好地反映和體現(xiàn)高考物理所需要考查的物理概念以及各種能力要素.考試說明中提出了對學(xué)生的理解、推理、分析綜合、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題、實(shí)驗(yàn)等5種能力的明確要求，因而在物理教學(xué)中，提高學(xué)生思維素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生解決物理問題的能力是一個(gè)重要的目標(biāo).正確而準(zhǔn)確地分析各種物理過程是培養(yǎng)學(xué)生5種能力特別是綜合分析能力的一個(gè)重要途徑.學(xué)生經(jīng)常在解綜合問題時(shí)無從下手，找不到突破口，重要原因就是良好思維習(xí)慣培養(yǎng)不夠和思維素質(zhì)還不夠高，分析能力還有欠缺，這樣大大降低了解題的準(zhǔn)確程度.我們希望學(xué)生有一個(gè)良好的思維習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法，故而強(qiáng)調(diào)對物理過程的分析.在這種分析、推理過程中研究物理變化的規(guī)律及各種物理量的變化，挖掘出潛在的解題條件，排除不必要的干擾因素，找出難度較大的臨界問題，從而迅速、準(zhǔn)確地確立解題的策略和方法，同時(shí)在分析過程中也就使自己的思維素質(zhì)得到了提高.

1 挖掘隱含條件

物理之所以難，不僅因?yàn)槲锢磉^程復(fù)雜多變，還由于潛在條件隱蔽難尋，使人感覺條件不足而陷入困境.物理狀態(tài)的變化過程有的簡單、有的復(fù)雜，有單一過程的延伸，又有不同物理過程的交叉.解題時(shí)，要冷靜分析、判斷各個(gè)階段的特點(diǎn)，找出它們之間的聯(lián)系，挖掘過程進(jìn)行中隱含的條件.

【例1】在光滑的水平軌道上兩個(gè)半徑都是r的小球A和B，質(zhì)量分別為m1和m2，當(dāng)兩球心間距離大于L（比2r大得多）時(shí)，兩球之間無相互作用力；當(dāng)兩球心間的距離等于或小于L時(shí)，兩球間存在相互作用的恒定斥力F，設(shè)A球從遠(yuǎn)離B球處以速度v0沿兩球連心線向原來靜止的B球運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，欲使兩球不發(fā)生接觸，問v0必須滿足什么條件？

圖1

解析：A球向B球接近至A與B間距小于L后，在兩球接觸前，由于受斥力作用，A球開始做減速運(yùn)動(dòng)，速度逐步減小，B球在前做加速運(yùn)動(dòng)，速度由零增大，二者速度相等前，兩球間距逐步減小；當(dāng)二者速度相等后，如還未接觸，A球繼續(xù)減速，B球繼續(xù)加速，兩球間距逐步增大，故當(dāng)A，B速度相等時(shí)，兩球間距最小，若此距離大于2r，則兩球不會(huì)接觸.設(shè)兩球間距最小時(shí)A和B兩球的速度為v1和v2；兩球間距從L變至最小的過程中，A，B兩球發(fā)生的位移分別為s1和s2，則兩球不接觸的條件是

對兩球由動(dòng)量守恒定律得

對兩球分別由動(dòng)能定理得

聯(lián)立以上幾式得

特殊的是當(dāng)n＝1，即m1＝m2＝m時(shí)

從物體運(yùn)動(dòng)過程分析中，可找到隱藏在物理過程中的解題的關(guān)鍵條件：當(dāng)A和B速度相等時(shí)，兩球間距最小.

2 了解各物理量的變化

在一些靈活性較高的物理題中，物理量不是一成不變的，隨著物理過程的變化，一些物理量的大小、方向均可能發(fā)生變化，抓住這些變化的過程及轉(zhuǎn)變的時(shí)刻或位置往往成為解題的關(guān)鍵.

【例2】如圖2（a）所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一足夠長的絕緣細(xì)棒ON，與水平面夾角α，一質(zhì)量M，帶電荷量為＋q的圓環(huán)A套在ON棒上，環(huán)與棒間的摩擦因數(shù)為μ，且μ＜tanα，現(xiàn)讓小環(huán)A由靜止開始下滑，試問：小環(huán)在下滑過程中

（1）小環(huán)A的最大加速度為多大？此時(shí)的即時(shí)速度多大？

（2）環(huán)A能達(dá)到的最大速度多大？

圖2

解析：在開始位置，環(huán)受重力、彈力、摩擦力作用，如圖2（b）.環(huán)啟動(dòng)，有了速度，立即受到洛倫茲力的作用，與彈力同向.隨速度的增大，彈力逐漸減小，摩擦力逐漸減小，此階段作的是加速度逐漸增大的加速運(yùn)動(dòng).當(dāng)速度大到使洛倫茲力等于mgcosα?xí)r，摩擦力為零，加速度達(dá)最大，即am＝gsinα，如圖2（c）.

速度繼續(xù)增大，洛倫茲力大于G2，此瞬間彈力反向，摩擦力逐漸增大，此階段做的是加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度大到使摩擦力等于G1時(shí)，加速度為零，速度達(dá)最大，如圖2（d）.

此過程的分析使學(xué)生清晰地看到了各物理量的變化情況：速度由零增大到最大值；加速度由小增大到最大再減小到零；彈力由大（mgcosα）減小到零，再增大到定值（mgcosα此時(shí)達(dá)穩(wěn)定速度a＝0，v＝vm）；而洛倫茲力由零增大到某定值.分析清楚了各物理量的變化，使思維清晰而準(zhǔn)確，解題也就順理成章了.

（1）當(dāng)下滑初期Bqv＜mgcosα，壓力FN垂直棒向上，小球下滑加速度由

聯(lián)立得

由此可知a隨v的增大而增大，小球做加速度增大的的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)Bqv0＝mgcosα?xí)r，此時(shí)

這時(shí)的臨界速度

（2）當(dāng)Bqv′＞mgcosα后，F(xiàn)N′垂直棒向下，小球下滑的加速度由

聯(lián)立得

由此可知a′隨v′增大而減小，即可判斷小球?qū)⒏淖黾铀俣葴p小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)mgsinα＝μFN′時(shí)，a′＝0，此時(shí)速度最大，可得

3 排除干擾因素

經(jīng)常遇到一些物理題故意多給已知條件，或解題過程中精心設(shè)置一些歧途，或安排一些似是而非的判斷，也就是利用干擾因素考查考生明辨是非的能力.這些因素的迷惑程度愈大，愈容易在解題過程中犯錯(cuò)誤.選擇題就是比較典型的迷惑題.因此，如何從分析物理過程中排除這些干擾因素，得出正確的結(jié)果是十分重要的.

【例3】以10m／s速度行駛的汽車，司機(jī)發(fā)現(xiàn)右前方54m處有一以4m／s的速度與汽車同方向勻速行駛的自行車，司機(jī)以－0.25m／s2的加速度開始剎車，問汽車停下前會(huì)不會(huì)和自行車相遇？若能相遇，相遇幾次？

錯(cuò)解：設(shè)汽車從開始剎車至停下用時(shí)為t，則

在40s內(nèi)汽車前進(jìn)的路程

在40s內(nèi)自行車前進(jìn)的路程

而相遇的條件是

從（1）、（2）式得

從中得出不相遇的錯(cuò)誤結(jié)論.

解析：在認(rèn)真分析汽車運(yùn)動(dòng)過程中不難發(fā)現(xiàn)，汽車速度減至4m／s前就已追上自行車相遇過一次，隨后汽車停下前，自行車可能追上汽車再次相遇.設(shè)相遇時(shí)間為t，由相遇的條件有代入數(shù)據(jù)解得：t1＝12s和t2＝36s，都小于汽車停下用時(shí)的40s，其意為12s時(shí)汽車從后追上與自行車相遇；36s時(shí)自行車從后追上與汽車相遇.故相遇兩次.

此題的干擾因素就是汽車從開始剎車至停下用時(shí)40s.如果不認(rèn)真分析物理過程，不懂得不發(fā)生相遇的判斷條件是車速v＝4m／s前若不相遇，則不會(huì)相遇，而不是v＝0，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)解.

4 確定物理模型

法國科學(xué)方法論學(xué)者阿雷曾說過：“科學(xué)的基本活動(dòng)就是探索和制定模型”.物理學(xué)研究的方法通常都要從“選模型”入手，物理模型是反映現(xiàn)象本質(zhì)特征的物理圖景.物理學(xué)的研究對象都是經(jīng)過一定程度抽象化或理想化的模型.利用抽象、理想化、簡化和類比等方法，把反映研究對象的本質(zhì)特征抽象出來，構(gòu)成一個(gè)概念或?qū)嵨锏捏w系，即形成物理模型.

在中學(xué)物理中物理模型可大致分為三大類：一是研究對象模型，如，質(zhì)點(diǎn)、剛體、杠桿、斜面、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想流體、點(diǎn)電荷、試驗(yàn)電荷、理想導(dǎo)體、理想電表、純電阻、純電容、純電感、直線電流、環(huán)形電流、理想變壓器、光線、點(diǎn)光源、薄透鏡、原子模型；二是條件模型，如，絕熱物質(zhì)、均勻介質(zhì)、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場、輕桿、輕繩、光滑平面等；三是過程模型，如，勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡諧振動(dòng)、彈性碰撞、完全非彈性碰撞、反沖運(yùn)動(dòng)模型、等溫過程、等容過程、等壓過程、絕熱過程、恒定電流、磁場中導(dǎo)軌上的金屬棒的運(yùn)動(dòng)模型、汽車啟動(dòng)模型、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模型等.

在高中物理中建立了一系列的對象模型和過程模型，使在研究問題時(shí)能抓住主要因素，摒棄次要因素.因而解決物理問題時(shí)，往往從分析物理過程中確定所研究問題與熟知的那種模型相似，從而迅速找到解決問題的方法.

【例4】長為4L的粗細(xì)均勻的金屬桿圍成一個(gè)正方形閉合框架，框架放在光滑的水平桌面上，另一根長為L的同種材料、同樣粗細(xì)的金屬桿擱在其上，如圖3所示，勻強(qiáng)磁場垂直穿過整個(gè)框架平面，不計(jì)一切摩擦，當(dāng)直桿ab獲得一個(gè)初速度沿框架從左向右運(yùn)動(dòng)的過程中

（1）達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)前，任一時(shí)刻桿ab加速度大小與框架加速度大小的關(guān)系；

（2）如框架、磁場足夠大，ab質(zhì)量為m，初速度為v0，則從ab獲得初速度開始到ab達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過程中整個(gè)電路產(chǎn)生的焦耳熱.

圖3

解析：ab桿運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流立即受到相反方向的安培力作用，做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，而框架卻受到方向與ab運(yùn)動(dòng)方向相同的安培力作用，做加速度逐漸減小的加速度運(yùn)動(dòng).前者減速，后者加速，某瞬間時(shí)會(huì)具有共同速度，以后無感應(yīng)電流，也就沒有了安培力作用，它們達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一起以共同速度勻速運(yùn)動(dòng).在相對運(yùn)動(dòng)過程中，由于棒和框架中流過的感應(yīng)電流的大小同時(shí)刻總是相等而方向相反（切割磁感線邊），因此受到的安培力亦總是大小相等而方向相反，桿和框架所組成的系統(tǒng)所受合外力為零，因此這一過程正類似于學(xué)生熟知的“完全非彈性碰撞”模型，符合動(dòng)量守恒定律條件，立即找到了解題方法.

（1）ab桿的初速為v0，質(zhì)量為m，據(jù)題述框架質(zhì)量為4m.達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)前任一時(shí)刻桿ab加速度大小與框架加速度大小的關(guān)系為

（2）對桿和框架組成的系統(tǒng)，由動(dòng)量守恒定律有

得

在相對運(yùn)動(dòng)過程中，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能.這些電能克服電阻做功而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即為整個(gè)電路放出的熱量.根據(jù)能的轉(zhuǎn)換和守恒定律，棒和框架放出的熱量等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量，又與熟知的“完全非彈性碰撞”中動(dòng)能的減少量相同，由此得出

通過此題的分析可看出，抓住桿和框架合外力為零的條件，且最終具有共同速度，找到正確的物理模型，采用熟知的解題方法，使一個(gè)較綜合的物理問題迅速而準(zhǔn)確地得到了解決.

5 找出臨界狀態(tài)和條件

物理過程千變?nèi)f化，抓住變化的關(guān)鍵時(shí)刻和位置，即分析處理好臨界條件是十分重要的.一般來說，在物理題中凡涉及臨界條件的問題都是較困難的，因而在研究物體的變化規(guī)律或發(fā)展趨勢時(shí)要考慮某些變量或改變因素對研究對象的影響，必須在分析物理過程時(shí)掌握“動(dòng)態(tài)分析”方法去推求極值或臨界條件.

【例5】如圖4所示，一重為G的均勻球，放在光滑斜面上，斜面傾角為α，在斜面上有一光滑的不計(jì)厚度的木板擋住球，使之處于靜止?fàn)顟B(tài)，今使擋板與斜面的夾角β緩慢增大至擋板接近水平，在此過程中球?qū)π泵娴膲毫N和球?qū)醢宓膲毫N′的變化情況是

A.FN不變，F(xiàn)N′先減小后增大

B.FN不斷減小，F(xiàn)N′不斷減小

C.FN不變，F(xiàn)N′不斷增大

D.FN不斷減小，F(xiàn)N′先減小后增大

圖4

解析：擋板與斜面的夾角β緩慢增大至擋板接近水平過程中，小球緩慢沿斜面下降，故可視為運(yùn)動(dòng)過程中各點(diǎn)均處于“靜止”狀態(tài)，即該題為小球處于動(dòng)態(tài)平衡過程，屬受共點(diǎn)力平衡問題.將小球受重力分解為FN和FN′，如圖5所示，斜面固定，則FN的方向不變，在擋板與斜面的夾角β緩慢增大至擋板接近水平，圖中對應(yīng)FN1和FN1′，F(xiàn)N2和FN2′，F(xiàn)N3和FN3′，由圖看出，F(xiàn)N不斷減小，F(xiàn)N′先減小后增大，當(dāng)擋板與斜面垂直時(shí)，F(xiàn)N′最小，故選D.

圖5

從此題的分析可看出，通過分析小球“動(dòng)態(tài)型”平衡問題，從題設(shè)中尋找某些不變因素，化動(dòng)為靜處理并得出當(dāng)擋板與斜面垂直時(shí)，F(xiàn)N′最小的臨界極值特征.

又如例1中，當(dāng)A和B速度相等，即兩球間距最小的時(shí)刻、例2中的彈力反向時(shí)刻、例3中速度為4 m／s的時(shí)刻、例4中桿和框架具有共同速度的瞬間，這些都是物理量發(fā)生變化的關(guān)鍵時(shí)刻，也是分析物理過程必須抓住的關(guān)鍵點(diǎn)，也是解題的關(guān)鍵.

從以上可以看出，通過對物理過程分析的訓(xùn)練，能使學(xué)生思維的嚴(yán)密性、深刻性、靈活性、概括性、獨(dú)創(chuàng)性及邏輯推理能力得到發(fā)展和提高，因而養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣是培養(yǎng)思維素質(zhì)，提高解題能力的重要手段和途徑.

1 梁樹森.物理學(xué)習(xí)論.南寧：廣西教育出版社，1996.85～87

2 陳林橋.分析物理過程的幾種方法.物理教師，2008（6）：50～52

3 朱紅軍.物理解題思維方法點(diǎn)撥.試題與研究，2007（4）