物理思想方法 §1.圖形/圖象圖解法 圖形/圖象圖解法就是將物理現象或過(guò)程用圖形/圖象表征出后,再據圖形表征的特點(diǎn)或圖象斜率、截距、面積所表述的物理意義來(lái)求解的方法。
尤其是圖象法對于一些定性問(wèn)題的求解獨到好處。§2 極限思維方法 極限思維方法是將問(wèn)題推向極端狀態(tài)的過(guò)程中,著(zhù)眼一些物理量在連續變化過(guò)程中的變化趨勢及一般規律在極限值下的表現或者說(shuō)極限值下一般規律的表現,從而對問(wèn)題進(jìn)行分析和推理的一種思維辦法。
§3 平均思想方法 物理學(xué)中,有些物理量是某個(gè)物理量對另一物理量的積累,若某個(gè)物理量是變化的,則在求解積累量時(shí),可把變化的這個(gè)物理量在整個(gè)積累過(guò)程看作是恒定的一個(gè)值---------平均值,從而通過(guò)求積的方法來(lái)求積累量。這種方法叫平均思想方法。
物理學(xué)中典型的平均值有:平均速度、平均加速度、平均功率、平均力、平均電流等。對于線(xiàn)性變化情況,平均值=(初值+終值)/2。
由于平均值只與初值和終值有關(guān),不涉及中間過(guò)程,所以在求解問(wèn)題時(shí)有很大的妙用.§4 等效轉換(化)法 等效法,就是在保證效果相同的前提下,將一個(gè)復雜的物理問(wèn)題轉換成較簡(jiǎn)單問(wèn)題的思維方法。其基本特征為等效替代。
物理學(xué)中等效法的應用較多。合力與分力;合運動(dòng)與分運動(dòng);總電阻與分電阻;交流電的有效值等。
除這些等效等效概念之外,還有等效電路、等效電源、等效模型、等效過(guò)程等。§5 猜想與假設法 猜想與假設法,是在研究對象的物理過(guò)程不明了或物理狀態(tài)不清楚的情況下,根據猜想,假設出一種過(guò)程或一種狀態(tài),再據題設所給條件通過(guò)分析計算結果與實(shí)際情況比較作出判斷的一種方法,或是人為地改變原題所給條件,產(chǎn)生出與原題相悖的結論,從而使原題得以更清晰方便地求解的一種方法。
§6 整體法和隔離法 整體法是在確定研究對象或研究過(guò)程時(shí),把多個(gè)物體看作為一個(gè)整體或多個(gè)過(guò)程看作整個(gè)過(guò)程的方法;隔離法是把單個(gè)物體作為研究對象或只研究一個(gè)孤立過(guò)程的方法.整體法與隔離法,二者認識問(wèn)題的觸角截然不同.整體法,是大的方面或者是從整的方面來(lái)認識問(wèn)題,宏觀(guān)上來(lái)揭示事物的本質(zhì)和規律.而隔離法則是從小的方面來(lái)認識問(wèn)題,然后再通過(guò)各個(gè)問(wèn)題的關(guān)系來(lái)聯(lián)系,從而揭示出事物的本質(zhì)和規律。因而在解題方面,整體法不需事無(wú)巨細地去分析研究,顯的簡(jiǎn)捷巧妙,但在初涉者來(lái)說(shuō)在理解上有一定難度;隔離法逐個(gè)過(guò)程、逐個(gè)物體來(lái)研究,雖在求解上繁點(diǎn),但對初涉者來(lái)說(shuō),在理解上較容易。
熟知隔離法者應提升到整體法上。最佳狀態(tài)是能對二者應用自如。
§7 臨界問(wèn)題分析法 臨界問(wèn)題,是指一種物理過(guò)程轉變?yōu)榱硪环N物理過(guò)程,或一種物理狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N物理狀態(tài)時(shí),處于兩種過(guò)程或兩種狀態(tài)的分界處的問(wèn)題,叫臨界問(wèn)題。處于臨界狀的物理量的值叫臨界值。
物理量處于臨界值時(shí):①物理現象的變化面臨突變性。②對于連續變化問(wèn)題,物理量的變化出現拐點(diǎn),呈現出兩性,即能同時(shí)反映出兩種過(guò)程和兩種現象的特點(diǎn)。
解決臨界問(wèn)題,關(guān)鍵是找出臨界條件。一般有兩種基本方法:①以定理、定律為依據,首先求出所研究問(wèn)題的一般規律和一般解,然后分析、討論其特殊規律和特殊解②直接分析、討論臨界狀態(tài)和相應的臨界值,求解出研究問(wèn)題的規律和解。
§8 對稱(chēng)法 物理問(wèn)題中有一些物理過(guò)程或是物理圖形是具有對稱(chēng)性的。利用物理問(wèn)題的這一特點(diǎn)求解,可使問(wèn)題簡(jiǎn)單化。
要認識到一個(gè)物理過(guò)程,一旦對稱(chēng),則相當一部分物理量(如時(shí)間、速度、位移、加速度等)是對稱(chēng)的。 §9 尋找守恒量法 守恒,說(shuō)穿意思是研究數量時(shí)總量不變的一種現象。
物理學(xué)中的守恒,是指在物理變化過(guò)程或物質(zhì)的轉化遷移過(guò)程中一些物理量的總量不變的現象或事實(shí)。守恒,已是物理學(xué)中最基本的規律(有動(dòng)量守恒、能量守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒),也是一種解決物理問(wèn)題的基本思想方法。
并且應用起來(lái)簡(jiǎn)練、快捷。從運算角度來(lái)說(shuō),守恒是加減法運算,總和不變。
從物理角度來(lái)講,那就與所述量表征的意義有關(guān),重在理解了。理解所述量及所述量守恒事實(shí)的內在實(shí)質(zhì)和外在表現。
如動(dòng)量,描述的是物體的運動(dòng)量,大小為mV,方向為速度的方向。動(dòng)量守恒,就是物體作用前總的運動(dòng)量是動(dòng)的時(shí),且方向是向某一方向的,那作用后,總的運動(dòng)量還是動(dòng)的,方向還是向著(zhù)這一方向。
§10 構建物理模型法 物理學(xué)很大程度上,可以說(shuō)是一門(mén)模型課.無(wú)論是所研究的實(shí)際物體,還是物理過(guò)程或是物理情境,大都是理想化模型.如 實(shí)體模型有:質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、點(diǎn)光源、輕繩輕桿、彈簧振子、平行玻璃磚、…… 物理過(guò)程有:勻速運動(dòng)、勻變速、簡(jiǎn)諧運動(dòng)、共振、彈性碰撞、圓周運動(dòng)…… 物理情境有:人船模型、子彈打木塊、平拋、臨界問(wèn)題…… 求解物理問(wèn)題,很重要的一點(diǎn)就是迅速把所研究的問(wèn)題歸宿到學(xué)過(guò)的物理模型上來(lái),即所謂的建模。尤其是對新情境問(wèn)題,這一點(diǎn)就顯得更突出。
樹(shù)人網(wǎng)訊一、發(fā)散思維和收斂思維 發(fā)散思維必須對問(wèn)題的共性有一個(gè)全方位、多層次的把握,聯(lián)系越多,發(fā)散也就越廣,可以做到一題多解,一題多串、舉一反三觸類(lèi)旁通。而收斂思維必須對問(wèn)題的個(gè)性有徹底的認識,分辨得越多,收斂得也就越準確,可以做到多題一解、一題多變。在大多數情況下,既要用到發(fā)散思維又要用到收斂思維。 二、分與合的辯證思維 分是在思考時(shí)把事物分解為各個(gè)部分或各個(gè)屬性,它主要著(zhù)眼于研究事物的部分、局部、細節或階段,而和是在思考中把研究對象所有的各個(gè)部分和各個(gè)屬性綜合為一個(gè)整體。它主要首眼于研究事物的整體、全局和全過(guò)程。有分則有合,有合則有分;分與合的觀(guān)點(diǎn)以及由它產(chǎn)生的思維方式無(wú)不貫穿在高中物理教材的各個(gè)章節之中,尢其是在力學(xué)。 三、正向思維和逆向思維 有許問(wèn)題,利用正向思維根本無(wú)法解決或解決起來(lái)很困難、煩瑣,而利用逆向思維可以收到“山重水復疑無(wú)路,柳岸花明又一村”之效。例如末速度為零的勻減速直線(xiàn)運動(dòng)用逆向思維法轉換為初速度為零的勻加速直線(xiàn)運動(dòng)。 四、形象思維和抽象思維 形象和抽象思維在物理學(xué)中應用十分廣泛,尤其在物理模型的建立和概念的形成中起十分重要的作用。如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)線(xiàn)、磁場(chǎng)線(xiàn)、理想氣體、勻變速運動(dòng)等理相化模型的建立。
五、等效思維和聯(lián)系思維 等效思維是以效果相同為出發(fā)點(diǎn),對所研究的對象提出一些方案和設想進(jìn)行一種等效處理的一種方式。這種方式具有啟迪思考、擴大視野、觸類(lèi)旁通的作用。
如力學(xué)中,合力是分力的等效替代,質(zhì)點(diǎn)是物體的等效替代,合運動(dòng)是分運動(dòng)的等效替代;為研究的方便將變速運動(dòng)等效為勻速運動(dòng),將變力的沖量等效為恒力的沖量,將變力做功等效等均是用等效的思維方法。 六、圖像思維 圖象思維是利用物理圖象的物理意義并結合數學(xué)知識來(lái)分析和解決物理問(wèn)題的思維方式。利用物理圖象解決物理問(wèn)題既直觀(guān)、形象、又方便。 七、臨界思維和極限思維 臨界思維是利用物體處于臨界狀態(tài)的條件來(lái)解決物理問(wèn)題的一種思維方式,在處理復雜問(wèn)題時(shí)可以適當的將物理變化引向極限,然后分析其極限狀態(tài),或者代入特征數據進(jìn)行討論,從而提示問(wèn)題的本質(zhì),使過(guò)程簡(jiǎn)化的一種思維方式。極限思維是根據已知的經(jīng)驗事實(shí),從邊疆性的原理出發(fā),把研究的現象和過(guò)程外推到理想的極值加以考慮,使主要因素或問(wèn)題的本質(zhì)迅速地暴露出來(lái),從而行出正確的判斷。臨界思維和極限思維解物理問(wèn)題,往往能化繁為簡(jiǎn)化難為易。
個(gè)人總結,高中物理階段,最有效的思維方法有:
1、等效替換法。用等效的原則替換其部分或全部物理事實(shí)或電路圖,達到簡(jiǎn)化思路的目的。
2、弱化命題法。分析問(wèn)題時(shí),可以假設某個(gè)比較麻煩的因素暫時(shí)不存在,先把問(wèn)題分析清楚,然后再把之前去掉的因素考慮進(jìn)來(lái),從而形成比較完整、精準的分析結果。
3、坐標系變換法。選取適當的坐標系對于解決運動(dòng)類(lèi)問(wèn)題,經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生異想不到的效果。很多復雜的運動(dòng),選取恰當的坐標系解題所花費的時(shí)間與沒(méi)有選取恰當坐標系解題所花費的時(shí)間相差幾倍甚至十倍。
我記得高中時(shí)候,我的物理老師專(zhuān)門(mén)花了一節課講了一道高考練兵題(選擇題),大約記得原題是火車(chē)上勻速運動(dòng)的小車(chē)上兩個(gè)木塊中間用彈簧相連,壓緊后突然松開(kāi),計算某個(gè)參量。
由于這個(gè)運動(dòng)比較復雜,當時(shí)老師使用的方法是利用能量守恒、動(dòng)量守恒逐一排除三個(gè)錯誤答案。當時(shí)班里只有三個(gè)同學(xué)答對了這道題,我是其中之一。老師問(wèn)我,我說(shuō)沒(méi)必要用排除法,只要選擇一下參考系,直接就算出來(lái)了,比排除法還快,排除法算3-4次,直接算只要一次,并且計算過(guò)程非常簡(jiǎn)單,基本上只要加減一下就可以了。
1.模型法
物理模型是一種理想化的物理形態(tài),將復雜的問(wèn)題抽象化為理想化的物理模型是研究物理問(wèn)題的基本方法。科學(xué)家通常利用抽象化、理想化、簡(jiǎn)化、類(lèi)比等把研究對象的物理學(xué)本質(zhì)特征突出出來(lái),形成概念或實(shí)物體系,即為物理模型。模型思維法就是對研究對象或過(guò)程加以合理的簡(jiǎn)化,突出主要因素忽略次要因素,從而解決物理問(wèn)題的方法。從本質(zhì)上說(shuō),分析物理問(wèn)題的過(guò)程,就是構建物理模型的過(guò)程。通過(guò)構建物理模型,得出一幅清晰的物理圖景,是解決物理問(wèn)題的關(guān)鍵。實(shí)際中必須通過(guò)分析、判斷、比較,畫(huà)出過(guò)程圖(過(guò)程圖是思維的切入點(diǎn)和生長(cháng)點(diǎn))才能建立正確合理的物理模型。
2.等效法
當研究的問(wèn)題比較復雜,運算又很繁瑣時(shí),可以在保證研究對象的有關(guān)數據不變的前提下,用一個(gè)簡(jiǎn)單明了的問(wèn)題來(lái)代替原來(lái)復雜隱晦的問(wèn)題,這就是所謂的等效法。在中學(xué)物理中,諸如合力與分力、合運動(dòng)與分運動(dòng)、總電阻與各支路電阻以及平均值、有效值等概念都是根據等效的思想引入的。教學(xué)中若能將這種方法滲透到對物理過(guò)程的分析中去,不僅可以使問(wèn)題的解決變得簡(jiǎn)單,而且對知識的靈活運用和知識向能力轉化都會(huì )有很大的促進(jìn)作用。
3.極端法
所謂極端法,就是依據題目所給的具體條件,假設某種極端的物理現象或過(guò)程存在并做科學(xué)分析,從而得出正確判斷或導出一般結論的方法。這種方法對分析綜合能力和數學(xué)應用能力要求較高,一旦應用得恰當,就能出奇制勝。常見(jiàn)有三種:極端值假設、臨界值分析、特殊值分析。
4.逆思法
在解決問(wèn)題的過(guò)程中為了解題簡(jiǎn)捷,或者從正面入手有一定難度,有意識地去改變思考問(wèn)題的順序,沿著(zhù)正向(由前到后、由因到果)思維的相反(由后到前、由果到因)途徑思考、解決問(wèn)題,這種解題方法叫逆思法。是一種具有創(chuàng )造性的思維方法,通常有:運用可逆性原理、運用反證歸謬、運用執果索因進(jìn)行逆思。
5.估算法
所謂估算法就是對某些物理量的數量級進(jìn)行大致推算或精確度要求不太高的近似計算方法。估算題與一般的計算題相比較,它雖然是不精確不嚴密的計算,但確是合理的近似,它可以避免繁瑣的計算而著(zhù)重于簡(jiǎn)捷的思維能力的培養。解估算題的基本思路是:(1)抓住主要因素,忽略次要因素,從而建立理想化模型。(2)認真審題,注意挖掘埋藏較深的隱含條件。(3)分析已知條件和所求量的相互關(guān)系以及物理過(guò)程所遵守的物理規律,從而找到估算依據。(4)明確解題思路,步步為營(yíng)層層剝皮求出答案,答案一般保留一到兩位有效數字。
6.虛設法
在物理解題中,我們常常用到一種虛擬的思維方法,即從給定的物理條件出發(fā),假設與想象某種虛擬的東西,達到迅速、準確地解決問(wèn)題的目的,我們把這種方法較虛設法。虛設法常見(jiàn)的幾種情形是:虛設條件、虛設過(guò)程、虛設狀態(tài)、虛設結論等。
7.圖像法
所謂圖像法,就是利用圖像本身的數學(xué)特征所反映的物理意義解決物理問(wèn)題(根據物理圖像判斷物理過(guò)程、狀態(tài)、物理量之間的函數關(guān)系和求某些物理量)和由物理量之間的函數關(guān)系或物理規律畫(huà)出物理圖像,并靈活應用圖像來(lái)解決物理問(wèn)題。
探討物理創(chuàng )造性思維的特性(新穎性、靈活性、綜合性、跨越性)、過(guò)程(準備→孕育→頓悟→驗證)和結構(一個(gè)指針;發(fā)散、聚合思維——用于解決思維的方向性;兩條策略:辨證思維、縱橫思維——提供宏觀(guān)的哲學(xué)指導策略和微觀(guān)的心理加工策略;三種思維:抽象思維、形象思維和直覺(jué)思維——用于構成創(chuàng )造性思維過(guò)程的主體);作出物理創(chuàng )造性思維的腦運作機制的猜想(物理創(chuàng )造性思維是物理抽象思維、形象思維和直覺(jué)思維在大腦內通過(guò)左右腦縱橫調控、聚合發(fā)散、辨證運作、優(yōu)化組合的高級認識過(guò)程);結合物理教學(xué)實(shí)踐提出培養、訓練物理創(chuàng )造性思維的方法和教學(xué)策略:1、激勵創(chuàng )造性思維的興趣與欲望;2、奠定創(chuàng )造性思維的三維基礎;3、孕育物理創(chuàng )造性思維的新方法;4、培養創(chuàng )造性思維的實(shí)踐能力和物化能力;最后總結成效和體會(huì )。
樹(shù)人網(wǎng)訊一、發(fā)散思維和收斂思維 發(fā)散思維必須對問(wèn)題的共性有一個(gè)全方位、多層次的把握,聯(lián)系越多,發(fā)散也就越廣,可以做到一題多解,一題多串、舉一反三觸類(lèi)旁通。
而收斂思維必須對問(wèn)題的個(gè)性有徹底的認識,分辨得越多,收斂得也就越準確,可以做到多題一解、一題多變。在大多數情況下,既要用到發(fā)散思維又要用到收斂思維。
二、分與合的辯證思維 分是在思考時(shí)把事物分解為各個(gè)部分或各個(gè)屬性,它主要著(zhù)眼于研究事物的部分、局部、細節或階段,而和是在思考中把研究對象所有的各個(gè)部分和各個(gè)屬性綜合為一個(gè)整體。它主要首眼于研究事物的整體、全局和全過(guò)程。
有分則有合,有合則有分;分與合的觀(guān)點(diǎn)以及由它產(chǎn)生的思維方式無(wú)不貫穿在高中物理教材的各個(gè)章節之中,尢其是在力學(xué)。 三、正向思維和逆向思維 有許問(wèn)題,利用正向思維根本無(wú)法解決或解決起來(lái)很困難、煩瑣,而利用逆向思維可以收到“山重水復疑無(wú)路,柳岸花明又一村”之效。
例如末速度為零的勻減速直線(xiàn)運動(dòng)用逆向思維法轉換為初速度為零的勻加速直線(xiàn)運動(dòng)。 四、形象思維和抽象思維 形象和抽象思維在物理學(xué)中應用十分廣泛,尤其在物理模型的建立和概念的形成中起十分重要的作用。
如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)線(xiàn)、磁場(chǎng)線(xiàn)、理想氣體、勻變速運動(dòng)等理相化模型的建立。五、等效思維和聯(lián)系思維 等效思維是以效果相同為出發(fā)點(diǎn),對所研究的對象提出一些方案和設想進(jìn)行一種等效處理的一種方式。
這種方式具有啟迪思考、擴大視野、觸類(lèi)旁通的作用。如力學(xué)中,合力是分力的等效替代,質(zhì)點(diǎn)是物體的等效替代,合運動(dòng)是分運動(dòng)的等效替代;為研究的方便將變速運動(dòng)等效為勻速運動(dòng),將變力的沖量等效為恒力的沖量,將變力做功等效等均是用等效的思維方法。
六、圖像思維 圖象思維是利用物理圖象的物理意義并結合數學(xué)知識來(lái)分析和解決物理問(wèn)題的思維方式。利用物理圖象解決物理問(wèn)題既直觀(guān)、形象、又方便。
七、臨界思維和極限思維 臨界思維是利用物體處于臨界狀態(tài)的條件來(lái)解決物理問(wèn)題的一種思維方式,在處理復雜問(wèn)題時(shí)可以適當的將物理變化引向極限,然后分析其極限狀態(tài),或者代入特征數據進(jìn)行討論,從而提示問(wèn)題的本質(zhì),使過(guò)程簡(jiǎn)化的一種思維方式。極限思維是根據已知的經(jīng)驗事實(shí),從邊疆性的原理出發(fā),把研究的現象和過(guò)程外推到理想的極值加以考慮,使主要因素或問(wèn)題的本質(zhì)迅速地暴露出來(lái),從而行出正確的判斷。
臨界思維和極限思維解物理問(wèn)題,往往能化繁為簡(jiǎn)化難為易。
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