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特級教師點撥!學好物理,只需這三步

「怎樣才能學好物理?」是物理君被問到次數最多的問題,而這個問題並非能夠三言兩語能講清楚。下面物理君分享物理特級教師常生龍的一篇文章,希望常老師的三個建議能幫助同學們脫離盲目做題的苦海,找到適合自己的高效學習方法。

1

正確理解物理概念和規律

不少同學在學習物理時不太重視概念和規律,認為學好物理關鍵在於多做題,對那些定義、定律知道個大概就可以了,其實不然。如果把物理學科比作大廈,概念和規律就是構成這座大廈的基石和鋼筋框架。如果基礎打不牢,又怎能在上面建起雄偉壯麗的大廈呢?

大家一定看到過多米諾骨牌倒下時引起的相鄰骨牌依次倒下的連鎖反應,以及一陣風吹過麥地形成的麥浪滾滾的景象,這兩種運動哪一種更像波動呢?大多數同學都認為麥浪更像波動,其實不然,這涉及到對波動概念的理解。

從力的角度看,後一質點受到前一質點的策動力做受迫振動;從運動的角度看,後一質點總是在自己的平衡位置附近模仿前一質點做機械振動;從能量的角度看,振動的過程就是能量由近及遠的傳播過程。

明白了這些,再對照上述的兩種運動,你會發現多米諾骨牌的運動符合上述的基本特徵,而麥浪在外界風力的作用下,一個區域內的運動是整齊劃一的,相互之間的作用力並不起主要作用,不符合波動力和運動的特徵。

每一個物理概念和規律都不是一個孤立的定義,概念之間、規律之間以及概念和規律之間都存在著聯繫,當然也存在著區別。要在真正意義上掌握和運用物理知識,就應當能夠弄清物理概念和規律的來龍去脈,相互關係,即所謂知其然還要知其所以然。

比如說在研究天體的運行,經常要用到兩個規律:向心力公式F=mv2/r和萬有引力公式F=Gm1m2/r2。兩個公式中r的含義有什麼區別?在向心力公式中,r指的是質點做圓周運動的半徑,而在萬有引力公式中,r則是兩個相互作用質點之間的距離。

當我們假定一個天體靜止不動,衛星繞其做勻速圓周運動時,衛星到天體的距離和衛星運動的半徑是一致的;而當分析雙星問題或者衛星沿著橢圓軌道運動的問題時,衛星到天體的距離和衛星運動的半徑就是不同的。搞清兩者之間的差異,在處理具體問題時,會引導我們走向正確的分析思路。

2

在解決問題的過程中提煉方法

學好物理,一定量的練習是必要的,關鍵在於明確做練習的目的。從練習中體會概念和規律的應用、明確物理問題的解題思路、掌握一些基本的分析方法,是物理練習特別關注的。

圖1中的實線箭頭表示分析一個物理問題大致的解題思路。在這個過程中,實物模型和運動(狀態)模型的建立是很關鍵的,它們將物理問題逐漸向我們熟悉的物理情景聚焦,為正確選擇物理規律指明方向。

比如說舉重運動,就「抓舉」而言,其技術動作可分為預備、提杠鈴、發力、下蹲支撐、起立、放下杠鈴等六個步驟,如圖2照片表示了其中的幾個狀態。如果要分析杠鈴的受力和運動情況,除了選取杠鈴為研究對象,把其簡化為質點模型外,還要明確杠鈴做什麼樣的運動,即建立杠鈴的運動模型。

實際上,在發力到支撐階段以及支撐到起立階段,杠鈴的運動都是先加速後減速,並可以進一步簡化為勻變速直線運動。很多同學在分析的過程中,就沒有搞清楚杠鈴的運動情況。

不少同學在分析物理問題的過程中,習慣於按照圖1中虛線的方式進行,拿到一個問題首先就是套公式,如果不行再換一個……這樣的解題不僅不能夠幫助同學們形成良好的解題思路,還容易養成不良的學習習慣,給今後的學習帶來很多不便。

整體法與隔離法、等效替代、對稱、比較、極限分析……等是解決具體物理問題的過程中經常採用的方法,把握解決物理問題過程中蘊涵的這些思維方法,可以使我們舉一反三,在學習中得到事半功倍的效果。

如圖3所示,有三個光滑斜軌道1、2、3,它們的傾角依次是60°、45°和30°。這些軌道交於O點。現有位於同一豎直線上的3個小物體甲、乙、丙,分別沿這3個軌道同時從靜止自由下滑,它們滑到O點的先後順序是 。

這是一個大家十分熟悉的問題,它想考查我們什麼呢?除了初速為零的勻加速直線運動和牛頓第二定律兩個物理規律之外,比較方法的掌握情況是本問題考查的一個重點。

比較是確定研究對象之間同異關係的思維過程和方法。搞清兩個對象之間的相同點和不同點,藉助兩者的共同點分析它們之間的差異,是比較方法的基本特徵。

在上述問題中,三個小物體的共同點有:都是質點;初速為零;斜面都光滑,加速度恆定;做初速為零的勻加速直線運動,s=at2/2;三個斜面共底。

不同點有:加速度大小不同,a=g·sinθ(θ為斜面傾角);斜面長度(物體位移)不同;下滑時間不同。斜面長度和斜面的底部長度d之間有如下關係:d=s·cosθ,由此可求出物體沿斜面下滑的時間。乙物體先到,甲和丙物體隨後同時到達。

到了這裡,是不是已經理解了這一問題?我們不妨做如下變形,請同學們再來分析分析看。

和圖3相比,圖4三個物體的運動相對複雜了一些,但是如果仔細分析三個物體運動的相同點和不同點,就會發現,單獨分析左側斜面或右側斜面,都和圖3是完全相同的,考慮到運動的可逆性,同一物體在兩側斜面上的運動時間是相同的,因此只要分析了左側斜面的運動情況,就可以知道全局了。

由於受思維定勢的影響,圖5很容易將同學們引入歧途。實際上圖5中AB和AC斜面是共底的,AC和AD斜面則是共高的。高度相同時,斜面的傾角越大,下滑的時間越短,這和共底斜面的分析方法完全不同,體現了不同類型問題的比較。

然後我們再看圖6,將三個物體從房屋的頂端由靜止光滑下滑,那個先到屋檐?如果你能問我,這三個屋頂是等高的還是等底的,則說明你通過比較,真正理解此類問題了。

3

感受物理知識中的美

對美的追求,如同對真的追求一樣,是物理學家們進行科學研究的目標。因此,物理學本身是美的,物理學習中也處處蘊涵著美,不斷地發現美、感受美、甚至創造美,可以使我們的學習過程充滿樂趣,可以激勵我們不斷地克服困難,勇往直前。

物理美的形式是多種多樣的,比如簡潔美與深刻美、統一美與奇異美、模型美與和諧美、狀態美與過程美、結構美與對稱美等等。愛因斯坦的質能方程E=mc2,形式簡潔無比,但卻成為指導人類進一步認識核反應規律和從核反應中去獲得巨大能量的基礎理論,其深刻美勿容質疑。

從氣體的三個試驗定律到理想氣體的狀態方程,不同的人從不同的角度「瞎子摸象」,最後形成了關於氣體變化的普遍規律,這樣的歷程本身就是十分精彩的,既是統一美的體現,也反映了人們探索事物的認識過程和思想方法。

在對原子、原子核等微觀粒子的探索和認識的過程中,一個個物理模型的建立與修正,推動著人們對物質結構認識的不斷深入和細緻,物理模型美與和諧美充盈其間,無不讓人心旌蕩漾……

即使在物理習題中,也常與美相伴。如圖7所示,是甲、乙兩個物體的I—U圖線,從圖上看,那個物體的電阻大?這個問題不能簡單的根據圖線傾角的正切值來判斷。在繪製物理圖線的過程中,美學的思想一直是隱含其中的。

什麼樣的圖線是美的?處於兩坐標軸中央位置附近的圖線和坐標軸之間的關係具有和諧美,為了得到這樣的境地,兩個坐標軸的標度可以不統一(如橫坐標標度為1,縱坐標可以是0.5、1、5、100……);其中一個坐標軸可以不取零為坐標原點(電源的U—I特性圖線就是示例);甚至坐標軸的標度可以不等距……

由於圖7中縱、橫坐標的標度未知,因此上述問題是沒有確切答案的。但如果將兩個圖線放置在同一個坐標系中,答案就是唯一的。

(文章轉載自上海特級教師,如有侵權,請後台聯繫刪除。)

高中物理

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