韩梅

摘 要：以临界问题分析法为例，探究实际问题解决中物理思想的引领，有效培养学生的学科素养具有重要的意义。

关键词：高中物理;临界问题

物理思想是建立和理解物理知识的前提和基础，认真学习物理思想并在实际物理题目中熟练运用可收到事半功倍的效果。而临界问题分析法是高中主要物理思想之一。因此，以临界问题分析法为例，探究实际问题解决中物理思想的引领，有效培养学生的学科素养具有重要的意义。

一、解决高中物理临界问题的策略

解决好高中物理临界问题关键在于凸显物理思想的前导性，弄清楚问题的物理过程和约束条件，即找出相关问题的临界条件，形成清晰的物理情景，然后以物理定律、定理为依据，分析临界特殊规律或特殊解，或者直接分析临界状态，通过临界条件找出临界值，把解题上升到研题、编题等更高层面上，从而形成将知识和方法在教学过程中相互渗透、融为一体的教学模式。

在具体教学过程中，一是将其物理问题转化图像、函数方程等，然后通过几何图形、二次函数、三角函数等常用数学工具推到出临界状态的相关物理量和极值。二是利用假设法，假设某些物理情景、过程以及物理量正好存在在某种状态，然后以此状态作为推理条件，有序处理临界问题。三是将物理参量适时变化，利用最大或最小等极限思维方法，及时转换临界状态。

二、高中物理常见临界问题教学实践

1、力学中的临界问题

由于力学中的临界问题主要由所受外力情况决定，因此，研究该类问题临界情况时，教师应以物理思想为引领，主要通过列出受力平衡方程研究将被破坏或者即将不被破坏的微妙状态，然后借助常规数学处理技巧完成相关问题的求解。

例1：质量为m的物体停留在粗糙地面上，若受到如图所示F的作用，则该物体沿水平地面保持匀速前进，已知，该物体与地面间的动摩擦因数为μ，则试求该力与水平方向的夹角θ应满足什么条件时，该力最省力。

分析：借助“保持匀速前进”这个力学平衡条件，即物体可能沿地面做匀加速运动，亦可能沿地面做匀减速运动，沿着拉力方向进行F正交分解，然后根据临界状态，列出力学平衡方程即可。

解析：如图2所示

，当且仅当时，则F最小。

即，时，F有最小值。

2、复合场中的临界问题

复合场中的临界问题解题方式灵活性较大，教师应以物理思想为引领，组织学生首先理清复合场中相关粒子的受力情况，然后以带电粒子的运动轨迹逐层展开分析，并应用极限法列出运动轨迹以及限制条件所确定临界位置时的状态进行求解。

例2：如图3所示，一个质量为m、电量为q的粒子以与垂直方向夹角成30°、初速度v0、d边中点O处进入到强度为B、长度为1的真空矩形区域内。如果想要该粒子从ab边射出，则初速度v0应满足什么条件。

分析：该题是典型的电场与磁场相互作用问题，为确保带电粒子不从ab、cd射出，则应画出带电粒子的大致路径，通过几何关系确定出圆的半径，从而确定出初速度的大小。

解析：如图4所示，当速度较大且为v1时，则带电粒子的路劲大致为以O1为圆心、半径为R1的OMP，由洛仑磁力提供向心力，即，可得。

當速度较小且为v2时，则带电粒子的路劲大致为以O2为圆心、半径为R2的OQI，根据几何关系，可得，又由，可得。

根据以上分析，粒子从ab边射出磁场v0的大小范围为

3、光学中的临界问题

教师应以物理思想为引领，首先根据题意做出光线图，然后做出相关临界光线光路，再根据全反射规律、折射定律等联立方程进行求解。

例3：如图5所示，高度为H、直径为2H的容器底部放置了一块平面镜，现有距容器圆心正上方h处一点光源S，已知该溶液的折射率n=2，试求若要使点光源发出的光能够在液体上面观察照亮整个液体的表面，则h应满足什么条件。

分析：本题解题的关键是理解使点光源发出的光能够在液体上面观察照亮整个液体的表面这个条件，然后做出边界光线，确定入射角的范围，其主要考察了光的反射、折射和全反射等基本知识。

解析：如图6所示，点光源S通过平面镜所成的像为S'，题目要求反射光线能够全部照射到液面，则要求入射角为全反射临界角）。

根据以上分析，h的范围应为。

总之，物理思想是物理学的灵魂，只要在具体高中物理教学实践中，抛弃以一个问题的解决作为终点的错误思想，紧抓思想引领，反复研究、认识和再总结，形成解题简捷、明快、精巧、新颖等特点，只有这样，才能使类似问题的解题突破常规，才能不断提高学生的物理学科素养。

参考文献

[1]杨桦，潘天俊，孟卫东.临界问题面面观——谈物理学科临界问题的分析方法[J].高中数理化，2010.1

[2]赵辰延.浅谈高中物理力学中几种常见的临界问题[J].中华少年，2018.6