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于绝境处觅生机
——浅谈极限思维在高中物理解题中的应用

2020-03-17

数理化解题研究 2020年1期
关键词:电学圆锥例题

林 超

(福建省福州第十一中学 350001)

极限思维指思考问题时将参数向极端方向考虑,如看做为零或无限大等,而不用考虑参数细微的变化,以更加直观的分析问题.极限思维是解答高中物理试题的有效方法,应用广泛,因此,教学中,既要做好高中物理基础知识讲解,又要讲解极限思维的具体应用,使学生深入理解,灵活应用.

一、极限思维在力学解题中的应用

力学是高中物理的重要内容,是学习物理知识的基础,对学生分析问题的能力要求较高.为使学生彻底掌握力学知识,灵活分析与解答各种力学问题,为深层次物理知识的学习做好铺垫,一方面,讲解力学分析基础知识,尤其深入讲解正交分解知识,把握正交分解注意事项,使学生切实打牢基础.另一方面,注重极限思维的渗透,结合教学内容为学生灌输极限知识,加深学生对极限思维的认识与理解.同时,结合具体例题,讲解极限思维的具体应用,提高学生极限思维应用意识,尤其总结相关力学试题特点,掌握极限思维的应用规律与技巧,做到举一反三,灵活应用.

图1

例1如图1所示,一质量为M,倾角为θ的光滑斜面体放置在光滑水平上.一质量为m的物体沿斜面下滑.则物体下滑过程中对斜面压力大小正确的是( ).

分析根据已知条件,对物体分别进行受力分析,因物体运动过程中,斜面也会发生运动,因此,采用常规方法求解难度较大.教学中,可采用极限思维进行分析,使学生感受极限思维与常规讲题方法的不同.因为θ的值未知,因此,可将其看做为0,则物体下滑时对斜面的压力应为mg,分别观察四个选项可知,只有C、D符合要求.又因为M和m的关系未知,因此,对于C选项其分母可以为零,不符合实际.综上可知只有D选项是正确的.

二、极限思维在运动学解题中的应用

运动学主要研究物体的运动规律,在高中物理学习中占有举足轻重的重要地位,是高考的必考内容.对于大多数运动学类型的试题,运用运动学公式以及牛顿运动定律都能解答.但如何提高解题效率,节约解题时间值得深思.极限思维在解答相关运动学试题中,经过简单的分析便可得出正确结果,因此,教学中应做好极限思维的应用讲解.一方面,为提高教学效率,教学中应做好积累,做好所讲例题的筛选,使得选取的例题具有代表性、启发性,使学生能够透彻理解本质.另一方面,讲解例题之前,给学生留下充足的思考时间,注重引导学生采用极限思维分析试题,帮助学生正确解题,使学生尝到运用极限思维解题的成就感,树立解题的自信心.

图2

例2如图2所示,使用轻绳将A、B两个小球连接在一起,轻绳跨过圆锥筒顶点处的光滑小定滑轮,圆锥侧面光滑.当圆锥筒绕竖直对称轴OO′匀速转动时,两球都处于筒侧面上且和筒保持相对静止,小球A到顶点O的距离大于小球B到顶点O的距离,则下列说法正确的是( ).

A.A球的质量大

B.B球的质量大

C.A球对圆锥筒侧面的压力大

D.A球对圆锥筒侧面的压力大

分析该题目创设的运动情境并不复杂,但只有一小部分学生通过受力分析得出结果,大多数学生感觉无从下手.教学中可运用极限思维求解,即,将圆锥的顶角看成180°,则两个小球变成绕着圆心以共同的角速度转动.绳子拉力大小相等,提供各自的向心力,即,T=mrω2,显然r越大,则m越小,因此,B球的r小,则B球的质量大,对侧面的压力大,即B、D正确.

三、极限思维在电学解题中的应用

电学中涉及的参数较多,如电压、电场以及电场强度等.采用传统方法分析电学问题学生容易顾此失彼,无法正确找到相关参数间的关系,导致解题出错.为提高学生解题正确率,教学中既要注重常规解题方法的讲解,又要注重极限思维的应用讲解,拓展学生解题思路,使学生能够找到最优解法.一方面,深入讲解电学问题分析规律,使学生构建完善的电学知识架构,能够通法通解.另一方面,针对一些特殊的电学试题,注重极限思维的应用讲解,使学生感受极限思维的应用过程,掌握极限思维应用技巧,给学生的解题带来启发,即,不能思维定势,应具体问题具体分析,灵活运用多种解法,做到高效、正确解题.

图3

例3如图3,以圆环状均匀带电平面的内外半径分别为R1、R2,单位面积带电量为σ.以圆环面中心O为原点,以垂直于环面的轴线为x轴.设轴上任意点P到O点的距离为x,P点的电场强度为E.根据所学,判断E的合理表达式为( ).

分析该题目较为新颖,不少学生读题后一头雾水,不知如何解答.事实上采用极限思维不难求解.将R1看做为0,此时圆环变为圆面,中心轴线上的电场强度E>0,,而A选项,E=0错误.将x看做为0时,此时要求的是O点的场强,又对称性可知EO=0,显然C选项错误.将x看做为无穷大,则E趋向于0,D项中E却趋向于4πkσ,错误,因此,正确选项为B.

极限思维是分析问题的一种重要思维,在高中物理解题中具有较高应用率,因此,教学中应做好极限思维应用研究,将极限思维渗透至试题讲解中,不断提高学生的解题能力.本文通过研究得出以下结论:

1.认识到极限思维的重要性,结合具体例题为学生讲解极限思维的应用,使学生深刻体会极限思维在解题中的巧妙之处,养成运用极限思维解题的良好的意识.

2.做好极限思维应用指导,使学生认识到并非所有的高中物理试题都适合使用极限思维,部分试题仍需采用常规方法解题,这就需要学生学习好基础知识,掌握通法通解.

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