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一题多解思想在高中物理解题中的应用

2022-08-01周晓峰

数理化解题研究 2022年19期
关键词:电场力电势一题

周晓峰

(江苏省淮安市洪泽湖高级中学 223100)

物理本身是一门重思维的课程,本身对学生的思辨能力与解题能力具有较高要求,相关的题型综合性比较强,且比较多变.如果在问题求解中只是套用固有的解题思路,缺乏灵便性思维,不懂得“因题而变”,那么就容易影响他们顺利解题.特别是在许多物理问题稍微改变下条件和思路之后,许多学生就可能无法顺利求解相关物理问题.此时如果可以有效融入一题多解思想,那么可以显著锻炼他们的发散性思维能力,提高他们求解物理问题中思维运用的灵辩性.

1 高中物理解题中一题多解思想应用的意义

一题多解思想主要是针对一道题目,从多角度出发来探讨问题的求解思路与方法,最终获得多样化的问题求解方法.在当下许多高中生求解物理问题中伴有套用固定公式的情况,而一旦题设条件稍微发生改变,那么学生就无法灵活地求解这些问题,这主要是高中生在解题训练过程中存在思维定势问题,没有从根本上对物理问题的求解本质形成深刻认知,也无法在求解问题的过程中做到从多角度、多方面考虑问题,影响了最终物理问题求解能力发展.此时如果可以在指导高中生在求解物理问题中融入一题多解思想,让他们在求解问题过程中可以从多角度和多方面思考问题,探讨同一道物理问题的多元化求解方法,那么可以帮助他们消除思维定势问题的影响,真正锻炼他们的思辨性和发散性思维能力,最终可以显著提高他们的物理问题求解能力.

2 高中物理解题中一题多解思想应用的策略

2.1 基于动态直流电路问题,融入一题多解思想

关于动态直流电路的问题是当下高中物理教学中一类非常重要的类型题,由于涉及到欧姆定律、电路分析等,所以整体的问题求解难度比较大.为了帮助高中生快速求解这类物理问题,一般的常规解题方法主要为:首先可以对电路中外电阻(R外总)变化情况进行判断,之后需要借助闭合电路欧姆定律(I总=E/(R外总+r))来对电路当中总电流的实际变化情况进行判断.再次要结合U内=I总r来对电源内电压的改变情况进行判断,并结合U外=E-U内来对电源路端电压的改变情况进行判断.在此基础上可以针对分电路电路分析中应用欧姆定律来对各个干路上面定值电阻两端电压的实际变化情况进行判断.最后可以对动态直流电路中各支路电流以及支路两端电压的改变情况进行分析及判断.而除了上述这种一般求解思路外,还可以采取“串反并同”这种快速答题技巧,即:针对任何一个闭合电路,如果某一电阻阻值出现快速减小(或增大)的变化,那么同其并联,或者在相应支路并联的电路中的电压与电流也会相应地减小(或增大),而与其相互串联或者同其所在支路串联的电压和电流也会相应地增大(或减小).

2.2 基于电场力做功的问题,融入一题多解思想

电场力做功是电场方面知识和力学知识有机结合所形成的一道类型题.由于其中涉及到力学做功问题,以及电场力作用等方面的知识,所以相关物理题型比较复杂.针对该种类型题的求解,也可以指导学生进行系统化训练,期间有效地融入一题多解思想,保证可以使他们掌握该种问题的有效求解思路与方法.归结起来,相应题型的求解方法如下:一是电场力做功的多少同电势能和其他形式能之间具有对等关系,所以可以借助能量转化来进行求解;二是借助WAB=qUAB这一计算公式进行问题求解.

例1在某一电场中有一个点电荷q的带电荷量为-3×10-6C从A点向B点移动,已知这一点电荷在这个过程中克服电场力所做的功是6×10-4J.从点B向点C移动的时候,已知电场力所做的功是9×10-4J,试求AB、BC和CA之间电势差各是多少?

解析针对这一电场做功的物理问题求解,可以指导学生大胆思考,从多角度找寻问题求解的思路,力求更好地求解这道问题.

由于该点电荷从点A向点B移动期间需要克服电场力做功,所以可知其是从高电势向低电势方向移动,故可知φA>φB,进而可以求得UAB=200V.

由于该点电荷自点B向点C移动的时候电场力做正功,故可知其是从低电势向高电势方向转变,故可知φB<φC,进而可以求得UBC=-300V.

UCA=UCB+UBA=300-200=100V

UAC=UAB+UBC=200+(-300)=-100V

UCA=-UAC=100V

通过上述这道问题求解可知,在求解电场力做功的类型题中,除了可以运用公式求解法外,也可以巧妙运用能量守恒思想来求解问题,这样都有利于提升整体问题求解效果.

2.3 基于感应电动势的问题,融入一题多解思想

感应电动势的问题也是当下高中物理阶段学习中比较多见的一类题,相关类型题的求解也主要包括两种思路,即:其一,借助法拉第电磁感应定律对问题进行分析及求解;其二,借助E=BLv这一计算公式来进行求解.在指导学生求解这类物理问题中,也可以指导学生运用一题多解思想来求解问题.

例2现在同一水平面之内固定一个同心圆形导轨(半径为r与2r),现有一个质量m,长r的导体棒AB搁置在上面,且AB延长线通过中心O点,具体装置的俯视图如图1所示.现将整个装备搁置在某一场强强度为B的均匀磁场中,并且场强的方向保持垂直向下.现在C点和D点之间连接有电阻R,将AB棒在水平外力作用下保持ω的角速度绕着O点作逆时针匀速运转,期间使其同导轨之间保持紧密接触.假定AB棒和导轨间动摩擦因数是μ,且可以忽视二者的电阻值,试求通过电阻感应电流的大小与方向?

图1

解析针对这道感应电势的物理类型题,整体的题干信息比较复杂、抽象,学生理解起来伴有一定难度,而从中挖掘有价值的信息更是难上加难.此时许多可以指导学生有效地融入一题多解思想来积极思考,那么可以有效锻炼他们的问题分析及求解能力.

2.4 基于运动学方面综合题,融入一题多解思想

“运动学”是高中物理教学的一个重要教学知识模块,本身同电磁学、电学、热学、光学等其他物理知识模块之间具有非常强的联系性,所以有关运动学的综合题类型也比较多,是高中生必须要掌握问题求解方法的一种类型题.而针对该种物理类型题的求解,也可以将一题多解思想融入其中,保证可以借此来帮助学生简化问题分析及求解过程,有效锻炼他们的问题求解能力,尤其是要借助相关类型题的求解来锻炼他们自身的思维能力,使他们可以灵活应对自己所面对的各种物理问题.

例3一辆运输车辆在某一直线道路上行使,在某一时刻碰到道路前方施工而紧急刹车,之后分别驶过了a、b、c和d四个点(详见图2).已知车辆驶过ab段、bc段和cd段对应的时间之比为1∶2∶3,并且ab段,bc段和cd段3段对应的位移分别为x1,x,x2,试求bc段之间的距离x是多少(以x1和x2进行表示)?

图2

解析通过指导学生对本道题的题干信息进行认真分析,他们会发现运输车辆从a到d的运动过程中主要做的运动是匀变速直线运动.假定bc段的路程为x,而经过各段的时间分别为t、2t和3t,各点对应的速度相应的为va,vb,vc和vd,整个运动的加速度为a.在此基础上,可以通过指导学生对问题进行剖析来进行解答.有的学生会联想到借助基本运动学公式求解,也有的学生会想到借助平均速度法来对问题进行求解.

解法一基本公式法.

解法二平均速度法.

综上所述,一题多解思想是帮助高中生打破思维定势,提高他们求解物理问题能力的一个重要教育思想,所以平时物理解题教学中可以有计划地引导学生去运用一题多解思想开展解题训练,在面对物理问题求解过程中要多思考,不能够套用固定的解题思路与方法,否则必然会对他们求解物理问题的能力带来不利影响.通过逐步开展一题多解训练,可以逐步促进他们发散性思维能力发展,提高他们物理问题求解能力.

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