轉(zhuǎn)換法在高中物理解題中的運(yùn)用探究

林旭

【摘要】力的作用是高中物理力學(xué)知識體系的重要構(gòu)成，也是較為常見的考查方向.面對力的作用的相關(guān)問題，學(xué)生需要借助轉(zhuǎn)換法進(jìn)行解題.利用轉(zhuǎn)換法，可以通過轉(zhuǎn)化題目中的關(guān)鍵信息，讓復(fù)雜的問題簡單地呈現(xiàn)出來，促使物理問題得到更好的解決.本文引入常見的力的作用相關(guān)問題，從不同角度出發(fā)提出利用轉(zhuǎn)換法解決物理問題的方法.

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換法；力的作用；解題運(yùn)用

在物理解題中利用轉(zhuǎn)換法，其本質(zhì)就是對研究對象、物理規(guī)律與思維角度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將物理題目的本質(zhì)以更簡單直接的方式呈現(xiàn)出來.這種轉(zhuǎn)換法，可以間接解答物理問題，充分展示學(xué)生對物理問題的分析能力，提高學(xué)生的物理問題解題高效性.在實(shí)際過程中，學(xué)生必須結(jié)合具體的物理題情況，靈活調(diào)整轉(zhuǎn)換的角度，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)換法的有效性［1］.

1 研究目標(biāo)轉(zhuǎn)換，快速確定解題思路

目標(biāo)轉(zhuǎn)換法，是較為常見的物理解題方法.面對力的作用題目時，學(xué)生應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀題目，梳理題目信息，快速確定本道題的研究對象，以研究對象為目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換.轉(zhuǎn)換目標(biāo)的目的，是以一種更簡單的方法間接尋求相關(guān)元素之間的關(guān)系，探尋力的作用情況，從而形成清晰、有條理的解題思路.

例1 一平面上放置兩個木塊A、B，兩個木塊的質(zhì)量分別是m1、m2，兩個木塊的摩擦因數(shù)分別是μ1、μ2，請問，在水平力F的推動之下A、B共同運(yùn)動，且不下滑，此時力F的最小值是多少？

這道題是標(biāo)準(zhǔn)的力的作用題，考查的是學(xué)生對“力的相互作用之下，推力與摩擦力之間的關(guān)系”的掌握與理解，旨在檢驗(yàn)學(xué)生的物理基礎(chǔ)知識掌握情況、抽象分析能力與邏輯思維能力.根據(jù)題目條件，已知信息為： （1）B受到A擠壓，壓力是N；（2）木塊B不下滑，需要符合臨界條件：μ1N=m2g.

采用目標(biāo)轉(zhuǎn)換法的解題方法：題目給出的假設(shè)信息是木塊B不下滑，那么此時木塊A與B的加速度應(yīng)當(dāng)是a.可以將B轉(zhuǎn)化為研究目標(biāo)，利用隔離法對木塊B的受力情況進(jìn)行分析——B受到的力包括：重力、A對于B的摩擦力、A對于B朝前的壓力N、B不下滑的臨界作用力（符合μ1N≥m2g）.可以得出B不下滑的必要條件μ1m2a≥m2g.因此，加速度a=gμ1.之后，可以采用整體法對A與B進(jìn)行整體分析，按照牛頓第二定律得到結(jié)論F-μ2（m1+m2）g=（m1+m2）a.因此，可以推導(dǎo)出推力應(yīng)當(dāng)為F=（m1+m2）（1μ1+μ2g）.

2 轉(zhuǎn)換參考系，拓展學(xué)生解題思維

面對高中物理中的力的作用題目時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)題目中涉及物體的運(yùn)動、參考系等內(nèi)容.從牛頓力學(xué)的角度來說，是不允許隨意選擇參考系的，這是由于牛頓定律僅能夠被運(yùn)用在慣性運(yùn)動問題中［2］.那么，在相對問題、處于運(yùn)動的物體的有關(guān)題目中，學(xué)生們可以適當(dāng)轉(zhuǎn)換參考系.

例2 在某公路上，汽車勻速前進(jìn)，速度是10m/s.一個人在公路旁等待救援，距離公路50m.這個人與汽車相距100m時發(fā)現(xiàn)了汽車，開始追趕，請問，這個人用最小的速度勻速跑步，應(yīng)當(dāng)選擇什么方向呢？

這個問題是一個較為簡單的力的作用問題，常見的參考系是大地.

利用轉(zhuǎn)換參考系的解題方法：假設(shè)參考系為大地，此時汽車與人作為運(yùn)動的兩個事物，他們的狀態(tài)都是十分簡單的.這道題解題的難點(diǎn)就在于如何分析人與大巴車之間的關(guān)系.但是，這道題本身具有開放性，若直接以大地為參考系，則需要考慮更復(fù)雜的因素.因此，建議轉(zhuǎn)換參考系，比如：將汽車作為參考系.這樣一來，人與汽車之間的關(guān)系就更加簡單，人相對于汽車的速度是v′，大巴車按照10m/s的速度水平運(yùn)動，此時只要人的速度能夠超過車子的速度就可以及時趕上汽車，得到救援.

3 主要問題轉(zhuǎn)換，簡化解題復(fù)雜性

在高中物理力的作用的學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)對物理題目的主要問題進(jìn)行分析，以便于確定解題過程中的相應(yīng)切入點(diǎn)，解決實(shí)際問題.一般來說，力的作用問題具有一個或者多個研究方向.因此，在解題時，學(xué)生可以根據(jù)題目給出的已知信息，分析本道題的主要問題，分析問題與已知信息之間的關(guān)聯(lián)，并且選擇合適的角度轉(zhuǎn)化主要問題，從而實(shí)現(xiàn)對主要問題的求解［3］.

例3 在一組滑輪上，使用輕質(zhì)長繩水平跨越兩個相距為2L的小定滑輪A、B，包裹在A與B兩點(diǎn)之間運(yùn)輸，包裹質(zhì)量為m，此時處于O點(diǎn).O點(diǎn)到A點(diǎn)的距離等同于O點(diǎn)與B點(diǎn)之間的距離，而在繩的兩端有C、D點(diǎn)，分別被施加豎直向下的恒力F=mg.這組滑輪中，包裹先是被托住，繩子處于水平拉直狀態(tài)，之后包裹由靜止?fàn)顟B(tài)開始下落，在下落的過程中C、D兩端拉力F不變，請問：（1）包裹下落距離（h）為多大時加速度是0？（2）按照（1）的設(shè)定，包裹下落到所述距離h，這一過程中需要克服C端恒力做功是多少？

這個題目的核心是“包裹”，而包裹的狀態(tài)直接影響了這組滑輪上各個點(diǎn)所受的拉力.因此，可以判定這道題目三個子問題的核心均是“在明確包裹狀態(tài)的基礎(chǔ)上，包裹的運(yùn)動速度與運(yùn)動距離.”

利用問題轉(zhuǎn)換法的解題方法：在子問題（1）中，包裹下落的過程中受到的合力為0時，物塊的加速度為0，而此時包裹下落的距離是h.可以將“包裹下落距離（h）與加速度之間的關(guān)系”這一問題轉(zhuǎn)化為運(yùn)動過程中角的問題.根據(jù)F=mg，可以得出包裹的拉力恒等于mg，此時采用平衡條件可以確定兩根繩子之間的夾角為120°，因此，繩子與包裹垂直下落方向的夾角θ=60°，因此h=L·tan30°=33L.在子問題（2）中，包裹下落的距離為h，此時繩子的C、D兩端被施加豎直向下的恒力F=mg.繩子C、D兩端被所受的施加的力與上升距離h之間存在穩(wěn)定關(guān)系.因此，可以將主要問題暫時轉(zhuǎn)化為三角形問題，根據(jù)三角形勾股定理計(jì)算h′=L2+h2－L.因此，繩子C端需要克服恒力F做的功是W=Fh′，根據(jù)上述分析得到W=mg·L2+33L2+L=mg·（233L-L）=（233-1）mgL.

4 結(jié)語

綜上所述，轉(zhuǎn)化法是解決力的作用相關(guān)物理題的主要方法，利用這種方法解題，可以一定程度上簡化題目，便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)題目中關(guān)鍵信息之間的關(guān)聯(lián)，快速確定解題方向.結(jié)合本次研究分析，可以得出結(jié)論：在物理力的作用相關(guān)題目的解決中，利用轉(zhuǎn)化法解題，可以靈活轉(zhuǎn)換題目中的解題目標(biāo)、題目問題、推理內(nèi)容與參考系.今后，建議學(xué)生靈活轉(zhuǎn)換不同題目要素，將復(fù)雜的問題簡單化、抽象的問題具體化，提高學(xué)生的解題效率與速度.

參考文獻(xiàn)：

［1］姜紅辰.力的作用是相互的習(xí)題專練［J］.初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)，2023，（05）：56.

［2］朱國強(qiáng).高中力學(xué)解題的數(shù)碼分析策略的建構(gòu)［J］.物理教學(xué)，2020，42（02）：15-18+12.

［3］趙邦原.高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)策略及解題技巧［J］.科學(xué)咨詢（教育科研），2019，（01）：57.