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当今社会急速发展,知识更迭的速度远远超过了人们学习的速度,于是知识的变化无穷无尽,所以要想在现代社会学习中立足,“以不变应万变”就显得十分必要了.如何才能跟上这进步的节奏呢?那就是我们需要掌握核心能力――思维能力.在社会分工极度细化的今天,个人思维能力的培养得到了越来越多的重视.其原因在于无论是对于个人还是整个国家和社会,思维能力都很重要.
那么对于高中物理教学来说,什么又是应万变的“不变”呢?这自然是本文所要讲的物理思维能力.正如学习语言要从语言本身的文化和逻辑出发,这样才能使自己站在语言学习的高地上,而不是被语言本身拉着自己学习,对于高中物理的学习,物理思维就是物理教学的核心和灵魂.
下面我就高中物理教学中涉及的几种思维能力予以阐述和分析,希望能有抛砖引玉的作用,从而使教师和学生能有些收获.
1 等效思维
所谓等效思维,就是指人们在处理问题时,采用相同性质事物间等效替代的思考方式.比如对于同一高度沿不同斜面运动的小球,虽然运动轨道不同,但是其中的能量变化却可能是一样的.通俗来说,就是对于某个物理过程,在某两种条件下,其中的物理要素发生的变化可能相同,这时候就可以用到等效思维了.
2 类比思维
类比思维是物理学中的基本思维能力之一,通俗点儿讲就是面对未知的事物时,我们用一个已知的事物去代替它,从而在一个熟练的认知过程中认识未知.这一重要的思维在高中物理的学习中占有十分重要的地位.如在学习电场的时候,教师一般都是用重力场来比拟电场,从而比较形象地描述出电场的特征;在学习电流的时候就是用水流来做比喻,从而阐述水有落差才会流动(或者人为施加压力),进而引入电压和电势差.通过类比思维,在面对新情境时,我们就可以凭借自己已经获得的知识经验作出一定的判定,从而为进一步的认识和学习奠定基础.
3 极限思维
所谓极限思维,其实就是一种极限假设,即将所思考的问题及其条件进行合理的推理,当把这种推理的情景推到极限的时候,也许就会找到通向问题大门的“金钥匙”,答案也就轻易地浮现出来了.学生接触这种思维是在伽利略发现惯性定律“力是维持物体运动的原因”的时候开始的.学生实际应用可能还是在伏安法测小灯泡电阻的实验中.这个实验需要选定合适的滑动变阻器,这时候学生需要根据实验器具估算出需要变阻器的范围,以免电流表被烧坏,这就是需要将滑动变阻器最大值和最小值代入检验,这就是极限思维的简单应用.
例1 如图1所示的电路中,E为电源的电动势,r为电源内阻, R1为可变电阻,当R1调大时,下列判断合理的是
A.R2上的功率增大 B.R3上的功率增大
C.R0上的功率增大 D.R上的功率增大
解析 此题是可变电阻在一定范围内变化时引起的电路情况改变的判断问题,当然本题可以按照常规的串并联电路计算法求解,列出关于R1电阻变量的代数式进而进行判断,但是计算过程想想就觉得十分复杂.作为选择题,显然这道题目是有简便算法的,这就是极限思维方法.当R1=0时,其相当于短路,R2上的功率为零,整个回路的电流最大,R0上的功率最大;当R1∞时,其相当于断路,R2上的功率不为零,回路中的电流最小,R0上的功率最小,R0两端的电压减小,电源的输出电压增大,R两端的电压增大,R3上功率减小.因此只有A、D符合题意.看,用极限思维这道题目就简单许多了吧.
答案 A、D
4 逆向思维
逆向思维,字面意思就是与“正向”思维相反的思维方式.曾几何时,我们不断碰到这样的问题,每每正方向思考问题屡屡碰壁之时,换个反向的思考角度,却有意想不到的收获.这种情况下的过程就好像下山一样,正向思维就是一步一个台阶地,而逆向思维就好像缆车一样,翻建难易立时即分.物理学中具有可逆性、对称性的物理过程有很多,如运动的可逆性、电路的可逆性、光路的可逆性等,如果我们能好好利用“缆车”,从“山穷水尽”的困境到“柳暗花明”的新景象,则不难跨越,这时怕是应该会感慨一声 “踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫”!
例2 (2012年江苏)如图2所示,相距l的两小球A、B位于同一高度h(l,h均为定值).将A向B水平抛出的同时,B自由下落.A、B与地面碰撞前后,水平分速度不变,竖直分速度大小不变、方向相反.不计空气阻力及小球与地面碰撞的时间,则
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A.A、B 在第一次落地前能否相碰,取决于A 的初速度
B.A、B 在第一次落地前若不碰,此后就不会相碰
C.A、B 不可能运动到最高处相碰
D.A、B 一定能相碰
解析 本题是对A球所做平抛运动以及平抛运动的逆运动(落地后弹起的运动)和B球所做自由落体运动的综合考查.本道题目若单论运动过程是比较复杂的,但是这里只需要抓住一个关键点就行了,那就是A球的初始速度,然后再由这个推测两球的高度,比较之后就可以得出答案了.由于A、B两球同时开始运动,故其在竖直方向上始终保持在同一高度上.若假设A、B两球恰好能在第一次落地时发生碰撞,则A球的初速度v=l[KF(]2gh[KF)][]2h.当A球的初速度v满足v>l[KF(]2gh[KF)][]2h,则A、B两球能在第一次落地前发生碰撞.若A球的初速度v
答案 A、D
5 模型思维
不夸张地说,模型思维可以说是物理学中最重要的一种思维,这是因为几乎所有的物理问题都是抽象的物理模型.这些物理模型连接着物理理论和物理世界.高考对于这种思维的考查也十分重视,下面就举出一例.
例4 (2013年广东卷)如图3,游乐场中,从高处A到水面B处有两条长度相同的光滑轨道.甲、乙两小孩沿不同轨道同时从A处自由滑向B处.下列说法正确的有
A.甲的切向加速度始终比乙的大
B.甲、乙在同一高度的速度大小相等
C.甲、乙在同一时刻总能到达同一高度
D.甲比乙先到达B处
解析 首先分析整个运动情境,两个小孩同时出发,运动距离相同,
四个选项分别是对加速度、速度、做功、时间的判断,而在这之前,这道题目最重要的一步就是要判断两个小孩是否能够相遇,这也就是追及相遇模型的一种.首先由两个小孩的的运动轨道不难得出,竖直方向上,甲是在做加速度越来越小的变加速运动,而乙是做加速度越来越大的变加速运动.开始时甲的加速度大于乙的,然后乙的又大于甲的,因此A项错误.根据机械能守恒定律,B项正确.由两条轨道的特点可知,刚开始时,甲在竖直方向上的加速度分量大于乙的,故开始时甲比乙下落得快,C项错误.根据上图的v-t图象(图4)不难得出,甲比乙先到达B点,D项正确.
答案 B、D
思维能力代表着个人综合能力的最高体现,这是一种解决一类问题的综合思想,是高于具体方法的“指导方法”,而高中学生的思维活跃,正处于黄金发展期,因此对学生思维能力的重视和培养是可行且必要的.