【浅谈物理学中的转换思维】 物理思维

　　摘要：在解决物理问题时，若能灵活应用研究对象、空间角度、物理模型、参考系、逆向等思维转换，会使问题由繁变简、由难变易。　　关键词：转换；思维；物理　　中图分类号：G632.0 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2012）08-0095-02
　　常听学生说：“物理太难学了，上课能听懂，下来就不会做了，复习资料做的不少了，考试遇到新题就是没有思路”。追究其因，是学生在解决实际问题时存在思维转换问题。下面就谈谈几种转换思维，以达到化繁为简的解题目的。
　　一、转换研究对象的思维
　　通常研究对象的选择是与作用有关的物体或者一个系统，但这样思考下去经常做不下去，超出了知识应用的范围。如能灵活的将转换思维，选取合适的研究对象，解题思路就会豁然开朗。
　　例1：如图所示，某人通过光滑定滑轮将质量为m的物体匀速拉起，定滑轮高为离地h，在A点时，绳与水平方向的夹角为α，当人运动到达B点时，此时绳与水平方向成β角，求此过程中人对绳的拉力所做的功。解析：由于物体匀速上升，人对绳的拉力大小等于物体的重力大小，如果绳子为研究对象发现力的方向在不断的变化，利用恒力公式W=FScosα直接求出拉力所做的功已不可能，似乎问题得不到解决。若把研究对象转换物体，可以看到，人对绳的拉力所做的功与绳对物体的拉力所做的功相同，这就把变力做功转换为恒力做功，问题变得峰回路转，只需求出该过程中物体上升的位移即可。人由A走到B的过程中，右侧的绳子增加的长度等于物体上升的高度h，即：△h=■-■。人对绳子做功为：W=FS=G△h，即W=Gh（■-■）
　　二、转换物理模型的思维
　　许多物理考题与日常生活联系很紧，求解该类题目的关键就是将实际物体的运动现象抽象为物理模型，实现这一思维的转换，对于解决生活实例至关重要。
　　例2：人的心脏每分钟跳动大约70次，每次大约向外输送8×10-5次方的立方米的血液，正常人的血压的平均值为1.5×105Pa（可看作心脏压送血液的压强），请计算心脏正常工作时的平均功率约为 W。解析：将每次心跳输血过程转换成活塞式做功过程，实现物理模型的转换，问题立即柳暗花明。对于某一体积的血液，设其面积为s，长度为h，血液的体积V=sh，压力F=ps，p为血压，此压力由心脏提供，所以心脏在此过程中做功为W=Fh=psh，可求出心脏的功P=W/t=psh/t=pV/t，其中t=60/70=6/7秒，可见p=14w。
　　三、转换空间角度的思维
　　物理中有许多题，研究对象在立体空间或二维平面中运动，学生不易分析物理过程，这类题要培养学生实现多维向一维的转化空间思维。
　　例3：如图所示，在倾角为θ光滑斜面上，将一质量为m的小球从A点以速度v0水平抛出并运动到B点（与EF平行），已知A距地面高度为h，那么小球落到地面B点时的速度大小是多少？解析：这是一个空间物理模型题，而通过转换，可变成二维平面模型，最终演变成一维物理模型，体现了任何复杂的运动均是简单运动的合成这一物理思想。小球在光滑斜面上做类平抛运动，沿斜面向下的加速度a=gsinθ，由A运动至B的时间为t沿斜面向下的位移为：■=■at2，所以t=■=■■。小球到达B点的水平速度为vB，沿斜面向下的速度为vy=at=gsinθ·■■=■，故小球在B点的速度为：v=■=■。
　　四、转换参照物的思维
　　通常是选地球为参照物，在研究的问题中两个物体均运动时，恰当地选其中的一个物体为参照物，对于问题求解的繁简程度，有着较大的影响。
　　例4：如图所示，有一长为1m的木杆挂在天花板上，以某一速度将一个小球从地面上向上抛起，同时木杆自由下落，经过0.5s，杆的下端与球恰好在同一高度上，再经过0.1s，杆的上端和球又处在同一高度上，求：天花板距地面的高度和小球上抛出的初速度？
　　解析：通常我们会习惯的选地面为主的惯性参照物，这时面对本题中两物的相遇问题，解决起来会非常麻烦。若选择木杆为参照物，则小球将以匀速直线运动向木杆运动，小球通过杆的时间为0.1s，其速度为v0=■=10m/s。小球到达木杆下端用时0.5s，可知h=v0t=5m，则天花板距地的高度有：H总=h+l=6m
　　五、逆向思维的转换
　　沿着正向思维的相反途径去分析、思考、解决问题，往往会使物理问题大大简化，尤其是运动中有初末速度为零时，优势更为突出。
　　例5：将一个小球竖直向上抛出，已知它上升过程最后1s内位移是上升总位移的■，求小球上升最高点距地的高度。（g取10m/s2）。
　　解析：竖直上抛运动可看成两个自由落体运动的组合，本题中的过程倒过来就是自由落体，由题可知，在第1s内，物体做自由落体运动下降的高度h=■gt2，总高度是1s内下落高度的6倍，显然有小球上升最高点距地的高度H=6×■gt2=30m。
　　由上可见，物理思想中转换思维非常重要，遇到新题难以展开时，我们要有目的的转换物理思维，灵活多样的解决物理问题，从而起到事半功倍的效果。以上拙见与大家共勉，望批评指正。
　　参考文献：
　　[1]赵素琴.现代物理学思维方式的转变及其特点[J].青海民族大学学报，1998，（4）.