例说高考物理综合题 谈整体思维方法，本文主要内容关键词为：思维论文,物理论文,综合题论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、整体思维方法
所谓整体思维方法是将所涉及到的若干物体 （或过程）合为一个整体进行研究，运用物理基本规律解决问题的方法。整体思维方法把对象（或过程）作为一个整体看待，立足于整体分析其部分以及部分与部分、部分与整体之间的关系，并通过对部分的分析达到对整体的认识。
二、整体思维方法所运用的物理基本规律
1.力的平衡条件：系统受到的合外力为零。
7.能量守恒定律；系统从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中总量不变。
三、整体思维方法的三种出发点
1.从研究对象出发整体分析问题
以几个相互作用的物体所组成的系统（整体）为研究对象进行分析，是运用整体思维解决物理问题的重要特点。解题过程简捷明快，体现了整体性、简单化的特点。
(1)考查运动学和牛顿运动定律（或动量定理）知识
例1 （1994年·全国卷）如图所示，质量M=10kg的木楔ABC静置于粗糙水平地面上，动摩擦因数μ= 0.02.在木楔的倾角θ=30°的斜面上，有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑。当滑行路程s=1.4m时，其速度v= 1.4m／s，在这个过程中木楔没有动，求地面对木楔的摩擦力的大小及方向。（g取
）
解 为了比较整体思维方法在解题中的优点，先用隔离法分析。后面的例题子不再一一比较了。物块沿斜面下滑的加速度为
由于
，所以木楔对物块摩擦力方向沿斜面向上。物块的受力如图1所示。在沿斜面的方向和垂直于斜面的方向上，由牛顿第二定律有
木楔受力如图2所示。在水平方向上，由牛顿第二定律有
由上面式子可得地面对木楔的摩擦力
整体思维方法1 M和m组成的系统在水平方向只受地面对木楔的摩擦力。物块m水平方向加速度为acosθ，木楔M在水平方向加速度为0。系统在水平方向上，由牛顿第二定律有
摩擦力方向与物块水平加速度方向一致，向左。
整体思维方法2 小物块m由静止开始沿斜面下滑，当滑行路程S=1.4m时，所用的时间t=v/a= 1.4/0.7s=0.2s。物块m水平方向动量为mvcosθ，木楔M在水平方向动量为0。系统在水平方向上，由动量定理有ft=mvcosθ-0，解得f=0.61N，摩擦力方向与物块水平动量方向一致，方向向左。
可见，在不需要求系统的内力时，使用整体法求解更为快捷。由于系统水平方向只受摩擦力，所以运用系统在水平方向上的牛顿第二定律和动量定理求解。
(2)考查牛顿运动定律、圆周运动和机械能守恒知识
例2 （1997年·全国卷）一内壁光滑的环形细圆管，位于竖直平面内，环的半径为R（比细管的半径大得多）。在圆管中有两个直径与细管内径相同的小球（可视为质点）.A球的质量为
，B球的质量为
，它们沿环形圆管顺时针运动，经过最低点时的速度都为
。设A球运动到最低点时，B球恰好运动到最高点，若此时两球作用于圆管的合力为零，那么
,R与应满足的关系式是____。
解 选A、B两球作为整体，当A球运动到最低点，B球运动到最高点，两球作用于圆管的合力为零，那么圆管对两球作用的合力也为零，所以A和B整体只受重力
。对B，由机械能守恒定律有
，解得B在最高点的速度
，此时加速度为
，方向竖直向下；A球在最低点时加速度为
，方向竖直向上。若规定向下方向为正。
由牛顿二定律有
无论系统各物体的加速度是否相同，均可应用牛顿第二定律求解。但应注意，若系统各物体加速度不同时，质量和加速度的乘积应分开写，再求矢量和。
(3)考查力平衡、功能和电场知识
例3 （2002年·全国卷）有三根长度皆为l= 1.00m的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的O点，另一端分别挂有质量皆为
的带电小球A和B，它们的电量分别为-q和+q，
。A、B之间用第三根线连接起来。空间中存在
的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时A、B球的位置如图3所示。现将O、B之间的线烧断，由于有空气阻力B球最后会达到新的平衡位置。求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少。（不计两带电小球间相互作用的静电力）
解 首先确定两带电小球最后的平衡位置；其次确定初末状态下的机械能和电势能的改变量。
求最后的平衡态。一般常见的方法是先假定—个平衡状态，然后分别对A球和B球用正交分解法列力的平衡方程，四个方程联立求解（可见高考参考答案），这种方法解决问题较繁琐。
图3
若采用整体思维方法。将A、 B两小球作为一个整体，分析该研究对象的受力，根据系统在竖直方向力的平衡条件，就能确定OA绳的方向是竖直的。再由B小球的平衡可确定β=45°，如图4所示。由此看出研究对象的选取不同，解决问题的繁简大不相同。
图4
求初末两状态下的机械能与电势能的改变。中学对此问题的思考都是从功和能的关系着手，即势能的改变与相关保守力做功相对应。一般的处理方法（如高考参考答案）是分别计算作用在A、B小球的重力和电场力所做的功，然后逐一相加得到两种能量总和的改变量。
在第一环节的基础上，仍把A、B看作一个整体，计算A、B球重力势能的改变量，可计算两球的质心在竖直方向上移动时做的功。质心在竖直方向向下的位移为
则两小球重力做功之和为
计算A、B球电势能的改变量。因作用在A、B球上的电场力构成一对力偶，力偶在此过程中所做的功之和与参考系的选取无关，此力偶做功之和为
以上方法的运用决不仅仅是为了简化运算，而是为了更深刻地理解物理规律，更深入地体会整体思维思想。
(4)考查力平衡、能量和电磁感应知识
例4 （1993年·全国卷）两金属杆ab和cd长均为l，电阻均为R，质量分别为M和m，M＞m。用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧。两金属杆都处在水平位置，如图5所示。整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B。若金属杆ab正好匀速向下运动，求运动的速度。
整体思维方法1 取两金属杆和导线组成的整体为研究对象，在此系统内发生能量转化的情况是：由于金属杆做匀速运动，系统的动能不变，则系统重力势能的减少量全部转化为电路中的热能，即系统重力的即时功率等于电路中的热功率。设杆此时的速度大小为v，则
图5
又由于两杆运动均切割磁感线，电路中的总感应电动势大小为2Blv。
整体思维方法2 取两金属杆和导线组成的整体为研究对象，由金属杆做匀速运动，假设磁感强度方向垂直向里。则回路的电流方向和db、cd导线受力如图6所示。安培力
图6
例4、例5中力平衡时，线（杆）之间的作用力为内力，由于一对内力大小相等，方向相反，所以在列系统平衡方程时，可不考虑内力，从而简化了受力分析和解题过程。
2.从过程出发整体分析问题
在研究物体运动过程时，从全过程出发把握物体的运动，也是整体思维的体现。
考查运动学和动量定理知识
例6 （2002年·全国卷）蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s。若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小。
运动员全运动过程只受两个力：重力和网对运动员的作用力，由于两个力作用时间不同，所以分别求出两力的冲量，再求两冲量的矢量和。
3.结合研究对象和过程整体分析问题
在解决物理问题时，人们有时将研究对象和过程结合起来，形成所谓的“大系统、全过程”的解题方法，用这种方法处理系统连续作用过程，常常十分奏效。
(1)考查动能定理知识
例7 （2005年全国卷）如图9所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B的质量分别为
。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升。已知当B上升距离为h时，B的速度为v。求此过程中物块A克服摩擦力所做的功。重力加速度为g。
图9
解 以A、B两物体组成的系统为研究对象，当 B上升距离h时，物体A在力F的方向上发生的位移为h，速度大小也为v。由于系统中轻绳之间的一对内力做功之和为零。在整个过程中，由动能定理有
(2)考查动量守恒和动能定理知识
例8 （1996年·全国卷）一质量为M的长木块，静止在光滑水平桌面上，一质量为m的木块以水平速度从长木板的一端开始在木板上滑动，直到离开木板，滑块刚离开木板时的速度为
。若把此木板固定在水平桌面上，其他条件相同，求滑块离开木板时的速度v。
解 设第一次滑块离开时木板的速度为v，由系统的动量守恒有
例8中当木板不固定时，木块在木板上发生相对滑动，所以木块和木板之间的一对摩擦力做功之和就不等于零，它们做功之和为-fL。所以应用系统的动能定理除考虑系统的外力做功外，应特别注意系统的内力做功。通常系统内物体有相互作用，且有相对运动时，内力做功之和一般不为零。
四、整体思维方法的启示
通过上述分析，有以下几点值得深思。
1.明确整体思维方法的解题思路。首先确定对象（或过程），其次寻找部分与部分，部分和整体的关系，通过分析将各部分有机地结合起来或联系起来，然后选择合适的物理规律解决问题。
2.深刻领会物理基本规律（力的平衡条件、牛顿第二定律、动量和动能定理、动量和机械能守恒定律及能量守恒定律等等）应用于系统时的适用条件和含义。
3.在高考中考查的知识点以力学部分知识为主，涉及力的平衡、直线运动、圆周运动、动量、动能、机械能、电场、电磁感应等知识，综合性强，难度大。
4.教师在复习阶段，应有计划的培训学生，使之逐步掌握整体思维方法，以使学生解决问题的能力上一个台阶。