高考物理对推理能力的要求及其培养与训练，本文主要内容关键词为：物理论文,能力论文，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。
在物理学习和物理研究过程中，常常需要通过观察、分析一些特殊事件的现象、结果，通过总结归纳，最后得到一个普遍的规律或结论，或者通过论证得到一个可靠的结论；或者从一个普遍的结论（物理概念、物理规律等）推出一个特殊的结论，这个过程可简称为推理。在物理学习过程中应用物理知识去解决物理问题时，常常需要通过推理使问题得到解决；或者通过比较不同的物理过程、物理规律的相似性，类比推理找到解决物理问题的方法。因此，推理是高中物理学习中要培养的重要能力之一。高考物理将推理能力，作为一个基本能力要求进行考查，高考试题将推理能力的考查贯穿于各种题型中，从不同的角度、不同的层次设计物理问题来鉴别学生推理能力的高低。本文结合高考命题实践谈谈对推理能力的要求及其培养与训练。
一、高考对推理能力的要求
纵观近几年高考试题可以看出，试题对学生推理能力的要求主要表现在要求学生：在透彻理解和熟悉物理各个基本概念和基本规律的基础上，以理论和事实为依据，选准出发点，认真分析事实与问题条件，通过恰当的思维方式，周密思考，最终得出正确的判断。从思维角度来看，高考试题具体要求学生从以下各个方面进行推理。
1.运用理想化观点进行推理
理想化观点的本质是抓住主要矛盾，近似处理实际问题，其核心是建立物理模型并应用模型去分析、解决实际问题。这种观点指导下的思维过程，要求学生通过分析物理问题的条件、研究对象、物理过程的特征，建立与之相适应的物理模型，通过模型思维进行推理。
例1.（'98高考题）宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落在星球表面，测得抛出点与落点之间的距离为L。若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为
。已知两落地点在同水平面上，该星球的半径为R，万有引力常数为G，求该星球的质量M。
解析：本题的理想化模型是：物体作平抛运动，其运动过程可用图1表示。设抛出点的高度为h，水平射程为x，由图示及几何关系有：x[2]+h[3]=L[2]。
当初速度增大到2倍时，由平抛规律可知，水平射程将增大到2x，几何关系为
若不考虑该星的自转可以认为，星球上物体（质量为m）所受到的重力等于其受到的万有引力，即：
从实际考查来看，不少同学不知道如何运用平抛知识去求解星球表面的重力加速度；其次对星球质量的求解方法的模型无法建立。一般建立物理模型应当做到：①综合分析所研究问题的特点，寻找影响物理过程或物理现象的各种因素；②根据物理问题的特点和研究目的，忽略次要因素，抓住主要因素，建立起关于研究对象的物理过程、条件（包括物理条件和数学条件）的有关模型；③对模型进行定性或定量分析，推证出所需（包括近似的或理想化的）结论。
2.运用等效观点进行推理
等效观点指导下的推理方法是指通过对物理问题中的某些物理量、研究对象、物理过程等进行等效变换或利用数学模型的相似性将研究对象、过程、条件、特征等移用到另一些熟知的，方便的物理模型或数学模型中去进行分析研究。常用方法有等效代换、等效假设、等效优选（主要指研究方法的优选）。
例2.（'95高考题）图2表示一交流电电流随时间的变化图像，此交流电的有效值是（ ）。
解析：一般学生只记住了正弦交流电的最大值与有效值的关系，而且不顾条件地使用这一关系，本题正是从这点一出发进行命题，诱导学生的错误思想观点，从而辨别其能力高低。本题的正确思考途径是从等效观点出发进行推理。交流电的有效值是从交流电与直流电热效应等效角度来进行定义的，该题只需计算一个周期内交流电通过电阻R所产生的热量与直流电在相同时间（交流电一个周期，即0.02s）内通过电阻R产生的热量相等，就可方便地得到正确答案B。
运用等效观点进行推理的思维程序是：①根据问题特征提出等效内容（对象、条件、状态、特性等）；②由等效的内容出发进行推理（需要运用到逻辑思维）；③解释推理过程，得到正确结论。
3.运用系统观点进行推理
系统是由相互联系的部分组成的一个整体，把研究对象放在系统中，从整体出发，从系统与要素、要素与要素、结构与功能、系统与周围环境之间的相互联系、相互作用、相互制约中，对问题进行分析，把握它们之间的动态关系、静态关系，从而寻找有效的推理途径，得出结论。例如，当某系统的一部分因素发生变化，而其余大多数因素保持不变时，要求学生判断其它因素的变化情况在高考试题频繁出现。
例3.（'98高考题）如图3(A)、(B)两种电路中，电源相同，各电阻器阻值相等，各电流表的内阻相等且不可忽略不计。电流表A[,1]、A[,2]、A[,2]和A[,4]，读数分别为I[,1]、I[,2]、I[,3]和I[,4]。下列关系式中正确是：（ ）。
解析：由于电流表内阻的影响，导致图3(A)、(B)电路的总电阻不同，由于串联、并联电阻的性质可知图3(A)总电阻大于图3(B)电路的总电阻，由全电路欧姆定律可知前者路端电压大于后者，前者干路电流小于后者，即有I[,2]＜I[,3]+I[,4]，选项D正确；图3(A)并联电路两端的电压小于图3(B)并联电路电压，则有I[,1]＜I[,3]=I[,4]，则选项B正确。本题运用系统观点中的整体思想进行分析推理，然后再对部分电路进行分析比较，最终得出结论。
4.运用因果观点进行推理
辩证唯物主义的因果观点是：确定的原因在一定条件下，一定产生某种（或某些）确定的结果；一定的结果必然对应地存在某些客观原因和条件。原因、条件和结果相互影响、相互制约，共同作用推动事物的发生与发展。因此，我们可以借助于这种因果关系，根据物理问题中明显的或隐含的已知条件，分析判断产生的结果；或根据问题中明显或隐含的已知现象、物理过程等，分析判断产生这种现象或过程的原因或条件。在这种观点指导下的推理方法有归纳推理、演绎推理、正反推理（包括正向、逆向、正逆互用等）、假设推理（包括反证法、归缪法、穷举法、极端法、虚拟法、验证法等）、比较推理（包括寻异求同、相异相似法、类比法、比例法等）等五种带有普遍意义的推理方法。
例4.（'95高考题）图4(A)中的AB表示一直立的平面镜，P[,1]P[,2]是水平放置的米尺，MN是屏，三者互相平行。屏MN上的ab表示一条竖直的缝（即ab之间是透光的），某人眼睛紧贴米尺上的小孔S（其位置见图），可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并在P[,1]P[,2]上把这部分涂以标志。
解析：本题是考查的平面镜成像知识。人看到米尺上刻度的原因是平面镜成像，直接运用光的反射定律，且仅借助于三角板是很难达到题设要求的。如果运用逆向分析的思想，并且根据对称性原理作出P[,1]P[,2]在平面镜中的像P[,1][']P[,2][']，并标出眼睛S的像S'。连sa延长交AB于C，连S'C延长交P[,1]P[,2]于E，连S'b延长交P[,1]P[,2]于F，则EF之间部分即为可观察到的部位，如图4B所示。
运用因果观点进行推理应该做到：①理解题意，把研究问题的条件、对象、过程分析清楚；②运用因果观点定性分析物理状态如何变化、过程怎样发展，判断必然发生的现象或结果；③根据问题的目标或过程所遵循的物理规律，运用推理手段，或从已知原因求出定量结果，或从已知结果反向循求引起这种结果的确切原因；③联系题目条件抓住本质特征或从一般推向特殊，或从特殊归纳一般，多方位寻求解题途径。
5.运用数学观点进行推理
运用数学观点进行推理的本质是运用数学思想解决物理问题，也就是要求学生能够运用数学语言来表述物理过程、物理状态等，然后用数学关系式进行推理；主要运用到的数学思想观点有函数思想、比例关系、方程思想、不等式规律、以及图像方法等。
例5.（'98高考题）A、B两带电小球，A固定不动。B的质量为m，在库仑力作用下，B由静止开始运动。已知初始时，A、B间距离为d，B的加速度为a，经过一段时间后，B的加速度变为a/4，此时A、B间的距离应为＿＿＿＿。已知此时B的速度为v，则在此过程中电势能减少量为＿＿＿＿。
解析：A、B间的库仑力与两者间距离的平方成反比，而B的加速度与其所受合外力（即B受到库仑力）成正比，即
，其中r表示AB间距离。由这种比例关系不难得到，当B球加速度为a/4时，A、B间距离为2d。从系统能量观点来看，系统减少的电势能应等于系统增加的动能，即电势能减少量为(1/2)mv[2]。本题主要考查学生运用比例的数学思想进行推理的能力。
二、推理能力的培养与训练
物理推理能力要以物理理论和事实为依据，思维过程一定要合乎逻辑，绝不能凭空臆想或不合乎逻辑。因此，透彻了解和熟悉中学物理学的每一个基本概念和基本规律，认真分析具体问题的事实与条件，想清其中的道理是进行推理的基本前提。学习过程中除了具备基本的前提条件外，在复习过程中还应当注意以下几点。
1.认真分析物理情境是进行正确推理基础和前提
例6.（'93高考题）两根长度相等的轻绳，下端悬挂质量为m的物体，上端固定在水平天花板上的M、N点，M、N两点间距离为S，如图5(a)所示，已知两绳所能经受的最大拉力均为T[,m]，则每根绳的长度不得短于＿＿＿＿。
解析：物体受三个力作用：重力、两绳的拉力，题中给出两根绳的长度相等，可推知两根绳对称地悬挂着物体m，由对称性可以推断两绳拉力T大小相等，故可作图受力图如图5(b)。题中给出了最大拉力T[,m]，则应当先求出T，然后再与T[,m]比较，就可以得出绳长的最小值了。由共点力平衡条件可知，2Tcosθ=mg，由几何关系可知绳长l满足：
本题情境中，若给出m、l、s求拉力T，很多学生就较容易地做出了。而本题从逆向思维角度，反过来要求学生来确定绳长l，这就使许多学生不知所措了，其本质是学生对物理问题情境未能作深刻分析。
2.训练思维的严谨性、慎密性是进行正确推理的保证
例7.（'96高考题）一根张紧的水平弹性长绳上的a、b两点，相距14.0m，b点在a点右方（如图6a所示）。当一列简谐横波沿此长绳向右传播时，若a点的位移到达正极大时，b点的位移恰好为零且向下运动。经过1.00s后，a点的位移为零，且向下运动，而b点的位移恰好到达负极大。则这列简谐横波的波速可能等于：（ ）。
A.4.67m/sB.6m/s
C.10m/s D.14m/s
解析：根据题意画出图6(b)中实线所示的a、b状态图示，设a、b间距离为S=14.0m，波长为λ，由波传播的周期性规律可知，S=(n+3/4)λ，即λ=4S/(4n+3)=56/(4n+3)；再根据题设条件画出时间△t=1.00s时的可能波形图和a、b点的状态图如图6(b)虚线所示，因此这列波的周期T与△t的关系式为△t=(k+1/4)T，即T=4△t/(4k+1)=4/(4k+1)，最后由波的速度关系式求出此波的波速为
，其中n=1,2,3,……；k=0,2,3……。代入n、k数值计算可知选项A、C正确。
本题从波长、周期的物理意义，由题设文字语言转化为图形语言，借助图形进行推理。然而，必须对题目和波的物理意义进行认真仔细观察、考察与琢磨，写出波的相关通式，最终得到正确结论。
3.训练思维的敏捷性是提高推理能力的有效途径
有些物理问题若用习惯性的思维方法去解决，比较繁杂或者难度较大。这时就需要根据题目给的物理图景，用新的观点或从新角度去思考，不死守常规，采用灵活多变的方式进行思维和推理，训练过程中经常这样有意识地进行训练，就能极大地提高自己的推理能力。
例8.（'93高考题）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。两金属杆都处于水平位置，如图7所示。整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。若金属杆正好匀速向下运动，求运动速度。
解析：本题可以从两个不同方面进行推理。
常规途径推理：假设磁场方向后，运用右手定则判断感应电流方向，再运用右手定则判断安培力方向，然后运用电磁感应定律、全电路欧姆定律、共点力平衡条件进行分析推理后得到结论。最后再将磁场方向反方向进行推理。
简捷推理：根据功和能量间的关系方便地推知，系统减少的重力势能转为系统动能和焦耳热，当两金属杆匀速向下运动时，其动能保持不变，因此，根据功率关系列出方程：
。
本题从不同的侧面去分析题所给情景所满足的物理规律，使推理的思维有效性得到提高，在训练敏捷性思维时，可以从研究对象、物理过程、物理状态的优选及处理问题的不同方法等方面去进行训练。
三、推理能力训练题
1.由地面发射一颗卫星进入绕地球作匀速圆周运动轨道运行，轨道平径为r，卫星动能为E[,k]。如果要使这颗卫星的轨道半径增大为2r，则下列说法中正确的有：（ ）。
A.发射卫星消耗的能量增大
B.卫星在轨道上的动能增大为2E[,k]
C.卫星在轨道上的动能减少为E[,k]/2
D.卫星在轨道上的机械能增大
2.一共振筛，用四根弹簧支起，装有一电动偏心轮，轮每转动一周给筛子一个策动力，当筛子做自由振动时，完成10次全振动用15s。在某电压上，电动偏心轮的转速为36min[-1]，已知如果增大电压，可使偏心轮提高转速：增大筛子质量可增大筛子固有周期。那么，要使筛子振幅增大，下列哪些方法是可行的：（ ）。
A.适当提高输入电压
B.适当降低输入电压
C.适当增加筛子质量
D.适当减少筛子质量
3.用弹簧秤系住活塞，将活塞悬挂于O处，如图8所示。已知气缸壁是光滑的且不漏气。活塞将一定质量的空气密封着。当活塞静止时，则：（ ）。
A.气缸有可能达到静止
B.气缸不可能达到静止
C.如果给气缸缓慢加热，弹簧秤示数将变小
D.如果给气缸缓慢加热，弹簧秤示数保持不变
4.某欧姆表的电阻刻度是按电池电动势为1.5V刻度的，满偏时的电流Ig为10mA，当电池电动势下降到1.2V时，测得某电阻的阻值是350Ω，这个电阻的实际值R[,X]＝＿＿＿＿＿＿＿Ω。
5.如图9所示，在光滑水平面上有A、B两辆小车，水平左侧有一竖直墙壁。在小车B上坐着一个小孩。小孩与小车B的总质量是小车A总质量的10倍。开始时，两小车处于静止状态，小孩把A车以相对地面的速度v推出，车A与墙壁碰撞后仍以原速率返回，小孩接到A车后，又把它以相对地面的速度v推出。A返回后，小孩再把它推出，每次推出，小车A相对地面的速度大小都是v，方向水平向左，则小孩把小车A总共推出＿＿＿＿次后，小车A返回时，小孩不能再接到。
6.如图10所示，气缸分为上下两部分。下部分的横截面积是上部分横截面积的2倍。大小两个活塞分别在上下两个气缸内，用一根硬质轻杆相连。两个活塞可以在气缸内一起上下自由移动，即不计活塞与气缸间的摩擦，且不漏气。硬质轻杆的长度为2l。气缸内封闭一定质量的气体。在两个气缸连接处有一个卡环，使小活塞不会落到大气缸内。起初在小活塞上压一个装有大量小钢球的杯子。小活塞与卡环间的距离为l。缓慢给气缸加热，当气缸内温度上升了ΔT=90K后，小活塞刚好移到卡环处。把小钢球从杯中一个一个地拿走，直到全部拿走。在此过程中，气体温度没有发生变化，且小活塞又上升到距卡环l的位置。求再给气缸内气体继续缓慢加热使小活塞再次刚好下移到卡环处时，气缸内气体的温度为多少K？
简要答案：1. A、C、D 2. A、C3. A、D
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