关于物理过程教学的研究，本文主要内容关键词为：物理论文,过程论文，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。
物理教育与教学的根本目的在于对学生进行物理素质的培养和提高，解决物理问题总是从物理对象、物理过程、物理情景、物理规律等几个方面循序进行分析、计算，得出结论.其中物理过程的分析与再现最能体现物理思想，也最能展现学生的物理素质.笔者从以下几个方面来研究和展示物理过程.
一、对物理过程的等效处理
例1 在空间有相互正交的匀强电场和匀强磁场，方向如图1所示.现有一质量为m、带电量为+q的离子，自A点由静止开始在此复合场中运动，求此离子在运动过程中任一时刻的位置（重力不计）.
物理过程分析 根据题意可先建立相对于地面静止的参照系xOy，x轴与电场方向和磁场方向都垂直且水平指向图1中右方，y轴与电场方向一致，t=0时，离子位于此参照系的坐标原点.在该坐标系中，离子受到电场力和洛伦兹力，电场力与其运动速度无关，洛伦兹力则随其运动速度的变化而变化.一般情况下，离子的运动情况会比较复杂，而有一种特殊情况为：如果离子速度大小刚好为
=E/B，且其方向沿x轴方向时，则离子受到的电场力F=qE恰好与其受到的洛伦兹力f=qB平衡；离子将做匀速直线运动.这种情况下离子的受力情况与它在既无电场又无磁场的空间中的受力情况是等效的.
现在讨论在参照系xOy中离子以任意速度v运动时的受力情况，因为电场力总是沿y轴方向，洛伦兹力总是与磁场方向垂直，所以离子没有沿磁场方向的加速度，又因离子初速为零，因此离子的运动轨迹将不会离开xOy平面，即任意时刻离子的速度v必定在xOy平面内.现将速度v分解为两个分量（=E/B，方向与x轴正方向一致）和
，即v=+.
由运动独立性原则可视为此时离子等效为同时具有两个速度和，由此可知离子所受洛伦兹力f=qvB也等效于f[，0]=qB和
=qB的共同作用.这一点从另一个角度也可以看出，由于f、f[，0]、方向和大小分别与v、、垂直且成正比，又由于v、、，组成如图2所示的平行四边形，所以有f=f[，0]+，如图3所示.
由力的平行四边形定则，可由f[，0]与的共同作用代替f的作用，则离子以任意速度v运动时，其等效的受力如图4所示，其中f[，0]与F平衡，可见即为离子此时所受到的电场力与
对于一个物理对象的运动变化过程的研究，通常包括以下几种类型的问题：一是已知其初始状态和过程进行的某些条件，要确定其末状态.例如已知运动质点的初位置，要确定其末位置或要确定其未了状态；二是已知其初态和末态，要求其过程进行中的某些量.例如，一定质量的理想气体做等压膨胀，已知其初态和末态，要求其膨胀过程中对所外做的功；三是不一定涉及到过程的初末状态，只研究某种给定过程所需要的条件，例如，物体做简谐运动的条件.分析清楚问题的类型，就弄清了问题的“条件是什么？”“效果是什么？”也就能进一步找到这些条件能用别的条件代替而保证效果相同的答案，就可以用等效法解决这一问题.就过程而言，对上述几种类型的问题，如果研究对象是经历条件不同的甲、乙两个过程，而能保证与此两过程对应的某一物理量相同，则在求这一物理量时，上述的甲、乙两过程便可相互等效代
二、对物理过程的虚拟处理
例2 一只狼沿半径为R的圆形岛边缘按逆时针方向匀速率跑动，当狼经过某点时，已知一猎犬以相等的速率从岛中心O点出发追狼.设追击过程中，狼、猎犬和圆心O在任一瞬间均在同一直线上，问猎犬应沿什么轨迹运动？在何处可以追上狼？
物理过程分析 由于狼、猎犬和圆心O三点总是在一直线上，因此猎犬未追上狼前总可以把猎犬的速度v分解为两个分量：一个是与此时由圆心指向狼的半径垂直的分量v[，n]另一个是沿此时由圆心指向狼的半径方向的分量
是保证狼、猎犬和圆心O三者在同一直线上的作用，
则使猎犬与狼之间的距离缩小，所以猎犬总可以追上狼.因狼绕着圆周运动，因而猎犬的速度方向需不断地改变，所以猎犬运动的轨迹是一条曲线.根据狼运动的轨迹以及狼与猎犬速率相等的特征，可以猜想猎犬的轨迹也是一条圆弧线，下面就根据这一虚拟猜想进行分析.
如图7所示，设狼位于A点时猎犬自圆心O出发，初态时因猎犬本身在O点，只有v[，r]分量，可见这时猎犬速度方向沿OA方向，即在O点处猎犬的轨迹曲线的切线是沿OA方向，因此，上述虚拟猜想的猎犬轨迹圆弧的圆心应位于与半径OA垂直的半径OB上.另一方面，考察当猎犬刚追上狼时，应是猎犬速度的分量与狼的速度相等，则这时狼与猎犬的速度相同（即猎犬的速度的分量为零）.由前述虚拟，猎犬的轨迹圆圆心必定在OB上，且在B点时狼的速度与OB垂直，则B点可以作为刚好追上狼的位置.这样，上述虚拟的猎犬轨迹便是以OB为直径的半个圆弧.设想猎犬沿以OB为直径的半圆弧运动，则当其运动到弧上任一点D
由于狼和猎犬运动的速率相等，则狼从A点出发运动到C点时，猎犬自O点出发沿小圆弧必定刚好运动到D点，这样恰好符合题给条件要求的在任一时刻均满足圆心O、猎犬和狼三者在同一直线上，而且满足二者在相同的时间内所跑的路程相同.可见上述虚拟轨迹是可行的.
解 如图7所示，如果狼的初位置对应的圆形岛半径为OA，令一条与之垂直的半径为OB，OB指向与狼的初速度方向相同，与猎犬的初速度方向垂直，因此，猎犬应沿以OB为直径的半圆弧按逆时针方向跑动，即可在岛缘的B点位置刚好追上狼.
由上述分析可以看出，虚拟过程是对物理想象和过程进行大胆假设，且符合客观规律的创新过程，物理学中的不少发现是通过这一途径而得到的.毫无疑问解物理题时能掌握和熟练运用虚拟的思想方法对物理过程进行分析和处理，对培养学生的创新能力是有重要意义的.
三、用图象再现物理过程
例3 如图8所示，在水平桌面上放着一块长木板C，木板C的右端为一固定挡板P，在木板C上左端和中点另外各放一小物块A和B，物块A、B的尺寸以及挡板P的厚度皆可忽略不计，物块A、B之间和物块B、档板P之间距离皆为L.设木板C与桌面之间无摩擦，物块A、B与木板C之间的静摩擦因数及动摩擦因数均为μ；物块A、B和木板C（连同挡板P）的质量均相同.开始时，物块B和木板C静止，物块A以某一初速度向右运动，试问下列情况是否能发生？要求定量求出能发生这些情况时物块A的初速度应满足的条件，或定量说明不能发生的理由.
（1）物块A与物块B发生碰撞；
（2）物块A与物块B发生碰撞（设为弹性碰撞）后，物块B与挡板P发生碰撞；
（3）物块B与挡板P发生碰撞（设为弹性碰撞）后，物块B与物块A在木板C上再次发生碰撞；
（4）物块A从木板C上掉下来；
（5）物块B从木板C上掉下来；
简解 这是第十七届全国中学生奥林匹克竞赛预赛试题的第八题，原题标准答案以地面为参照系，解题过程十分麻烦.如果以相对运动的观点用v-t图象处理本题的物理过程，使整个物理过程清晰地表示在图象上，从而使得该题解答得以大幅度简化，如图9所示为物理过程的图象处理.
（1）物块A、B碰撞的临界条件是物块A相对木板C运动的距离为L时刚好相对木板C的运动速度为零.有
除上述函数图象外，还有实验装置图、物体运动的轨迹图、物体受力图、气体状态变化图、电路图、光路图、波形图等.应用这些图象可以帮助我们对所研究的物理过程形成直观全面的认识，对于设计多个物理过程的问题，在解答中辅以相关的图象，则可将纷繁的物理情景逐一清晰地呈现出来.
四、物理过程的计算机处理
利用计算机多媒体软件进行物理过程的处理，由于多媒体信息集声音、文字、图像，动画等为一体，可以对物理过程进行特定的分解、慢放，使一些抽象的，难于理解的物理情景、物理过程、物理关系变得更直观、形象和生动.比如碰撞过程，物体间的相互作用进行得很快，很难看清作用的细节，通过多媒体软件制作，将碰撞分为几个阶段：接触、挤压、分离，甚至更细致一些，通过电脑慢放，就能真切地观察和感受到物体相互碰撞作用的整个过程.又比如楞次定律中“阻碍”含义学生很难理解，以动画课件演示就很直观.宏观物体的运动过程、微观粒子的运动过程等很多典型的物理过程都可以用电脑课件来进行处理.
总之，对物理过程的各种处理，都是基于让物理过程的再现更符合学生的生理与心理特点和认知规律，在学生头脑中更真实、更丰富地再现物理过程，从而形成各具特色的对物理过程的分析，从不同角度、选择不同的切入点，提出不同的解决问题的途径.这有利于形成浓郁的物理气氛，更适合刺激、启发学生的物理思维，创造出一方研究性学习的肥沃土壤，避免物理教学走入题海的误区.