重视中学物理教学中定性和半定量分析法，本文主要内容关键词为：定量论文,分析法论文,重视论文,中学物理论文,教学中论文，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、定性和半定量分析是物理学的重要研究方法
每一个物理概念都有明确的物理意义，每一个物理量都具有可测量性与计算性，大多数物理规律都能以函数关系予以精确简明的表述。可见，数学为描述物理概念和规律提供了的简洁、精确的语言和表达形式，提供了逻辑推理和科学抽象的工具，简化和加速了思维进程，使人们能够更准确地把握物理概念的本质，认识物质运动形式及物理规律的内在联系，促进了物理规律和理论的建立，是物理学成熟的重要标志之一。然而，在物理学发展史上，无论是对光的本性的认识过程，还是对原子结构的认识过程，无数实例证明，物理学家探究问题的时候，往往是先从用数量级、量纲、对称性、特例和极限情况等进行定性或者半定量的分析，在对问题获得一个较全面的理解和判断之后，再进行深入细致的研究。比如，在1945年7月16日早晨，人类第一颗试验原子弹在美国新墨西哥州沙漠上爆炸，40s后，冲击波传到费米的实验基地，他抛撒出手中的纸片，通过纸片被吹飞的距离迅速估算出爆炸的能量相当于20000t烈性炸药，结果和仪器检测的相当接近。大家非常佩服，但并不惊奇，因为他是一位理论和实验两个方面都成就卓越的大物理学家。
解决物理问题的过程就是对某一个或几个物理过程中的一些物理量间的关系进行分析的过程，可根据研究的“精细”程度分为粗略的定性分析、半定量分析和精确的定量分析两个层次，即便是精确的定量计算，往往也要先进行定性分析物理过程，排除非本质表象的干扰，理清各种关系（如临界物理状态、各个物理量的变化及制约关系等），找出物理过程的本质特征，建立物理模型，然后再根据过程或状态所遵循的物理规律进行定量计算，因此，定性分析方法与定量计算方法是有机联系的。
定性和半定量分析的方法是粗略确定研究对象是否具有某种性质，确定某个物理量变化范围的一种研究方法。由于定性和半定量的分析，更能突出物理思想和物理方法，有助于培养物理直觉能力，因此对物理学习和研究都具有重要意义，是科学素质的重要组成部分。赵凯华在《定性与半定量物理学》中指出：“当一位成熟的物理学家进行探索的科学研究时，常常从定性或半定量的方法入手……他们通过定性和半定量的估算，力求对问题的性质、解的概貌取得一个总体的估计和理解。否则一下子陷入细枝末节的探讨，往往会一叶障目，只见树木，不见森林。”
二、定性和半定量分析的常用方法
长期以来，中学物理教学中过分强调定量计算，加之学生在理解、分析物理问题时的直觉常常是错误的，导致大多数同学总以为，只有定量计算的方法是准确可靠的，而定性和半定量方法是不可靠的，因此，拿到任何问题都企图通过严格的数学推演去求解，必须求得一个最终的定量结果，否则总觉得心里不踏实，而遇到那些无法套公式进行计算的问题就束手无策；结果往往是物理概念模糊，只记忆物理公式的形式，不管其物理意义，不管物理量间的因果关系、逻辑关系，把物理公式数学化，见数不见理。比如，有的同学求出落差几十米的瀑布，水从顶端落到底端，水温竟升高几十摄氏度，还全然不知结果是错误的。
在教学中增强学生对定性和半定量的分析方法的认识，初步掌握一些常用方法，如数量级的估计、量纲分析、极限情形和特例的讨论、对称性分析、简化模型的建立、概念和方法的类比、图像分析法等，适度的有意识地进行一些训练，不仅可以提高学生解决定性分析和半定量分析计算类题目的能力，更重要的是可以促进学生对物理问题的深入理解，有利于养成学生良好的物理思维习惯，使他们在遇到具体问题时，能够先根据题意进行定性和半定量分析，在头脑里形成一幅清晰的物理情景，对物理问题有整体、宏观的把握，而不是急于乱套公式、建立数学方程。例如，一个大阻值电阻和一个小阻值电阻串联起来做为限流电阻用，哪个是粗调电阻，哪个是微调电阻？如果并联呢？通过对这个问题的分析思考，学生就会对串并联电路的阻值特点有一个明确的认识；下面举例说明定性和半定量分析的几种常用方法。
1.图像分析法
【例1】甲、乙、丙三辆汽车以相同速度同时经过某一路标，从此时开始，甲车一直做匀速直线运动，乙车先加速后减速，丙车先减速后加速，它们经过下一个路标时速度又相同。则
A.甲车先通过下一个路标
B.乙车先通过下一个路标
C.丙车先通过下一个路标
D.条件不足，无法判断
分析：甲、乙、丙三车以相同的初速度同时、同地开始运动，经过相同位移时速度又相同（图1中本条图线与t轴所围图形的面积相等），根据其运动规律在同一v-t坐标系中作出甲、乙、丙的v-t图像如图1所示。由图1可直观地看到甲、乙、丙运动时间的关系为
。
图1
2.示意图分析法
正确的示意图往往可以给出一些重要信息，用好这些信息可以找到特别巧妙的解法。
【例2】（2008年高考上海卷物理第10题）如图2所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势E与导体棒位置x关系的图像是______。
图2
分析：从示意图2可以看出，导体棒向右匀速直线运动切割磁感线时，其有效长度的增加是先快后慢，到最大值后减小时是先慢后快，即可判断出图像A是正确的，比用计算求解要快捷得多。
【例3】（1998年全国考题）三段不能伸长的细绳OA、OB、OC可承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，如图3所示，其中OB是水平的，A端、B端固定，若逐渐增加C端所挂物体的质量，则最先断的绳
A.必定是OA
B.必定是OB
C.必定是OC
D.可能是OB，也可能是OC
图3
如果对力的平行四边形定则理解清楚，明白合力偏向较大的那个分力，便一眼看出OA绳上承受的拉力最大，因此最先断。
3.估算法
估算就是对某个物理量的可能范围、数量级进行粗略的计算。估算类问题，文字简洁，已知条件少，待求量与已知量间的联系较隐蔽，学生常常感到束手无策。
【例4】（2008年高考四川卷理综第20题）1990年4月25日，科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空，使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行。已知地球半径为6.4×
m，利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×
m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期。以下数据中最接近其运行周期的是
A.0.6 hB.1.6 h
C.4.0 hD.24 h
分析：此题根据对人造卫星的基本知识就可以排除A、D两个选项。即便如此，要用题给数据进行精确计算的话，运算量也是相当大的，B、C选项数值相差较大。因此，可忽略哈勃天文望远镜距地球表面约600km，认为其轨道半径等于地球半径，忽略地球半径，认为同步卫星的轨道半径等于它与地球表面的距离3.6×m，计算过程中进一步估算，即可判断选项B正确。