不可忽视的中间过程
李庆国
摘? ? 要：在当前物理教学中重结果、轻过程的现象普遍存在，对学生全面提高素質影响很大，同时在解决物理问题时也会出错。有些相对复杂的问题往往包含几个或多个过程，稍不留心就会导致错解，这就要求学生要特别注意过程的分析。
关键词：物理教学;解题法;物理过程分析;审题能力
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）8-0062-3
物理过程分析，是学习物理的基本能力之一。近年来，高考物理在考查知识的同时，特别注重对物理过程分析能力的考查。物理过程，即物理现象的变化发展过程，它与某一段时间相对应。一个物理问题的求解，很重要的一个环节即是对题目中所包含的物理过程的分析，只有对物理过程的本质作深刻的分析，才能发现其遵循的规律，才能选择相应的物理公式、规律去求解，达到对问题求解的目的。对物理过程作出清晰明了的认识和分析是重点问题，也是一个难点问题。下面用具体例题来探讨。
1? ? 忽视中间过程，歪打正着，但物理意义不对
例1 如图1，电量为Q的正点电荷固定在A点，一竖直放置的光滑绝缘杆与以A点为圆心、R为半径的圆交于a、b两点，a、b间距为L，把一个带正电、电荷量为q的圆环（可看成点电荷）套在杆上，在杆上的M处由静止释放，到达a点时速度为va，则当圆环到达b点时速度多大？
讨论：根据电场知识可知，圆周是Q的一个等势线，则a、b两点的电势相等，即ψa=ψb，Uab=0，根据电场力做功的公式W=qUab可知W=0，即q从a到b相当于只有重力做功，所以有的学生就认为从a到b，q的机械能守恒，列出关系式■mv■■+mgL=■mv■■，解出vb，仅从结果看，一点也不错，但分析存在错误。
如图2，以A点为圆心作圆与杆相切于c点。由电场知识可知，Uac0，则q从a到c过程中电场力做负功，圆环的机械能减小;q从c到b的过程中电场力做正功，圆环的机械能增大。即q从a到b，电场力先做负功后做正功，机械能先减小后增大，而a、b两处的机械能恰好相等。但圆环在运动过程中机械能并不守恒。
总结：“守恒”对应着一个过程，在这个过程中的任意两个位置机械能的总量都应该相等。如果仅仅根据某两个位置的机械能相等就认为这个过程中机械能守恒肯定是不对的，是对“守恒”的肤浅理解。即使结果正确，那也只能是一种巧合。
2? ? 忽视中间过程，导致分析错误，但学生可能找不出原因
例2 如图3所示，长度为31 cm的均匀玻璃管下端封闭，开口向上，与上口齐平的水银封闭着10 cm长的空气柱，若管子绕垂直于管身的水平轴在竖直平面内缓慢地转过240°，如图4所示（图中未画出此时管内水银柱），则旋转后玻璃管中空气柱的长度为多少？（大气压强为75 cmHg，温度不变）。
在教学中发现绝大部分学生是这样做的：先假设水银相对玻璃管不动，如果这样，则当玻璃管转过240°后，管中气体压强变小，则根据玻意耳定律，气体体积变大，即水银部分溢出，剩下部分顶到管口，如图5。设玻璃管长度为L，转前水银柱长为H1，最终水银柱长为H2。则根据玻意耳定律：p1（L-H1）=p2（L-H2），p1=96 cmHg，p2=75-H2sin30°，代入数据可得H2≈16.6 cm，则空气柱长约为14.4 cm。
上面解法似乎无懈可击，可是分析全过程可发现，当玻璃管从开口向上转到开口竖直向下过程中，由于水银重力作用，水银有部分溢出，剩下部分顶到管口，如图6所示。设玻璃管长度为L，转前水银柱长为H1，最终水银柱长为H3。则根据玻意耳定律：p1（L-H1）=p3（L-H3），p1=96 cmHg，p3=75-H3，代入数据可得H3=15 cm。即留下的水银柱长度为15 cm。
当玻璃管继续转动，则留在管中的水银要沿管上移一段距离，即如图7所示。
把开始作为初态，转过240°作为末态，运用玻意耳定律有：p1（L-H1）=p4·a，p1=96 cmHg，p4=（75-7.5） cmHg，可得a≈14.2 cm。
总结：学生解题主要出错的原因是没有正确分析过程，忽视在玻璃管处于开口竖直向下时水银有溢出，并且继续旋转时水银还要上移，最后导致错误确定水银最终的位置。当运用气体状态方程解题时，一定要注重对物理过程的分析，分析方程式成立所需条件是否满足，气体所处状态是否可能，因为往往一些状态变化过程具有隐蔽性。
3? ? ?忽视中间过程，乱用规律，导致结果错误
例3 如图8所示，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球A和B。A球质量为m，静置于地面;B球质量为4m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧。从静止开始释放B球后，A球可能达到的最大高度为（? ）
A.h? ? ? ?B.1.6h? ? ? C.2h? ? ? ? D.4h
讨论：
从教学实践看，绝大部分学生是这样做的：设A球上升的最大高度为H，则从B球开始释放到A球上升到最高点的过程中，系统只有重力做功，系统机械能守恒，B球重力势能的减少等于A球重力势能的增加，即mBgh=mAgH，可得H=4h，即D选项正确。
也有少部分学生这样做：设B球落地前瞬间速率为v，此时A球的速率也为v，在此过程中对A球运用匀变速规律有v2=2a1h，a1=■。B球落地后A球继续上升，加速度大小为a2=g，上升的高度为h1，则有：v2=2a2h1，则可求得A球上升的最大高度H=1.6h，即B选项正确。
这两个结果截然不同，两部分学生争论激烈，谁也不服对方。这时笔者引导学生分析，从B球开始释放到A球上升到最高点的过程，包含了B球与地面碰撞的过程，最终B球停在了地面上，此过程中有机械能损失。即从B球开始释放到A球上升到最高点的过程中系统的机械能并不守恒。只是从B球开始释放到B球碰地前的瞬间系统机械能守恒。B球落地后A球继续上升的过程中A球的机械能守恒。故第一种解法错误，第二种解法正确。
总结：对有关功和能的多过程的题目，我们习惯上都是对全过程运用动能定理或机械能守恒定律列式，往往都是对的。但有些过程具有隐蔽性，不仔细分析就会漏掉某些力做功或对能量的损失没有搞清，导致结果错误。故对多过程问题想用某些规律时，一定先要分段考虑条件是否成立，尤其是在两个过程的交接处。
4? ? 忽视中间过程，没有找准临界状态，导致结果错误
例4 如图9所示，ABCD为一竖直平面内的固定光滑圆轨道，半径为R。AC是竖直直径的两端，BD是水平直径的两端。圆轨道和水平轨道相切于A点。有一带正电的小球静止于A点，小球的质量为m，电荷量为q。整个装置处在水平向左的匀强电场中，场强E=mg/q。现给小球一个水平向左的初速度，要求小球能沿圆弧轨道到达D点，则初速度应满足什么条件？
在实际教学中发现有很多学生是这样做的：假设小球恰好到D点，此时小球速度为0，然后从A点到D点用动能定理，从而求得初速度。
上述方法是否正确我们暂且不论，我们再仔细分析如下：我们把小球所受到的恒定的电场力和重力進行合成，作为一个等效重力，方向左偏下45°。由此可知，小球在AB之间轨道中点处速度最大。在小球能沿轨道运动的前提下，在CD之间轨道中点处速度最小。只要小球能够通过这一位置，就一定能到达D点。所以，小球要能到D点的条件实际上就转化成能过CD间轨道的中点。临界情况是在此位置小球的速度恰好为0。求出相应的初速度，就是所要求的最小初速度（具体求解不再列出）。由此则可知，以小球恰好到D且速度为0作为临界状态是错误的。
总结：通过仔细分析运动过程可知，小球在运动过程中可能会离开轨道，存在恰好不离开的临界状态。找准临界状态是解决这类问题的关键。若不进行仔细的过程分析，只盯着D点，结果必错无疑。
综上所述，我们在教学过程中一定要让学生养成过程分析的习惯，提升过程分析的能力。如何培养主要体现在两个方面：
教师在分析问题时，要有目的、有意识地去引导学生进行过程分析，在分析问题的时候，多讲讲为什么要这样做，我是怎样找到解题思路的，让学生从中受到启迪。教师更应该从学生的思维角度、思维习惯和思维方法去体验研究学生是怎么想这个问题的，其主要的思维障碍是什么[1]。
要充分发挥学生的主体作用，教师可以多鼓励和启发学生自己进行分析、体会，启发学生用自己的语言叙述物理过程细节，划分子过程，挖掘隐含条件，搞清各过程对应的物理规律，形成正确的物理解题技巧和解题策略，提高物理解题能力。老师应该多给学生必要的思维时间，使他们对物理过程的把握建立在充分思考的基础之上，老师不要片面追求讲深讲透，在教学中不妨留给学生一些思维的缺口，使他们主动钻研思考，从而提升过程分析的能力，并从中获得体验，在此基础上形成分析物理过程的意识，总结出物理过程分析的方法，这才有利于发展学生物理过程分析的能力
对于不少问题，学生有的基于感性，有的基于记忆，有的是简单理解甚至是胡乱猜测。不要以为学生“会”了，就不加以分析，其实很多问题我们稍微深究一下，就会发现学生并没有真正理解。所以，一定要关注学生得出结果的思维过程。在分析思维过程时就能发现学生对知识和规律的理解运用是否正确、是否到位，或者是在什么方面发生错误，就可有针对性地指导纠正[2]。所以，教师不但要问学生“是什么”，更要问“为什么”。
参考文献：
[1]苏永利.高中物理解题教学要注重物理过程分析[J].数理化解题研究，2012（4）：34-35.
[2]赵荣，詹春兰.例谈物理过程分析对解题的作用[J].物理通报，2012（7）：64-68.
（栏目编辑? ? 罗琬华）
