精品文檔-下載后可編輯高中物理教學(xué)中臨界思維的培養(yǎng)“狀態(tài)”認(rèn)識(shí)是研究物理規(guī)律的首要任務(wù)，對(duì)高中學(xué)生而言，狀態(tài)分析是正確解題的前提，也是體現(xiàn)新課程理念下學(xué)生自主解決問題的基本能力。臨界思維在物理學(xué)思維訓(xùn)練中相對(duì)困難，因?yàn)樯婕暗窖芯繉?duì)象微妙狀態(tài)的抽取，而且需將該“微妙”狀態(tài)與基本理論相結(jié)合，找到能夠定量求解的途徑。高中物理教學(xué)中臨界思維的培養(yǎng)必須以構(gòu)建臨界狀態(tài)為基礎(chǔ)，尤其對(duì)于高中力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)章節(jié)而言，狀態(tài)問題直接與受力問題相關(guān)，因此對(duì)臨界點(diǎn)的把握至關(guān)重要。具體而言，物理教學(xué)中臨界思維的培養(yǎng)是將物理問題微觀化，進(jìn)而將某個(gè)特定的物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，進(jìn)而能夠?qū)⒊橄蟮奈锢憩F(xiàn)象轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)方程進(jìn)行求解。

一、高中物理中典型的臨界思維

臨界思維的應(yīng)用基礎(chǔ)在于臨界狀態(tài)的認(rèn)識(shí)，通俗地講，臨界狀態(tài)也稱為邊界狀態(tài)，是指研究對(duì)象在某個(gè)力的作用下從一種狀態(tài)即將過渡到另一種狀態(tài)，該“臨界點(diǎn)”處研究對(duì)象具有典型的物理規(guī)律，通常能夠?qū)⒃摖顟B(tài)與教材基本理論發(fā)生對(duì)應(yīng)，進(jìn)而列出具體的理論公式。某種意義上，臨界思維的運(yùn)用對(duì)解題起到承前啟后的作用，因此所對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律具備連續(xù)性，亦即該狀態(tài)所具備的能量、速度、受力情況以及對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等規(guī)律具備前后連續(xù)性，為成功解題提供了諸多已知元素。

1.復(fù)雜力學(xué)場(chǎng)中臨界思維的運(yùn)用

電磁場(chǎng)涉及到的運(yùn)動(dòng)學(xué)是高中物理學(xué)中難度較大的章節(jié)，成功解題的前提要求學(xué)生掌握全面的電磁學(xué)以及力學(xué)綜合知識(shí)，然而對(duì)該類綜合性力學(xué)場(chǎng)問題的求解必須通過恰當(dāng)?shù)奈锢硭季S進(jìn)行梳理，通常臨界思維是解決復(fù)合場(chǎng)問題的有效途徑。

例如，如圖1存在豎直向下的電場(chǎng)，其強(qiáng)度為E；同時(shí)，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B。一帶電小球m在該復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，如果該小球在垂直于磁場(chǎng)的豎直平面內(nèi)做恰好勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為R。則該小球帶何種類型的電荷？試描述其運(yùn)動(dòng)特征？

分析：本題中屬于典型的復(fù)雜受力模型，未知電性的帶電小球至于其中能夠“恰好”做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，是本題應(yīng)用臨界思維的突破口。首先，使得小球在豎直平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的前提是豎直向上的方向上存在作用力，并且該作用力與重力平衡。根據(jù)題設(shè)已知豎直方向上存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，因此電場(chǎng)力與重力平衡后使得小球僅在洛倫茲力的作用下勻速圓周運(yùn)動(dòng)。據(jù)此在結(jié)合小球的運(yùn)動(dòng)軌跡不難判斷出小球帶負(fù)電。

本題中，臨界狀態(tài)可以視為“恰好”做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，可以根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行確立，亦即帶負(fù)電的小球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡特征取決于洛倫茲力的方向和大小，進(jìn)而列出力學(xué)方程。由于帶負(fù)電，電場(chǎng)方向豎直向下，因此可以根據(jù)左手定則確定只有當(dāng)電子順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生如圖所示的圓周軌跡。

2.斜面受力模型中的臨界思維

高中物理學(xué)科中的邊界問題通常涉及力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，通常解題技能的高低取決于對(duì)力學(xué)模型的自我總結(jié)與歸納。其中斜面上力學(xué)問題是高中物理中最常見的受力分析模型之一。該模型中主要以力學(xué)受力分析為主線，應(yīng)用到力在不同方向的正交分解等。然而復(fù)雜的斜面問題往往將研究對(duì)象的狀態(tài)復(fù)雜化，譬如涉及到動(dòng)態(tài)的斜面問題時(shí)，傳統(tǒng)的受力分析很難找到有效的定量關(guān)系，此時(shí)臨界思維能夠發(fā)揮有效作用。眾所周知，物體狀態(tài)由所受的外力情況決定，因此臨界問題歸根結(jié)底是研究物體受力的臨界情況，主要是體現(xiàn)物體受力平衡的情況即將被破壞或者即將不被破壞的微妙狀態(tài)。從力學(xué)角度分析臨界狀態(tài)能夠很直觀的列出受力平衡方程，借助常規(guī)的數(shù)學(xué)處理技巧即可較為容易的完成力學(xué)問題的求解。

例如，傾角為θ的粗糙斜面上（動(dòng)摩擦因數(shù)為μ

分析：本題中的臨界狀態(tài)應(yīng)該抓住關(guān)鍵字眼“恰好”靜止于斜面，意味著推力F的施加與其他未知力的綜合效果使得物理靜止于此。然而，此時(shí)物體靜止并非不具備運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，如果能夠從此臨界狀態(tài)中探究出運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與F滿足的條件存在關(guān)系，就能夠使得臨界思維發(fā)揮最大的效用。

靜止意味著物體可能具備沿斜面向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，也可能具備沿斜面向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，根據(jù)不同方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)可以確定推力F的范圍，在具體求解中可以沿著斜面進(jìn)行F的正交分解，再根據(jù)臨界狀態(tài)所要求的力學(xué)平衡，沿斜面方向上受力平衡，并且該臨界狀態(tài)下斜面產(chǎn)生的最大靜摩擦力可以認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力，繼而列出力學(xué)平衡方程即可。

顯然，該題對(duì)于斜面問題的臨界狀態(tài)是圍繞平衡力展開，然而，對(duì)靜止的物體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的判斷中，有效采用了臨界思維，使得對(duì)物體潛在運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的分析更加全面，充分挖掘出了“恰好”靜止在斜面上的隱含信息，進(jìn)而有效提升了學(xué)生自主解決問題的能力。

二、結(jié)語

臨界思維的培養(yǎng)是新課程理念下技能培養(yǎng)的有效途徑，通過臨界思維能夠挖掘題目隱含的物理學(xué)規(guī)律，是成功