从初二到高三,经常有同学问我,老师,怎么能把物理学好?我的回答是,多琢磨,多画图。从我多年的教学实践来看,画图可以帮我们快速、准确地审题,而且能提高我们的记忆力,并加快理解的速度,把复杂的问题简单化。
审题马虎的克星——画图
如果你仔细观察物理老师上课,一是做实验,二是画图,都是我们的必备技能。
做实验是为了“眼见为实”,林林总总说了那么多规律,都不如做一次实验看一次现象来得印象深刻。有时候我们不方便做实验,或者实验对象太难观察到(比如微观粒子),我们就会用画图的方式,将其抽象化之后再进行描述。
画图的好处特别多,首先就是帮我们过滤信息,把重要的内容拎出来,更快的构建模型。
相比数学使用公式和符号来描述,初二下开始的物理题,就出现了大段的问题描述,到了高中甚至一个题的描述就能有上百字,堪比一篇小作文。很多人看到这些字就直接放弃了,更别提仔细读题、解题。
回想一下我们画人物像的过程:我们会先把主体的轮廓画出来,也就是人物的外形;然后由外向内把五官画出来,鼻子、嘴巴,而眉毛、眼睛最复杂,我们往往会最后画;再之后是人物的服装和身体动作;最后添加背景,画作完成。这个顺序既是我们观察事物时注意力的顺序,也是我们分析问题时的顺序——先有框架,再填充细节,抓住重点,最后完善其它。
在解决物理问题时,我们往往需要构建一个模型,构建过程和绘画出奇地一致:先读题并做分类,看是力学、运动学、电场、磁场、光学还是热学,就像是在画轮廓;然后根据题目描述,把场景描绘出来,力学就做受力分析,运动学要画关键帧示意图,电场、磁场要找E、B的方向,光学、热学也都要画示意图,就像是在画细节和重点;再之后是看运动状态、标注数据等,就像是画身体动作;最后浏览一遍,看画的图和题目描述是否一致,就像是补充背景。
经过这么一个审题流程后,不仅能把一长段文字有效切分成小段描述,还能借助画图把各个条件间的关系找到,场景也变得生动起来。而且,这样读题想落下个条件都很难,可以有效避免丢条件的错误出现。
强化关联性 强化记忆力
很多同学相信都遇到过这种情况:学了新的知识点,物理量突然变多,公式也蹦出来一堆,做题时由于公式背错,导致整个题都算不出来。课后努力去背公式,可解题速度还是很慢,往往只能用公式去“套”,而不是“选”公式来用。
我常说,中学物理并不是以公式为核心的学科,我们是在学习如何进行探索,如何去描述两个概念之间的关联,以及他们之间变化的规律,公式仅仅是为了更加方便、直观地进行表达而已。
明白了这个目标,你再观察老师们讲课时的顺序:我们会先引入一个现象,然后给大家演示一个实验,再确立一个概念,并通过实验、各种现象找到相关因素,最后使用一个公式把这些相关因素联系起来。讲题时我们不是直接讲公式做计算和推导,而是先确定题目的种类,应该使用哪个概念,再找关联、列公式、解题目。
再多看一眼中考前的习题和高中习题,你更会发现一个规律:简单题往往是考你概念具体是什么、公式怎么来应用,而复杂题目往往讲得是一个过程、一个复杂多变的场景,结果虽是让你算一个数出来,但核心是在问你:为什么会这样?可见物理考察的是关联,而不是具体的计算。这是物理学习的大方向,一定不要弄错了,不然只会原地打转,难以前行。
“学物理让人变聪明”,这句话相信很多人都听过,一是因为老琢磨,想得多自然脑筋转得就快;二是因为我们的记忆本身依靠关联,关联越多,记性越好。
比如让你回忆3年前的某一天发生了什么事情,这很难让人想起来,但如果问你2019年10月1日上午10点你在干什么,你会先想起这一天是国庆节,而且是70周年国庆,所以当时举行了国庆阅兵式,那么你大概率是在家里看中央台转播的国庆典礼,而且可能是边吃零食边看。
仔细观察上面这个记忆提取的过程就会发现,独立的一个事件我们不太容易想起来,但这个事件和别的事件产生关联后,我们可以通过别的事件回忆起来,继而完成记忆的加强。学习也是相同的道理,一个知识点,你背下来之后如果不经常复习,根据艾宾浩斯记忆曲线的规律,大概几周之后就会忘得一干二净,而如果你把它与其它知识进行关联,每次提起别的知识,这个知识也会被关联着“复习”一遍,那么这两个知识你都不容易忘,而关联的知识点越多,复习的次数也就越多,知识的记忆就会变得更加牢靠。
抽象问题具象化 复杂问题简单化
大家感觉物理难,可能是因为概念抽象,公式难背;可物理学家都感觉现实更难,因为牵涉的因素太多太杂,难以分析。所以为了简化分析,他们把影响小的因素忽略掉,只把最关键的因素抽出来,并通过实验进行验证,最后总结出来,得到了声光热力电磁六个模块的规律,我们把这个提炼的过程,形容为“抽象”。
我们现在中学里面学的内容,和现实比起来那都是经过了无数次的简化,最后甚至可以通过一张简单的图来进行形容。对于试卷中最难的压轴题,它们的变化方式无外乎以下两种:短暂的变化过程或是长期的周期变化过程,这两种情况我们都可以用画图表现出来。
对于短暂的变化过程,我们像做定格动画那样,但不需要把每一个画面都制作出来,只要拿出几个“关键帧”就可以,往往就是变化的关键节点;对于长期的周期变化,我们只需要把一个周期内的情景描述出来就够了,周期变化本就是循环过程;而在一个周期内,就类似于前面的短暂变化过程,也只需要找到“关键帧”就可以了。
虽然我们的大脑擅长抽象思维,但对于中学阶段的学生来说,眼见为实、直观化、具象化更加容易理解。就像写一篇作文,我们会借助自己的回忆,把一个场景在脑海中复现,然后对场景进行描述,写出时间、地点、人物,谁在哪干了什么,我们其实就是把一个画面,用文字搬到了纸面上。在写作手法中,有一种叫“借景抒情”,通过对景色的描述来体现作者的心境,同样的被雨淋了,心情好的时候是在雨中沐浴,洁净身体洗刷心灵;心情差的时候就变成了无数雨滴冲击,全身冰冷瑟瑟发抖。
最后具体说一说怎么画图。
初中我们涉及到的图包括力学受力分析图、运动学情景图、电学实物组装图、等效电路图以及各类实验图(不直接考,但要你分得清),其中电学的等效电路图很多人不太会画,有时觉得题里已经给了图,就不用再画了。如果这么想你就错了,等效电路图的等效,体现在要画出用电器之间的关系,也就是串联还是并联,还要画出两个表测量的范围,具体测得谁的电压、谁的电流,尤其当电路结构发生变化时,更要把图画出来。
高中运动学的问题我们一般要画两个图,一是示意图,二是v-t或x-t图像,用来描述整个变化过程。不少人觉得运动学复杂,尤其追及、相遇问题,原因就在于如果不画图,你要花很多大脑“算力”来构建虚拟图像,留给分析的“算力”不足,就把你难住了。如果把图画出来,把情景具象化,腾出来“算力”再进行分析,你会发现难题除了步骤多一些,其实没什么难度的。
高二的静电场也让很多人感到崩溃,电场力、场强、电场线、等势面、电势、电势能、电势差、电场力做功,一堆的概念,一堆的公式。这里我推荐记住3D点电荷电场图,通过它就更容易理解,并把这些概念串到一起。
在图中可以看到,正电荷位于平面上,而负电荷在平面下,它们位置的高低,反映的就是“电势”,中间的差值就是“电势差”。电荷的出现不仅改变了自己的高低,还会影响“地面”的平整程度,地面越陡峭,高低差变化越剧烈,反映出来就是场源电荷的“场强”越强,而这个场强怎么算出来的?通过试探电荷在电场中受力,也就是电场力的大小算出来的。
你想象放一个带正电的试探电荷在场里,像把一颗小球放在山坡上,它会怎么样?它肯定会滚下去,滚下去的过程中速度越来越大,电场里做功,动能变大;而高度越来越低,也就是电势能减小,和初中的重力势能是不是很像?就是相似的概念。电势描述的是场的特点,而电势能描述的是电荷的状态,所以一旦放入负电荷,或者场源电荷变成负电荷,描述就会反过来。
电场线和等势面怎么理解?注意不是图中的线,电场线是从山顶指向山脚的一条线,而等势面是像地理中的等高线,两者互相垂直。
怎么样?读到这里的你,有没有感觉静电场的一堆概念串起来了,公式也变得好理解了?
一句话总结,画图是物理学习中的必要工具,可以帮你快速审题,构建物理量间的关系,最好用的是,可以把复杂、抽象的问题简单化、具象化,让你学得通透、学得过瘾。
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