解题关键——物理过程及物理状态的分析

物理过程，即物理现象变化发展过程，它与某一段时间相对应。状态则与物理过程中的某个时刻相对应。任何一个物理过程均有初末两个状态及无数个中间状态。物体的状态通常用状态参量描述。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和物理状态的分析，只有对物理过程的本质作深刻的透析，才能发现其遵循的规律，才能选择相应的物理公式、规律去求解某状态下的未知状态参量或某过程中未知过程量，达到对问题的求解目的。对物理状态和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。

一般说，一个具体的物理问题可能只讨论某一确定状态下各参量间的关系，但有些相对复杂的问题往往包含几个或多个连续复杂的过程，这就要求同学们树立将复杂过程分为若干个相对简单的过程来处理的意识，对每个阶段初末状态及每个过程遵循的物理规律作深入的分析，同时要注意两相邻过程的中间状态，或某过程中的临界状态的分析。所有这些如果都分析清楚了，一般来说问题的解决思路也就明确了。

下面，以一道涉及力学的综合题目为例来具体说明物理状态及物理过程分析的重要性，以及一般的物理状态及物理过程的分析方法和在解题中应该注意的地方。

如图所示，轻弹簧的一端固定，另一端与滑块B相连，B静止在水平导轨上，弹簧处在原长状态。另一质量与B相同的滑块A，从导轨上的P点以某一初速度向B滑行，当A滑过距离 l₁时，与B相碰，碰撞时间极短；碰后A、B紧贴在一起运动，但互不粘连。已知最后A恰好返回出发点P并停止。滑块A和B与导轨的滑动摩擦因数都为µ，运动过程中弹簧的最大形变量为 l₂。求A从P出发时的初速度v₀？

有些同学认为，在整个过程中系统损失的能量等于物体克服摩擦力所做的功，解题如下：

解：初动能：E₀=µmgl₁+2µ2mgl₂+µ2mgl₁

其中：  E₀=mv₀²/2

解得：  v₀=[2µg(3l₁+4l₂)]^1/2

由于对物理过程没有充分的认识和分析，就出现了上面错误的答案。不少同学把解题单纯看作为套公式和运算求解，因此常常无法下手或得出错误的结论。其实，解题是学习物理的一个重要环节，是一种带有创造性的脑力劳动。如果没有对物理过程进行深入细致地分析，就不可能准确识别物理现象，就无法对问题正确解答。因此解题时首先要搞清题意，重视物理过程的分析；其次是寻找解题的规律；接着应把分析的结果列成相应的方程式来求解，并对结果认真审查是否合理，体会出题者的目的和题目特点及题型，从而巩固、深化知识，培养举一反三的能力。分析物理过程是解决物理问题的前提，非常重要。物理过程分析起来一般都比较困难，但具有一定的规律可遵循。其关键是运用物理的基本概念和理论将物理过程分为几个明显的阶段进行分析，达到预期的目的。

所谓分析物理过程，就是弄清物理过程的具体细节、分析其前因后果、制约条件及其本质特征，对物理过程的分析是解决物理问题的重要环节。拿到一个力学物理题目，首先应对研究对象进行受力分析和运动过程分析，复杂的问题同时贯穿动量和能量变化的分析，理清题意再下手。求解物理问题的关键是能正确地选取“研究对象、物理过程和物理规律”。在选取研究对象和物理过程时，可以对多个对象进行整体思维和对多个过程进行整体思维。但在对多个物理过程进行整体思维时，很容易忽视某些瞬时过程中机械能的瞬时损失。同学们在解题时要特别注意在物体发生完全非弹性碰撞的瞬间存在机械能的瞬时损失和在轻绳被拉直的瞬间存在机械能的瞬时损失。

对于上面的题目，有些同学就没有弄清物理过程，忽视A和B在碰撞过程中机械能的瞬时损失以及弹簧恢复原长以后A和B的运动情况，因此出现了上面的错误解题。那么如何才能正确的解决这道题呢？

首先，审题是解题的关键。审清题目中的隐含条件。任何物理问题，都在特定的物理条件和范围内根据物理现象的变化规律拟定的。一部分题设定的条件可直接给出，也有一部分条件隐含在一个或几个明显条件的背后，如果找不出和利用这些隐含这些条件，就会导致解题错误甚至无法求解。而所谓的难题就是题目中还有隐含状态、隐含过程，要把隐含状态、隐含过程也“翻译”成物理方程。此题中，“轻弹簧的一端固定，另一端与滑块B相连” 隐含的条件是：B与弹簧不可能分开，如果没有这句话，这道题中滑块B的运动过程就是另外一种情况了。“当A滑过距离 l₁时，与B相碰，碰撞时间极短；碰后A、B紧贴在一起运动，但互不粘连”隐含的条件是：A与B在碰撞的过程中动量守恒且碰后获得相同的速度，在以后的运动中A与B有可能再度分开。实际上在本题中，当弹簧恢复原长以后A与B就再度分开了。 “运动过程中弹簧的最大形变量为l₂” 隐含的条件是：A、B相碰后一起向左运动的最大距离是l₂。

其次，注意审清物理过程的临界状态，形成正确的物理过程图景。有很多物理问题都涉及到临界状态，由于临界状态是“问题”发生突变的关键所在，在物理问题中又带有隐蔽性，稍有不留心就会导致错解。因此解决这类问题时，要审清题意，弄清物理过程，特别是要注意承前启后的物理量，确定临界值，抓住了这一关键，问题就会迎刃而解。本题中，要注意以下临界状态：A、B相碰之前、相碰之后的两个瞬间，A、B的速度以及系统的能量；弹簧压缩至最短时系统的能量；弹簧恢复原长之前、之后的两个瞬间，A、B的运动情况以及系统的能量。只有清楚上述情况，才能对整个物理过程有一个清楚的认识，才知道在哪一个过程应该把哪些物体看成一个系统，解题时才不至于无从下手。

通过上面的分析，我们对于物体的整个运动过程就非常的清楚了，水到渠成，最后要做的就是，根据我们的分析列方程求解，结果自然就会浮出水面。

根据分析，A物体的运动可分为以下四个过程：（1）A由P点开始，在摩擦力作用下运动到刚接触B的过程。（2）A与B碰撞的过程。（3）A与B碰撞后（碰后瞬间弹簧处于原长）一起运动直到弹簧恢复原长A与B即将分开时的过程。（4）A与B分开后在摩擦力作用下回到P点的过程。

解析：

解题过程如下：设A、B质量皆为m，A从P出发时初速度为v₀，A刚接触B时的速度为v₁，碰后A、B共同速度为v₂，弹簧恢复到原长时A、B的共同速度为v₃。依题意可列出下列方程：

A由P点开始，在摩擦力作用下运动到刚接触B的过程：

µmgl₁=mv₀²/2-mv₁²/2          ①

A、B碰撞过程中动量守恒：

mv₁=2mv₂                    ②

碰撞后A、B先一起向左运动，接着一起被弹回，当弹簧恢复到原长时，在这个过程中，弹性势能始末状态都相等：

µ2mg2l₂=2mv₂²/2-2mv₃²/2      ③

A、B分离，A在摩擦力作用下单独向右滑到P点停下：

mv₃²/2=µmgl₁                ④

①②③④联立得v₀=[µg(10l₁+16l₂)]^1/2

实际上，只要能够把题目的过程分析清楚，就能够以不变应万变了，因为，对于许多题目，不同的只是最后的问题、结果，过程都是类似的。比如，对于本题，只要稍加改造，就可以变出许多类型题了。例如，求碰撞过程中的能量损失？求弹簧的最大势能？求最后滑块B停在什么位置？等等问题！甚至可以提出其他问题：如果轻弹簧与滑块B不相连，那么情况又如何？

由此可见，物理过程和物理状态的分析，对于物理解题起着至关重要的作用。在分析物理过程和物理状态时应注意以下几个方面。首先，捕捉关键语句，挖掘隐含条件。在很多情况中，题述中的几句话甚至一句话、几个字就隐含了整个物理过程或某一子过程的关键条件，这些语句往往具有含而不露、隐而不显的特点，有时，能否捕捉到关键语句成为能否弄清物理过程的前提。捕捉到关键语句后，还应将这些关键语句翻译成具体的物理内容。其次，抓住本质特征，剔除次要因素，这是分析物理过程的关键。应仔细分析题述中的各种因素以及它们对物理过程的制约作用，剔除非本质的干扰因素，提取反映物理过程的本质特征。最后，弄清过程细节，寻找联系“桥梁”。分析物理过程首先必须弄清物理过程的各个组成环节，以及它们的制约条件，大量的物理题（尤其是综合题）所描述的物理过程是复杂的，然而它们往往是由若干个彼此独立的子过程组合而成，这些子过程各有个性，各有其不同的物理特征，服从不同的物理规律，但是，这些子过程又不是孤立的，通常它们总存在着一定的因果关系或制约关系，总可以寻找到它们的联系“桥梁”，从而将各个子过程组合起来。只要能做到上述要求，解题自然就得心应手了。