《學(xué)習(xí)策略與思維方法》講座 第七講 向你推薦替換分析法

　　第七講

　　向你推薦替換分析法

　　替換分析法是筆者在40余年的數(shù)學(xué)、物理教學(xué)中，運(yùn)用數(shù)學(xué)思維處理物理問題的一種解題分析方法。運(yùn)用這一方法，方便于我們從紛繁復(fù)雜的物理情境中，正確地建立物理模型，迅速地確立解題的基本公式（即找準(zhǔn)解答問題的突破口），并快捷尋得解題的具體途徑和求解的結(jié)果。而且，替換分析法的表述式（簡稱替換分析式），能直觀而簡潔地表現(xiàn)出解題的思路，還能極其方便地?fù)Q寫成解題的一般表述形式。

　　替換分析法不僅可應(yīng)用于解答物理問題，而且也可用于其它學(xué)科有關(guān)問題的解題分析。

　　一、替換分析法的基本思想。

　　任何一個問題所涉及的各個量中，總分三類：已知的，未知但為所求的，未知但非所求的。已知的為已知量，未知但為所求的稱所求量，未知但非所求的為稱不求量。解題就是要依據(jù)符合問題規(guī)定情境（條件）的有關(guān)規(guī)律（公式、法則），運(yùn)用已知量，化去不求量，求出所求量。數(shù)學(xué)方程論告訴我們：一個方程只能求一個未知量，通常n個方程構(gòu)成的方程組也只能求n個未知量。其中超量的不求量必須化去，化去的方法總是進(jìn)行這樣的替換，用含已知量、所求量的解析式替換不求量，使原方程得以變形。而這種量的替換通常要進(jìn)行到所得方程的個數(shù)與未知量的個數(shù)相等為止，則此方程或方程組可解，即其中所求未知量可以求出。

　　替換分析法就是通過這種量的替換來尋求解題的具體途徑的一種解題分析方法。

　　二、替換分析法的操作步驟。

　　利用替換分析法解物理問題，一般可分兩步進(jìn)行：

　�。�1）根據(jù)題所提供的物理情境（條件），建立物理模型，恰當(dāng)?shù)剡x擇物體或物體系，并根據(jù)其所處的物理狀態(tài)或物理過程，優(yōu)選一個（或幾個）物理公式作為解題的基本公式。

　　為了解題的簡捷，選作解題的基本公式不僅要滿足題給的物理情境，還應(yīng)滿足如下條件：①盡可能含所求量；②盡可能多含已知量；③盡可能少含不求量。

　　如果所選的某個基本公式只含一個所求量，其余均為已知量，不含任何不求量，則此基本公式是關(guān)于所求量的一元方程，可直接求出相應(yīng)所求量，故此公式為解此題的最佳基本公式。若解題的基本公式不是最佳的，則應(yīng)進(jìn)行下述有關(guān)不求量的替換。

　�。�2）對解題的基本公式中的不求量進(jìn)行分析替換，使之成為關(guān)于所求量的可解方程或可解方程組。分析替換的原則是，用含已知量和所求量的解析式替換不求量，這種替換要一直進(jìn)行到解題的基本公式中只含已知量和所求量，不再含不求量。或者在選取的n個物理公式中，經(jīng)過對不求量的不斷分析替換，使之成為包括所求量在內(nèi)共含n個未知量的n元方程組，這樣就可求出相應(yīng)的所求量(特殊情況下，在n個方程構(gòu)成的方程組里，可以求出多于n個未知量中的某些所求量)。

　　容易看出：若所選取的解題基本公式不同，或者所進(jìn)行的不求量的分析替換不同，則表現(xiàn)為不同的解法。若對解題基本公式所進(jìn)行的不求量替換次數(shù)不同，則解法的繁簡不同。次數(shù)越少的越簡潔，越多的越繁雜。解題的目標(biāo)是迅速獲得含所求量的一元方程或n個方程組成的n元方程組，而優(yōu)化解題的關(guān)鍵在優(yōu)選解題的基本公式和減少分析替換的次數(shù)，也即優(yōu)選解題突破口和優(yōu)選解題路徑。