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物理思想与物理方法.doc

物理思想与物理方法.doc

上传者: 二龙戏珠 2010-06-02 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《物理思想与物理方法doc》,可适用于自然科学领域,主题内容包含物理思想与物理方法一、隔离分析法与整体分析法隔离分析法是把选定的研究对象从所在物理情境中抽取出来加以研究分析的一种方法需要用隔离法分析的问题往往都有符等。

物理思想与物理方法一、隔离分析法与整体分析法隔离分析法是把选定的研究对象从所在物理情境中抽取出来加以研究分析的一种方法需要用隔离法分析的问题往往都有几个研究对象应对它们逐一隔离分析、列式并且还要找出这些隔离体之间的联系从而联立求解概括其要领就是:先隔离分析后联立求解隔离法【例】如图所示跨过滑轮细绳的两端分别系有m=kg、m=kg的物体A和B滑轮质量m=kg不计绳与滑轮的摩擦要使B静止在地面上则向上的拉力F不能超过多大【解析】()先以B为研究对象当B即将离开地面时地面对它的支持力为它只受到重力mBg和绳子的拉力T的作用且有:TmBg=()再以A为研究对象在B即将离地时A受到重力和拉力的作用由于T=mBg>mAg所示A将加速上升有TmAg=mAaA()最后以滑轮为研究对象此时滑轮受到四个力作用:重力、拉力、两边绳子的两个拉力T有FmgT=ma这里需要注意的是:在A上升距离s时滑轮只上升了s故A的加速度为滑轮加速度的倍即:aA=a由以上四式联立求解得:F=N整体分析法整体分析法是把一个物体系统(内含几个物体)看成一个整体或者是着眼于物体运动的全过程而不考虑各阶段不同运动情况的一种分析方法【例】如图所示质量kg、长m的金属盒放在水平桌面上它与桌面间动摩擦因数(=在盒内右端放着质量也是kg、半径m的弹性小球球与盒接触光滑若在盒的左端给盒以水平向右Ns的冲量设盒在运动中与球碰撞的时间极短且无能量损失求:盒从开始运动到完全停止所通过的路程是多少(g取ms2)【解析】此题中盒与球交替做不同形式的运动若用隔离法分段求解将非常复杂我们可以把盒和球交替运动的过程看成是在地面摩擦力作用下系统动能损耗的整体过程这个系统运动刚开始所具有的动能即为盒的动能mv=pm=()=J整体在运动中受到的摩擦力:f=(N=(mg==N根据动能定理可得fs=mv,s=m【解题回顾】不少同学分析完球与盒相互作用和运动过程后用隔离法分段求解先判断盒与球能否相撞碰撞后交换速度再求盒第二次运动的路程再把各段路程相加对有限次碰撞尚能理解但如果起初的初动能很大将会发生多次碰撞遇到这种情况时同学们会想到整体法吗当然隔离分析法与整体分析法是相辅相成的是不可分割的一个整体。有时需要先用隔离分析法再用整体分析法有时需要先用整体分析法再用隔离分析法。二、极值法与端值法极值问题是中学物理中常见的一类问题在物理状态发生变化的过程中某一个物理量的变化函数可能不是单调的它可能有最大值或最小值分析极值问题的思路有两种:一种是把物理问题转化为数学问题纯粹从数学角度去讨论或求解某一个物理函数的极值它采用的方法也是代数、三角、几何等数学方法另一种是根据物体在状态变化过程中受到的物理规律的约束、限制来求极值它采用的方法是物理分析法【例】如图所示一辆有四分之一圆弧的小车停在不光滑的水平地面上质量为m的小球从静止开始由车的顶端无摩擦滑下且小车始终保持静止状态试分析:当小球运动到什么位置时地面对小车的静摩擦力最大最大值为多少【解析】设圆弧半径为R当小球运动到重力与半径夹角为(时速度为v根据机械能守恒定律和牛顿第二定律有:mv=mgRcos(Nmgcos(=mvR解得小球对小车的压力为:N=mgcos(其水平分量为Nx=mgcos(sin(=mgsin(根据平衡条件地面对小车的静摩擦力水平向右大小为:f=Nx=mgsin(可以看出:当sin(=,即(=时地面对车的静摩擦力最大其值为fmax=mg【例】如图所示娱乐场空中列车由许多节完全相同的车厢组成列车先沿水平轨道行驶然后滑上半径为R的空中圆环形光滑轨道若列车全长为L(L>(R)R远大于一节车厢的长度和高度那么列车在运行到圆环前的速度v至少多大才能使整个列车安全通过圆环轨道【解析】滑上轨道前列车速度的最小值v与轨道最高处车厢应具有的速度的最小值v相对应这里v代表车厢恰能滑到最高处且对轨道无弹力的临界状态由:mg=mvR得:v=因轨道光滑根据机械能守恒定律列车在滑上轨道前的动能应等于列车都能安全通过轨道时应具有的动能和势能因各节车厢在一起故它们布满轨道时的速度都相等且至少为另外列车势能还增加了M′gh其中M′为布满在轨道上车厢的质量M′=M((RL)h为它们的平均高度h=R因L>(R故仍有一些车厢在水平轨道上它们的速度与轨道上车厢的速度一样但其势能为由以上分析可得:Mv=MvM((RL)gR三、等效法等效法是物理思维的一种重要方法其要点是在效果不变的前提下把较复杂的问题转化为较简单或常见的问题应用等效法关键是要善于分析题中的哪些问题(如研究对象、运动过程、状态或电路结构等)可以等效【例】如图(甲)所示电路甲由个不同的电阻组成已知R=Ω其余电阻阻值未知测得A、B间的总电阻为Ω今将R换成Ω的电阻则A、B间的总电阻是多少【解析】此题电路结构复杂很难找出各电阻间串、并联的关系由于个电阻中的个电阻的阻值未知即使能理顺各电阻间的关系也求不出它们连结后的总阻值但是由于各电阻值一定连结成电路后两点间的电阻值也是一定的我们把R外的其余部分的电阻等效为一个电阻R′如图电路乙所示则问题将迎刃而解由并联电路的规律得:=R′(R′)R=R′(R′)解得R=(【例】如图所示一个“V”型玻璃管倒置于竖直平面内并处于E=vm、方向竖直向下的匀强电场中一个带负电的小球重为G=N电量q=C从A点由静止开始运动球与管壁的摩擦因数(=已知管长AB=BC=m倾角(=且管顶B处有一很短的光滑圆弧求:()小球第一次运动到B时的速度多大()小球运动后第一次速度为的位置在何处()从开始运动到最后静止小球通过的总路程是多少(sin=cos=)【解析】小球受到竖直向上的电场力为F=qE=N=G重力和电场合力大小等于重力G方向竖直向上这里可以把电场力与重力的合力等效为一个竖直上的“重力”将整个装置在竖直平面内旋转就变成了常见的物理模型小球在V型斜面上的运动如图所示()小球开始沿这个“V”型玻璃筒运动的加速度为a=g(sin((cos()=(sin(cos)=ms所以小球第一次到达B点时的速度为:()在BC面上小于开始从B点做匀减速运动加速度的大小为:a=g(sin((cos()=(sin(cos)=ms所以速度为时到B的距离为s=va=m()接着小球又反向向B加速运动到B后又减速向A运动这样不断地往复最后停在B点如果将全过程等效为一个直线运动则有:mglsin(=(mgcos(L所以L=ltan((=m即小球通过的全路程为m四、排除法解选择题排除法又叫筛选法在选择题提供的四个答案中若能判断A、B、C选项不对则答案就是D项在解选择题时若能先把一些明显不正确的答案排除掉在所剩下的较少选项中再选择正确答案就较省事了【例】在光滑水平面上有A、B两个小球它们均向右在同一直线上运动若它们在碰撞前的动量分别是pA=kgmspB=kgms(向右为正方向)则碰撞后它们动量的变化量pA及pB有可能的是ApA=kgmspB=kgmsBpA=kgmspB=kgmsCpA=kgmspB=kgmsDpA=kgmspB=kgms【解析】依题意:A、B均向右运动碰撞的条件是A的速度大于B的速度碰撞时动量将由A向B传递A的动量将减少B的动量将增加即pA<pB>故A是错误的根据动量守恒定律应有:pA=pB所以D是错误的C选项中A球的动量从kgms变为kgms大小不变因而它的动能不变但B球动量增大到kgms动能增大说明碰撞后系统的动能增加这不符合能量守恒定律所以只有B选项正确五、微元法一切宏观量都可被看成是由若干个微小的单元组成的在整个物体运动的全过程中这些微小单元是其时间、空间、物质的量的任意的且又具有代表性的一小部分通过对这些微小单元的研究我们常能发现物体运动的特征和规律微元法就是基于这种思想研究问题的一种方法【例】真空中以速度v飞行的银原子持续打在器壁上产生的压强为P设银原子打在器壁上后便吸附在器壁上银的密度为(则器壁上银层厚度增加的速度u为多大【解析】银原子持续飞向器壁打在器壁上吸附在器壁上速度变为动量发生变化是器壁对银原子有冲量的结果设t时间内飞到器壁上面积为S的银原子的质量为m银层增加的厚度为x由动量定理Ft=mv又m=(Sx两式联立得Ft=(Sxv整理变形得:P=FS=(Sxvt=(vu所以:u=P(v六、作图法作图法就是通过作图来分析或求解某个物理量的大小及变化趋势的一种解题方法通过作图来揭示物理过程、物理规律具有直观形象、简单明了等优点【例】某物体做初速度不为的匀变速直线运动在时间t内通过的位移为s设运动过程中间时刻的瞬时速度为v通过位移s中点的瞬间速度为v则A若物体做匀加速直线运动则v>vB若物体做匀加速直线运动则v<vC若物体做匀减速直线运动则v>vD若物体做匀减速直线运动则v<v【解析】初速度不为的匀加速直线运动与匀减速运动的图像如图(a)、(b)所示在图(a)、(b)上分别作出中间时刻所对应的速度v根据图线下方所围的面积即为运动物体所通过的位移将梯形分为左右面积相等的两部分作出位移中点对应的速度v,可见不论是匀加速运动还是匀减速运动都是v<v故本题答案应选B、DEMBEDUnknownEMBEDEquationEMBEDUnknownEMBEDUnknownEMBEDUnknownEMBEDUnknownEMBEDEquationEMBEDEquationEMBEDEquationEMBEDUnknownEMBEDUnknownEMBEDUnknownEMBEDUnknownbinunknownbinbinunknownbinbinunknownbinbinbinbin

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