资源描述
有物理特色的物理解题方法
一、整体法(全过程法)
整体法是相对于隔离法来说的,是解决物理问题的常用办法。整体法可以简化解题过程,提高解题速度,甚至可以解决隔离法不能解决的问题.整体法可以把多个物体看作一个物体、把多个过程看作一个整体过程,整体法在高中物理问题中主要用来解决力学问题。
1、整体法在物体平衡问题中的应用
例1.如图(1)所示有四块质量为m的砖受水平力的挤压在空中处于静止状态,问1、2、3、4间摩擦力各为多大?
mg
mg
2mg
整体法
解析 首先把1、2、3、4看作一个整体,可求出 然后分析物体1的受力可得 ,3对2的作用力为零。
例题2.右图所示两个球用轻绳悬挂,求最上端和水平绳子的拉力,可以把两个质量为m的球,看成一个质量为2m的球。
例题3. 右图中A、B两个楔形物块叠放在一起靠在墙壁上,下面有一竖直的力支持着处于静止状态。试问墙壁对B是否有作用力?
解:把A、B看做一整体,容易知道墙壁对A没有作用力。
A
B
M
m
C
例题4.右图中m、M和斜面都处于静止状态,把C点向右移动一小段距离,仍保证m、M和斜面静止讨论地面对斜面的支持力和摩擦力如何变化?(摩擦力变大,支持力不变)斜面对物块的摩擦力如何变化?(不能确定)
2、动量定理的整体法应用
动量定理的整体应用公式推导
动量守恒定律 可以写成
如果系统合外力不为零则系统合外力的冲量等于系统动量的变化。即:
也就是说一个系统所受外力的总冲量等于系统中每个物体动量增加的总和.
图(2)
例 如图(2)所示,质量均为m的物体A、B,B上固定一质量可忽略不计的轻弹簧,静止在水平面上,A沿水平面向右运动,通过弹簧与B相互作用,两物体与水平地面间的动摩擦因数均为,两物体相互作用前的瞬间,A的速度为,经时间物体A与弹簧分离时,向右的速度为,则此时B的速度多大?
解析 把A、B组成的系统相互作用的过程看作一个整体过程,应用动量定理得:
解得
3、牛顿定律的整体法应用
对于一个系统由
可得用于整体的牛顿第二定律
其含义是一个系统所受的合外力,等于系统中每个物体与质量乘积的总和.以上这个式子可以扩展到很多个物体,还可以扩展到三维空间,这对于高中学生不做要求.
例 如图(3)所示,有一斜面体质量为M倾角为α,静止在地面上,上表面光滑,有一质量为m的滑块从顶端自由滑下,问在下滑的过程中,地面对斜面体的支持力FN和摩擦力f各为多大?
解析 选滑块和斜面体为一个整体分析受力 如图(3—1)所示,把沿斜面的加速度分解为水平和竖直的两个分量
图(4)
和M的加速度为零,由整体法可得
, ,
所以
4、动能定理的整体法应用
例题、如图(4)所示有一个带负电量q质量为m的小球,到左边挡板的距离为l,空间有方向向右的匀强电场,场强为E.小球从静止出发沿着粗糙的绝缘平面加速向左运动,小球和平面之间的动摩擦因数为μ,到达左边与挡板发生弹性碰撞,原速返回,问小球共走过多少路程s?
解析 小球既然从静止可以加速向左,可以知道电场力大于最大静摩擦力,可以分析知道小球最终停在挡板处.把整个过程看作一个整体过程,由动能定理可得:
所以
5、能量守恒定律的整体法应用
图5(5)
例题、如图(5)所示,一轻绳吊着粗细均匀的杆,杆下端离地面高为H,上端套着一个细环,棒和环的质量均为m,相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg(k>1).断开轻绳,棒和环自由下落.假设棒足够长,与地面发生碰撞时,触地时间极短,无动能损失,棒在整个过程中始终保持竖直,空气阻力不计.求:从断开轻绳到棒和环都静止,摩擦力对环及棒做的总功W.
解析 设细环相对棒滑动的总距离为l,考虑整个过程,根据能量守恒可得
摩擦力对棒及环做的总功
解得
二、对称法
大自然创造的生物多数都有对称性,对称是一种美,对称也是处理问题的一种方法。
在竖直上抛运动过程中,上和下时间是一样的,位移大小、加速度大小是一样的,处于同样高度时速度大小也是一样的,所以上和下具有对称性。
a
b
c
d
q
Q
一个孤立电荷的电场分布具有对称性,两个等量电荷的电场分布具有对称性,螺线管、通电导线的磁场分布也具有对称性。
平面镜成像具有对称性等等。下面举几个例子看看对称的思想在解题中的应用。
例题:(2013新课标)如图,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴上有a、b、d三点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷。已知b点处场强为零,则d点处场强的大小为(k为静电力常量)
A. B. C. D.
解析:圆盘在b、d两点所产生的电场具有对称性都等于,又有a点在d处场强为可以选B
例题:(由2013江苏改动)如下图所示圆周分为四部分每一部分带电量都是q正负如图所示,则它们在圆心处产生的电场强度最大的是(D)
A
B
C
D
+q
+q
+q
+q
+q
+q
+q
+q
-q
-q
-q
-q
-q
-q
-q
-q
o
o
o
o
o
M
N
A
B
例题:(2013江苏)(多选)如图所示,从地面上同一位置抛出两小球A、B,分别落在地面上的M、N点,两球运动的最大高度相同。空气阻力不计,则
A.B的加速度比A的大 B.B的飞行时间比A的长
C.B在最高点的速度比A在最高点的速度大
D.B在落地时的速度比A在落地时的速度大
解析:教材中没有仔细讲解斜抛运动,但是注意到斜抛运动轨迹具有对称性,可以讨论它的一半“平抛”,容易知道选择CD。
三、类比法
类比是很重要的学习方法,在学习中把相近相似的概念、公式、定理、题型等等放在一块比较,有利于提高辨别能力和学习兴趣。比如让重力做功和电场力做功类比;电场和磁场类比;点电荷和质点类比等等很多。类比还是重要的解题方法,类比的出发点是用熟悉的类比不熟悉的帮助理解和解答。
例题:分析摩擦力的存在,用毛刷子的例子帮助分析理解以下四个问题的受力
v
两个刷子分别向两边拉的结果
v
F
F
主动轮
从动轮
F
F
皮带上的受力
FAB
FBA
F
F
类比联想
F
是否能想到
G
a
a
m
M
θ
例题:右图所示,由竖直的失重现象能不能联想到在斜面上的失重现象,右图所示,地面对斜面体的支持力等于多少?
电梯内
斜面上
四、等效法
物理中等效的观点是很常见的,比如合力与其分力是等效的,就是作用效果一样;还有等效电阻、等效电压等,等效替代还是一种重要的实验方法。
+q
+q
-q
等效
z
y
x
o
例题:(2013安徽理综)如图所示,xoy平面是无穷大导体的表面,该导体充满的空间,的空间为真空。将电荷量为q的点电荷置于z轴上z=h处,则在xoy平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部场强处处为零,则在z轴上处的场强大小为(k为静电力常量)
等效摆长
等效长度
解析:点电荷和金属板之间的电场分布和两个等量异种电荷电场分布的上半部是相同的。
在电磁感应现象中把导线、导体棒等画成我们熟悉的等效电路更有利于解决问题,(在选修3-4单摆问题中有等效摆长)。
例题:(2014湖北八校联考)如图所示,两个垂直于纸面的匀强磁场方向相反,磁感应强度的大小均为B,磁场区域的宽度均为a。高度为a的正三角形导线框ABC从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域,以逆时针方向为电流正方向,在下列图形中能正确描述感应电流I与线框移动距离x关系的是 ( )
y
x
A
A
B
C
o
a
a
a
I0
-2I0
I
x
a
2a
B
I0
I
x
a
2a
C
I0
I
x
a
2a
3a
3a
3a
D
I0
I
x
a
2a
3a
-2I0
2I0
y
o
a
a
a
解析:B。刚进入磁场时由右手定则可知电流沿逆时针方向为正,有效切割长度变小则电流减小,线框前进a距离,刚进入向外的磁场时,电流沿顺时针方向为负,如果考虑刚开始的时候相当于两个变长为a的长方形向右走,如右图所示。
2R
L
R
五、补偿法 例题:如图所示,质量分布均匀的两个球体,半径分别为R和2R,密度为,球心间距离为L,如果从大球里面挖去一个半径大小为R球体和大球表面内切,问剩余部分和小球之间的万有引力多大?
解析:假设把挖去的补上万有引力为
补上的部分和小球之间的万有引力为
所以剩余部分与小球之间的万有引力为
例题:如图所示一个半径为R的球壳均匀带电,总电量为+Q,现挖去一个半径为r的很小的圆形部分,问剩余部分在圆心处产生的场强?
解析:如果不挖去,则在圆心处场强为零,所以剩余部分产生的场强和挖去部分产生的场强大小相等方向相反,指向挖去的部分,大小为
m
A
B
T1
T2
六、特殊值法 极值法也属于特殊值法
例题(2011福建理综) 如图所示,一不可伸长的轻质细绳跨过定滑轮后,两端分别悬挂质量为m1和m2的物体A、B。若滑轮有一定大小,质量为m且分布均匀,滑轮转动时与绳之间无相对滑动,不计滑轮与轴之间的摩擦。设细绳对A和B的拉力大小分别为T1和T2,已知下列四个关于的表达式有一个是正确的。请你根据所学的物理知识,通过一定的分析,判断正确的表达式是 ( )
A. B. C. D.
解析:这个题如果正面解决,高中是没有办法的,这里假设滑轮很轻就变成了高中的问题
当m=0时对ABCD逐项检查只有C正确,当m1=m2时T=m1g对ABCD逐项检查只有C正确。
m
例题:如图所示,一根轻质弹簧上端规定,下端挂一个质量为m的平盘,盘中有一物体质量为m。当盘静止时弹簧的长度比其自然长度伸长了L。今向下拉盘是弹簧再伸长后停止,然后松手放开。设弹簧总处在弹性限度内,则刚刚松手时,盘对物体的支持力等于( )
A. B. C. D.
假设 松手后仍然静止,盘对物体的支持力为mg,将代入四个选项中,只有A选项正确
七、结论法 我们在学习物理的时候得出的一些重要经验记在心里,在做选择题时当成公式来用可以节省时间,减少思考的过程,值得提倡。
比如1.物体沿斜面匀速下滑时; 2.匀变速直线运动当中 还有那些比例式子等等;3.平抛运动当中设速度与水平方向夹角为则有 ; 4.用一细绳栓一个小球在竖直面内圆周运动,其到达最高点的临界速度为;
a
b
c
d
Ucd
t
1
2
3
o
i
t
1
2
3
i
1
2
3
i
1
3
t
t
2
i
1
3
t
2
A
B
C
D
5.万有引力当中黄金代换; 6追及相遇问题当中,速度相等是最远最近的条件;7.楞次定律应用的经验有“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”等等;8.能量守恒有摩擦发热
八、排除法
例题:如图,线圈ab、cd绕在同一软铁芯上,在ab线圈中通一变化的电流,用示波器测得cd间电压如图所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,在下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是(C)
解析:A在时间段内是恒定电流不会产生感应电动势,BD为正弦式交流电则会产生交变电压所以也不对。
例题:(2012课标)如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。已知在t=0 到t=t的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是 ( )
i
t
o
i
t
o
i
t
o
i
t
o
A
B
C
D
解析:因为线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右,由楞次定律的经验“增离减靠”可以电流先减小后增大,排除CD,按照图中的电流方向,由安培定则和楞次定律判断选A。还可以根据经验“平行导线电流相同吸引,电流相反排斥”来判断。
九、反证法 有些选择题的选项中,带有“可能”、“可以”等不确定词语,只要能举出一个例子证明它正确,就可以肯定这个选项是正确的;有些选择题的选项中,带有“一定”“不可能”等肯定的词语,只要能举出一个例子反驳这个选项,就可以排除这个选项。
例题: 关于静电场,下列说法正确的是( )
A. 电势等于零的物体一定不带电 B. 电场强度为零的点,电势一定为零
C. 同一电场线上的各点,电势一定相等 D. 负电荷沿电场线方向移动时,电势能一定增加
解析:带电物体的电势可以为零,比如接地的导体,可以带电,取大地电势为零,则此物体的电势为零,A错;电场强度和电势没有必然的联系,场强为零的地方,电势可以为零,也可以不为零,如两正点电荷连线中点处的场强为零,但电势不一定为零,B错;顺着电场线的方向,电势降低,C错;负电荷沿电场线方向移动,则电场力做负功,电势能一定增加,D对。
十、图象法 例题 部队集合后出发沿直线前进,已知部队前进的速度与到出发点的距离成反比,当部队行进到距出发点距离为d1的A位置时速度为V1,求
(1)部队行进到距出发点距离为d2的B位置时速度为V2是多大?
(2)部队从A位置到B位置所用的时间t为多大.
解析:(1)已知部队前进的速度与到出发点的距离成反比,即有公式V=k/d(d为部队距出发点的距离,V为部队在此位置的瞬时速度),根据题意有V1=k / d1 V2=k / d2
1/V1
1/V2
1/V
d
O
∴ (2)部队行进的速度V与到出发点的距离d满足关系式d=k/V,即d-v图象是一条过原点的倾斜直线,如图所示,由题意已知,部队从A位置到B位置所用的时间t即为图中斜线图形(直角梯形)的面积.由数学知识可知
α
β
A
B
十一、逆向法 在匀减速直线运动当中,为了简单可以按照匀加速运动来研究,还有一些过程正向考虑不容易如果反过来考虑就发现很简单。
例题 右图所示用轻绳悬挂AB两个小球,都带有一定量的正电荷,细绳偏离竖直方向分别为α和β,已知α>β。讨论AB带电情况,AB的质量大小;
同时放电后,AB摆到最低点时的速度大小,和它们的动能大小。
B的质量大;电量大小不确定;A摆到最低点时速度大;在分析动能大小的时候会遇到麻烦由不容易看出AB的动能大小,可以假象AB从最低点带上电排斥到现在位置,克服重力做的功哪个多?
十二、图解法(根据三角形的边长和角的变化判断力的大小变化)和解析法(列出数学式子讨论的方法)在《高中物理中数学知识的应用》一文中已经说的比较多,不再赘述。另外综合法和分析法在《物理大题的分析策略》中另加详细说明。
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