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例说巧解物理题的几种常用方法

2013-06-01 01:23

例说巧解物理题的几种常用方法
    在解物理题的过程中，不少同学常利用传统的、一般解题思路，这对初学者而言，有助于他们对基本概念、规律的掌握、理解和应用，但这样长期下去，又会使自己的解题思路单一，思维呆板，为达到速解，巧解物理题的效果，今以下述几例来说明巧解物理题的几种常用方法。

一、等效法
  例1. 如图所示，在一个平面内有6根彼此绝缘的通电直导线，通过的电流强度大小相同，方向如图中的箭头所示，I、II、III、IV四个区域是面积相等的正方形，则垂直纸面向外、磁通量最大的区域为_________；垂直纸面向里、磁通量最大的区域为_________；磁通量为零的区域为_________。

    分析与解：本题如果利用安培定则分别判断出6根通电直导线在这四个区域产生的磁场方向，然后用“·”和“×”的个数表示，再据个数的多少来确定这四个区域的磁通量大小和方向，则非常麻烦，如果用等效法，即把6根等效成1根电流方向如上图虚线所示，再由上述方法便可迅速、准确地判断出所求结果：垂直纸面向外、磁通量最大的区域为II；重直纸面向里、磁通量最大的区域为IV；磁通量为零的区域为I、III。

  例2. 如图所示，在竖直平面内，放置一个半径R很大的圆形光滑轨道，O为其最低点。在O点附近P处放一质量为m的滑块，求由静止开始滑至O点时所需的最短时间。

    分析与解：滑块做复杂的变速曲线运动，故用牛顿定律、动量定理等方法都难以求解。但只要我们分析透滑块的受力、运动特征，就会自觉地把滑块等效为单摆的运动，这样，我们便可迅速地求出滑块从P点到O点的最短时间为则。
    由此可知，等效法是在效果相同的条件下，将复杂的状态或运动过程合理地转化成简单的状态或过程的一种思维方法。

二、图象法

（科教作文网 zw.nseac.com整理）

  例3. 甲、乙、丙三辆汽车以相同的速度同时经过某一路标，从此时开始，甲车一直做匀速直线运动，乙车先加速后减速，丙车先减速后加速，它们经过下一路标时速度又相同，则哪一辆车先经过下一个路标？
    分析与解：由题可知这三辆汽车的初、末速度相同，它们发生的位移相同，而题中并不知乙、丙两车在各阶段是否做匀速直线运动，因此，我们只能分析它们的一般运动，即变速直线运动，这样匀变速直线运动的规律就无法求解这一问题，如果我们利用图象法，即在同一坐标系中，分别做出这三辆车的v-t图象，如图所示，由此可知：乙车到达下一个路标的时间最短，即乙车最先通过下一个路标。

    由此可知：图象法是根据物体的运动规律及题中条件，将复杂的运动过程转化成简单、直观过程的一种思维方法。

三、模型法
  例4. 质量为M的试管内盛有乙醚，用长为L的细线水平悬挂起来，管口用质量为m的软木塞封闭。加热试管，软木塞在乙醚蒸气的作用下沿水平方向飞出后，管恰好绕O点在竖直平面内做一完整的圆周运动，则软木塞飞出时的速度为多大？如图所示。

    分析与解：此题可分两个过程：（1）软木塞与试管作用的过程（可视为爆炸物体模型）；
    （2）试管（可把试管试为质点模型）在竖直平面内做圆周运动。
    设软木塞飞出时的速度为v，试管的反冲速度为V，由它们在水平方向动量守恒得：
      ①
    对试管，它在运动过程中，满足机械能守恒，即：
      ②
    其中V1为试管在最高点时的速度，在最高点，由牛顿第二定律得： （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
      ③
    由此三式可得：，即软木塞飞出时的速度为。
    由此可知：构建物理模型，是我们利用抽象、理想化、简化、类比等的手法，把研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系，是一种理想化的物理形态，是物理知识的一种直观表现，也是我们在解题过程中常用的方法之一。
    解物理题过程中的常用方法有很多种，如整体法、隔离法、数学法、近似法、图解法等，在此不再赘例。
    总之，在解题过程中，我们一定要注意解题方法的选择、转化，从而达到解决问题的目的。