變換策略在物理解題中的應(yīng)用

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1、變換策略在物理解題中的應(yīng)用資料來(lái)源：中國(guó)京翰教育在物理學(xué)習(xí)屮，同學(xué)們常常圖I有這樣的反映：“物理課上老師講什么都明白，口J是一做具體的題廿，就感到困難，或無(wú)從下手，或很長(zhǎng)時(shí)間才做一道題”。這是一個(gè)普遍的現(xiàn)象，究其原I大I,有兩個(gè)：其一，對(duì)所學(xué)的物理知識(shí)并沒(méi)有真正理解，自然就談不上應(yīng)用它來(lái)解決問(wèn)題；其二，物理概念和規(guī)律耳熟能詳，但缺少對(duì)于一些解題策略的研究和分析，結(jié)果陷入困境。變換策略，即當(dāng)按一般思路從止面強(qiáng)攻有很大困難時(shí)，變換思維的角度，另辟蹊徑，從側(cè)面或反面迂冋突破往往能夠收到好的效果。如變換研究對(duì)象，變換參照系等等。經(jīng)過(guò)這樣的變換，將看似繁難的問(wèn)題迅速化解。下面舉例說(shuō)明。一、變換研究對(duì)

2、象解決物理問(wèn)題，首先要選擇研究對(duì)象，對(duì)象選得是否恰當(dāng)，直接影響到解題的成敗。例題1：如圖1所示，站在汽車上的人用手推車的力為F,腳對(duì)車向后的摩擦力為f,下列說(shuō)法中正確的是（）A、當(dāng)車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)和f的總功為零B、當(dāng)車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)和f的總功為負(fù)功C、當(dāng)車減速運(yùn)動(dòng)吋，F(xiàn)和f的總功為正功D、不管車做何種運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)和f的總功和總功率都為零解析：力F和f都作用在車上，按照一般想法，分析F和f的功，就要以車為研究對(duì)象，但是，我們發(fā)現(xiàn)由于F和f對(duì)車和人組成系統(tǒng)而言是內(nèi)力，根據(jù)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不能確定二者的大小關(guān)系，其總功的正負(fù)無(wú)法判斷。然而，把研究對(duì)象變換為人，在水平方向人只受F和f的反作用力N和F,依牛

3、頓第三定律，F(xiàn)f和f的大小分別與F和f相等，方向一個(gè)向后一個(gè)向前。當(dāng)車勻速運(yùn)動(dòng)吋，滿足"二F（大?。字猈f+W尸0；車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)Lfr,Wf+WI?>0,可迅速得到答案為A、B、Co例題2：如圖2,給出一列平面簡(jiǎn)諧波在某一時(shí)刻波的圖象，對(duì)于圖中A、B兩個(gè)質(zhì)元，此后的振動(dòng)情況可能出現(xiàn)的是（）A、位移的大小和方向都相同，速度的方向相同B、位移的大小和方向都相同，速度的方向相反C、速度的大小和方向都和同,位移的方向和同D、速度的犬小和方向都相同,位移的方向相反jiyAmZTBoACXL/xA圖3術(shù)泌mjiyAm0AWxAS2解析：直接比較A、B網(wǎng)質(zhì)

4、元在某一時(shí)刻的位移、速度關(guān)系是很困難的，但從圖屮可以看出B質(zhì)元處在波谷，它和此吋處在波峰處的質(zhì)元在位移、速度關(guān)系上總滿足大小相等方向相反，若能比較出質(zhì)元A與某一?處丁波峰質(zhì)元的位移和速度關(guān)系，反過(guò)來(lái)就可以確定A、B兩質(zhì)元的位移和速度關(guān)系。這樣我們就把研究B質(zhì)元變換為研究與Z相差半個(gè)波長(zhǎng)緊靠質(zhì)元A處在波峰處的質(zhì)元，如圖3中的C質(zhì)元。當(dāng)A、C兩質(zhì)元位移的大小相等方向相反時(shí)，A與B兩質(zhì)元的位移大小和方向一定都相同。此時(shí),若A、C兩質(zhì)元速度的方向相反，則A、B兩質(zhì)元速度方向相同，若A、C兩質(zhì)元速度的方向相同，則A、B兩質(zhì)元速度方向相反。如圖4所示，該時(shí)刻A、C兩質(zhì)元位移大小相等方向相反，但是速度方

5、向是相同的，故A、B兩質(zhì)元位移大小和方向都相同，但速度方向相反，這一點(diǎn)從圖中也可看出。選項(xiàng)B正確。當(dāng)A、C兩質(zhì)元速度大小相等方向相反時(shí)，A、B兩質(zhì)元速度大小和方向都相同。此時(shí)，若A、C兩質(zhì)元位移的方向相同，則A、B兩質(zhì)元位移方向相反；若A、C兩質(zhì)元位移的方向相反，則A、B質(zhì)元位移方向相同。如圖5所示，A、C兩質(zhì)元速度大小相等方向相反，位移大小方向都和同，故A、B兩質(zhì)元速度大小和等方向和同，位移大小和等，方向是和反的，從圖中B質(zhì)元所處位置也可看出。選項(xiàng)D正確。二、變換參照系描述物休的運(yùn)動(dòng)需要選擇參照系，參照系選得巧妙，有助于問(wèn)題的解答。反之，則會(huì)使問(wèn)題復(fù)雜化。例題3：A、B兩根棒長(zhǎng)均為lm,

6、A懸于高處，B直立于地面，A的下端與B的上端相距20m,現(xiàn)讓A自由下落，同時(shí)B以40m/s的速度豎直上拋,則A、B相遇后擦肩而過(guò)的時(shí)間有多長(zhǎng)(g=10m/s2)o解析：選擇大地為參照系，需畫(huà)出運(yùn)動(dòng)草圖，分段考慮，比較麻煩。若變換為以A為參照系，因?yàn)閮砂舻募铀俣榷际莋,故B相對(duì)于A做勻速運(yùn)動(dòng)，速度為vBA=40m/s,s2L_1所求時(shí)間為t二&一莎-五二0.05s,與所給20ni無(wú)關(guān)。相當(dāng)簡(jiǎn)捷。應(yīng)該指出的是，在運(yùn)動(dòng)學(xué)中(即應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題)參照系的選擇是任意的，但是在動(dòng)力學(xué)中應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理及動(dòng)量守恒定律等規(guī)律解題時(shí)，參照系只能選擇慣性參照系（即參照系的加速度為零），不能隨意變換

7、，否則這些規(guī)律就不復(fù)成立。三、變換物理過(guò)程我們知道不同的物理規(guī)律適用于不同的物理過(guò)程，物理規(guī)律能否準(zhǔn)確運(yùn)用關(guān)鍵在于物理過(guò)程的分析。對(duì)物理過(guò)程的研究和解剖同時(shí)也有助于培養(yǎng)口己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。故學(xué)習(xí)中不但要理清各不同的物理過(guò)程，還應(yīng)理解不同物理過(guò)程Z間的聯(lián)系，從而在處理問(wèn)題中能夠充分利用，使之得到最有效的解決。例題4：子彈以某一水平速度射入固定不動(dòng)的三塊完全相同的木塊且剛好射穿第三塊木塊，設(shè)了彈在每塊木塊中受到的阻