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《等效思維方法在高中物理解題中的應(yīng)用.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、等效思維方法在高中物理解題中的應(yīng)用能否迅速、準(zhǔn)確地解答物理問題，既取決于對基礎(chǔ)知識的理解，更取決于方法與技巧的運(yùn)用。對于中學(xué)物理問題的解答，運(yùn)用的思維方法是多種多樣的。本文就等效思維方法在物理解題中的應(yīng)用談一點(diǎn)粗淺的認(rèn)識。等效思維方法是將一個(gè)復(fù)雜的物理問題簡化、等效為一個(gè)熟知的物理模型或問題的方法，也是物理學(xué)中研究問題的基本方法，是物理學(xué)中轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)的具體體現(xiàn)。例如，我們學(xué)習(xí)過的合矢量與分矢量、等效電路、等效電阻、熱功當(dāng)量、交流電的有效值等都是根據(jù)效果相同而確立的。科學(xué)研究中，設(shè)計(jì)火箭進(jìn)行“風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)”也是利用等效的方法。因此，等效法使我們有等效類比、等效“分解”與“合成”、等效替換、等效
2、組合、等效變換、等效簡化、等效反饋、等效假設(shè)等手段處理一些比較復(fù)雜、繁難的物理問題，從而化繁為簡，化難為易。等效觀點(diǎn)指導(dǎo)下的推理方法，是指通過對物理問題中某些物理量、物理過程等進(jìn)行等效變換，或利用數(shù)學(xué)模型的相似性，將研究對象、物理過程、條件、特征等移用另一些熟知的、方便的物理模型或數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行分析處理。一、等效類比等效類比是將較為復(fù)雜的問題與我們所熟知的物理模型進(jìn)行簡化，從而找到解決問題的方法。例如：對解決電場力做功與電勢能、電勢差之間關(guān)系的問題，可用類比方法理解分析題意，即電場力做功類比于重力做功，某點(diǎn)電勢類比于某點(diǎn)高度，電荷的電勢能類比于重物的重力勢能，兩點(diǎn)的電勢差類比于兩點(diǎn)的高
3、度差，等勢線類比于等高線。例1、兩帶電小球，電量分別為+q和-q，固定在一長度為L的絕緣桿兩端，置于電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中，桿與場強(qiáng)方向平行其位置如圖1所示，若此桿繞過o點(diǎn)垂直于桿的軸轉(zhuǎn)過1800，則在此過程中電場力做功為：A、0B、qELC、2qELD、πqEL【解析】桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)電場力對兩個(gè)電荷均做正功，所以W總=W1+W2.由于“電場力做功類比于重力做功”，所以電場力做功與路徑無關(guān),得：W1=qU=qEL，W2=qu=qEL,所以W總=2qEl，故本題答案選C.二、等效分解與合成等效分解與合成，在涉及物理量是矢量的各類問題中常用。例如當(dāng)導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動時(shí)，若磁感線方向與直
4、導(dǎo)線垂直，但與運(yùn)動方向有一夾角α?xí)r，此種情況下我們可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度B進(jìn)行沿平行運(yùn)動方向和垂直運(yùn)動方向進(jìn)行正交分解，則對產(chǎn)生感生電動勢的有效部分是垂直運(yùn)動方向的分量即Bsinα；又如計(jì)算磁通量的公式Φ=BSsinθ中的Bsinθ是計(jì)算磁通量時(shí)B的有效分量。等效分解與合成，在涉及運(yùn)動是曲線運(yùn)動的各類問題中也常用。從整體出發(fā)研究平拋物體的運(yùn)動比較復(fù)雜，如果將其等效為兩個(gè)運(yùn)動（水平方向的勻變速直線運(yùn)動與豎直方向的自由落體運(yùn)動）的合成，就簡化了研究問題，求解也方便多了。例2升降機(jī)中斜面的傾角為θ，上面放著質(zhì)量為m的物體，如圖2所示，當(dāng)升降機(jī)以a向上加速運(yùn)動時(shí)，物體在斜面上保持靜止，求物體所受的斜
5、面作用的摩擦力和支持力分別為多大？解析一：本題利用力的合成法，先將所求的物理量（摩擦力和支持力）轉(zhuǎn)化為求摩擦力和支持力的合力，再摩擦力和支持力（如圖2－１所示）。Ｆ支與f的合力Ｆ方向必向上且大于mg由牛頓第二定律得mamgF=?mgmaF+=∴θθcos)(cosgamFF+==∴支θθsin)(singamFf+==∴解析二：本題利用力的分解法。先將Ｇ按作用效果進(jìn)行分解，再將a進(jìn)行分解，根據(jù)牛頓第二定律即可得摩擦力和支持力（如圖2－２所示）。θθsinsin11mamamgfGf==?=?θsin)(gamf+=∴θθcoscos22mamamgFGF==?=?支支θcos)(gam
6、F+=∴支一、等效變換等效變換可以將一個(gè)物理問題變?yōu)楦唵沃庇^的常見問題來處理，例如力學(xué)中的參照系等效變換，電學(xué)中的等效電路等。例3、火車以速度v1行駛，司機(jī)發(fā)現(xiàn)前方s處有另一輛火車正沒同一方向以較小的速度v2勻速行駛，問為使兩車不相撞，后車作勻減速運(yùn)動的加速度a應(yīng)滿足什么條件？解析：以地面為參照系，設(shè)后車經(jīng)歷s1后速度為v2，可由位移關(guān)系列出方程21121attvs?=，且s1≤s+s2為使兩車不相撞，還應(yīng)有速度關(guān)系21vatv≤+由上面關(guān)系解得svva2)(221?≥若以后車為參照系，則前車相對后車作初速度為（v1–v2）的勻減速運(yùn)動，當(dāng)兩車接近時(shí)vt→0則兩車不相撞，所以asvv
7、2)(0221?=??.這種等效變換是參照系的變換，或坐標(biāo)系的變換，顯然運(yùn)用得當(dāng)解題更簡明。例4、A物體做勻速直線運(yùn)動，速度是1m/s，A出發(fā)5s后B物體從同一地點(diǎn)由靜止出發(fā)做勻加速直線運(yùn)動，加速度是0.4m/s2，且A、B同向運(yùn)動。問：①B出發(fā)幾秒追上A？②A、B相遇前它們之間的最大距離是多少？如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q，就十分容易求解。可畫出A、B兩物體的V—t圖象，利用圖象下所圍的面積代表物體運(yùn)動的位移。問題就迎刃而解二、等效替換在解決一些物
