-等效-在物理中的巧妙應(yīng)用

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1、"等效"在物理中的巧妙應(yīng)用　　"等效"在物理中的巧妙應(yīng)用　　　　/王綱明　　　　摘要：等效思維方法是物理探究常用方法之一，通過兩類問題分析和總結(jié)歸納，指出"等效"法不能由于"形似"而盲目套用，而要結(jié)合物理問題特點合理"等效".　　　　關(guān)鍵詞：等效思維；平衡狀態(tài)；非平衡狀態(tài)　　　　摘要：等效思維方法是物理探究常用方法之一，通過兩類問題分析和總結(jié)歸納，指出"等效"法不能由于"形似"而盲目套用，而要結(jié)合物理問題特點合理"等效".　　　　關(guān)鍵詞：等效思維；平衡狀態(tài)；非平衡狀態(tài)　　　　等效思維方法是在保證某種效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將

2、實際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為一個熟知的、簡單的、易于研究的物理模型和物理過程的方法，具體表現(xiàn)為："等效類比""等效替換""等效變換""等效簡化"等?！　　　〉刃季S是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，也是探究物理問題常用方法之一。在高中物理學(xué)習(xí)中很多問題就用到了"等效思維"的方法，如，力學(xué)中平均速度的概念，矢量的"合成"與"分解"的關(guān)系，就是一種等效思想，電磁學(xué)中帶電粒子在勻強電場和重力場組成的復(fù)合場中作勻速圓周運動的問題，(.f的物塊恰好靜止在傾角為？茲的斜面上。現(xiàn)對物塊施加一個豎直向下的恒力F,如圖1所示。則物塊（）　　　

3、　A.仍處于靜止?fàn)顟B(tài)　　　　B.沿斜面加速下滑　　　　C.受到的摩擦力不變　　　　D.受到的合外力增大　　　　解析：由于質(zhì)量為m的物塊恰好靜止在傾角為θ的斜面上，說明斜面對物塊的作用力與物塊的重力平衡，由受力分析知：即mgsinθ=μmgcosθ，斜面與物塊的動摩擦因數(shù)μ=tanθ。對物塊施加一個豎直向下的恒力F,（mg+F）sinθ=μ（mg+F）cosθ，使得合力仍然為零，故物塊仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，A正確，B、D錯誤。摩擦力由mgsinθ增大到（F+mg）sinθ，C錯誤?！　　　栴}一：上述問題中，若將豎直向下的F逐漸變大呢？　　

4、　　問題二：上述問題中，若施加的力F方向變?yōu)樨Q直向上？　　　　問題三：上述問題中，若不施加F,而是在物塊上表面輕放另一物塊，且物塊間摩擦因數(shù)與物塊與斜面的摩擦因數(shù)相同，情況又如何？　　　　上述三個問題用例題的方法分析，答案同樣為A選項。　　　　拓展思考：能否將上述問題中的力F等效為：只是物體的重力發(fā)生變化，且變化大小為F呢？答案是肯定的。分析如下：力F向下：mg+F=Mg,力F向上：mg-F=Mg,即由原來靜止有：mgsinθ=μmgcosθ，mg±F=Mg.推出：Mgsinθ=μMgcosθ?！　　　±?.若A物體放在固定斜面上后

5、輕推一下，做勻速直線運動，若在運動過程中：　　　　問題一：若施加豎直向下的力F?若施加豎直向上的力F（F<mg）？　　　　問題二：若施加豎直向下的力F,且F逐漸變大？　　　　解析：由于質(zhì)量為m的物塊在傾角為θ的斜面上做勻速直線運動，說明斜面對物塊的作用力與物塊的重力平衡，受力分析知：即mgsinθ=μmgcosθ，斜面與物塊的動摩擦因數(shù)μ=tanθ。對物塊施加一個豎直向下的恒力F,（mg+F）sinθ=μ（mg+F）cosθ，使得合力仍然為零，故問題一、問題二物塊仍處于勻速直線運動狀態(tài)?！　　　w納總結(jié)一：物塊在傾角為θ的斜面

6、上處于平衡狀態(tài)（靜止或勻速直線運動狀態(tài)）時，斜面與物塊的動摩擦因數(shù)μ=tanθ，在此情況下，若對物體施加一個豎直向下的力F或豎直向上的力F（F<mg），且無論力F恒定、變大變小，F(xiàn)均可等效為相當(dāng)于物體的重力發(fā)生變化，物體均保持原運動狀態(tài)不變?！　　　栴}：這一規(guī)律對斜面上做變速運動的物體是否也適用呢？　　　　例3.如圖2所示，放在固定斜面上的物塊以加速度a沿斜面勻加速下滑，若在物塊上再施加一個豎直向下的恒力F,則（）　　　　A.物塊可能勻速下滑　　　　B.物塊將以加速度a勻加速下滑　　　　C.物塊將以大于a的加速度勻加速下滑　

7、　　　D.物塊將以小于a的加速度勻加速下滑　　　　是否可套用前面例1的例子而認(rèn)為加速度不變呢？用物理分析來驗證吧。　　　　解析：設(shè)斜面的傾角為α，物塊與斜面間動摩擦因數(shù)為μ，施加一個豎直向下的恒力F時，加速度為a′。根據(jù)牛頓第二定律，不施加恒力F時：mgsinα-μmgcosα=ma,得：a=g（sinα-μcosα），施加一個豎直向下的恒力F時：（mg+F）sinθ-μ（mg+F）cosθ=ma′，得：a′=（g+F/m）（sinα-μcosα）。故正確選項：C選項?！　　　》治稣f明，例3問題不能套用例1、例2結(jié)論，究其原因：斜面

8、與物塊的動摩擦因數(shù)μ<tanθ，斜面上做變速運動的物體：μ≠tanθ，都有哪些情況呢？　　　　問題一：若施加豎直向下的力F?　　　　由于μ<tanθ，（mg+F）sinθ-μ（mg+F）cosθ=ma′，a變大?！　　　?/p>