分析物理問題的基本步驟.doc

分析物理問題的基本步驟 【關(guān)鍵詞】物理問題;模型;過程;分析 【中圖分類號(hào)】G633.7【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】10014128()03014201 一個(gè)物理問題都有一定的物理情景涉及一定的物理過程要想正確地解答物理問題必須把有關(guān)的物理內(nèi)容分析清楚一般說來分析一個(gè)物理問題的基本步驟如下： 1選取研究對(duì)象 不論是力學(xué)問題、熱學(xué)問題電學(xué)問題或其他問題都有一個(gè)選擇和確定研究對(duì)象的問題研究對(duì)象可以是一個(gè)物體也可以是一個(gè)物體系(兩個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的無論組成的系統(tǒng))有的物理問題始終都是一個(gè)研究對(duì)象而有的問題在不同階段應(yīng)該選取不同的研究對(duì)象可以說：研究對(duì)象選取的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到我們解決物理問題的難易程度正確選取研究對(duì)象能提高解題的準(zhǔn)確性和效率 例1：一架直升飛機(jī)質(zhì)量為m懸停在空中槳翼下風(fēng)速為v求它的發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率P 該題容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤解法是： 由于飛機(jī)在空中靜止因此發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為 P=Fv=mgv 錯(cuò)誤的原因主要是沒有明確研究對(duì)象是誰第一步顯然是以飛機(jī)為研究對(duì)象對(duì)飛機(jī)進(jìn)行受力分析：受重力G和空氣對(duì)它的向上的作用力F由于飛機(jī)懸停G和F是一對(duì)平衡力這一步是正確的但下一步則屬于亂套公式了若以飛機(jī)為研究對(duì)象則飛機(jī)的速度為零;若以空氣為研究對(duì)象那又是一部分空氣呢? 正確的分析與解答過程如下： 設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)每秒鐘把質(zhì)量為的空氣從靜止加速到發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)這部分空氣的作用力為F由動(dòng)量定理得 F1=Mv 根據(jù)動(dòng)能定理發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)這部分空氣每秒鐘做功(即功率)為 P=12Mv?2 又根據(jù)牛頓定律及飛機(jī)處于平衡狀態(tài)知道 F=mg 即Mv=mg 所以發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為: P=12mgv 2建立物理模型 實(shí)際中的物理現(xiàn)象一般都很復(fù)雜為了解決它常常需要忽略一些次要因素物理模型就是忽略次要因素的產(chǎn)物如：質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、光滑平面、輕繩、輕彈簧、理想變壓器、彈性碰撞等等都是理想模型對(duì)一個(gè)具體物理問題在確定了研究對(duì)象后首先要考慮的就是建立怎樣的物理模型 例2：如圖示質(zhì)量為m的小車靜止在光滑的水平軌道上長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線一端固定在小車上另一端拴一質(zhì)量也為m的小球現(xiàn)給小球一水平初速度v求小球能上升的最大高度h為多少? 解析：小球和小車一起的運(yùn)動(dòng)可以建立為碰撞模型當(dāng)小球上升到最高點(diǎn)時(shí)二者具有共同速度系統(tǒng)減少的動(dòng)能E?K全部轉(zhuǎn)化為小球的重力勢(shì)能E?p=m?球gh 那么:m?球v=(m?球+m?車)v?共 E?K=12m?球v?212(m?球+m?車)v?2?共=m?球gh 代入m?車=m?球=m, 即可求出h=v?24g 3分析物理過程和狀態(tài) 狀態(tài)是與某一時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的過程則與某一段時(shí)間相對(duì)應(yīng)任何一個(gè)過程都有一個(gè)初始狀態(tài)和一個(gè)末狀態(tài)(還包括無數(shù)中間狀態(tài))對(duì)于某一確定的狀態(tài)要用狀態(tài)參量來描述一個(gè)具體的物理問題簡(jiǎn)單的可能只討論某一確定的狀態(tài)下各物理量間的關(guān)系復(fù)雜的問題則要涉及到物理過程而對(duì)于一個(gè)變化方向和路徑都確定了的物理過程要注意分析這個(gè)過程遵循的物理規(guī)律可能它是一個(gè)較簡(jiǎn)單的過程始終按同一規(guī)律變化;也可能它是一個(gè)較復(fù)雜的過程在不同的階段遵循不同的規(guī)律對(duì)于一個(gè)始、末狀態(tài)確定了的物理過程則可能存在著不止一種的變化路徑對(duì)一個(gè)物理問題如果能把相應(yīng)的狀態(tài)和過程分析清楚問題一般說來就已基本上解決了 例3：如下圖所示長(zhǎng)為l的輕繩一端系于固定點(diǎn)O另一端系質(zhì)量為m的小球?qū)⑿∏驈腛點(diǎn)正下方14處以一定的初速度水平向右拋出經(jīng)一定的時(shí)間繩被拉直以后小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)已知繩剛被拉直時(shí)繩與豎直方向成60角求： (1)小球水平拋出的初速度v?0; (2)小球擺到最底點(diǎn)時(shí)繩所受到的拉力F?T 解析：本題的解決思路與上題大致相同研究對(duì)象仍然是小球建立質(zhì)點(diǎn)模型也是一個(gè)初、末狀態(tài)都確定的過程但從初狀態(tài)A到末狀態(tài)C的兩個(gè)階段小球共經(jīng)歷三個(gè)不同的過程即平拋運(yùn)動(dòng),從A到B;在B點(diǎn)小球克服繩的拉力做功速度發(fā)生變化;小球在豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)從A到C (1)繩被拉直時(shí)小球的水平位移為lsin60豎直位移為lcos6014l設(shè)初速度為v?0由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律 lsin60=v?0t lcos6014l=12gt?