文档介绍：高中物理解题常用的几种思维方法
北京二中通州分校:高中物理组
2012年4月
中学物理解题中涉及到科学思维方法大体上两类,
一类是物理学的研究方法——
理想化的方法: 数学推理方法:函数、函数图象、极限替代方法:、
近似替代(平均值)、极限替代比值定义法图象法: 实验验证法
实验分析法平行四边形法等效替代法
假设法反推法理想实验法--“物理学中的福尔摩斯”控制变量法
变量转换法(a-1/m) 整体法隔离法正交分解法三力平衡三角形法
相似形法(力的矢量图与几何图形)等
一类是解题方法------
就解题方法而论,解题方法和解题技巧也很多,这里将高中物理解题中经常要用到的几种科学思维方法作一些介绍。
1、物理模型法
物理模型法是只考虑对实际物理现象来说是主要的、本质的因素,忽略次要的、非本质的因素的一种思维方法。是利用物理模型,实现高效解题的策略。
例1:某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛。比赛路径如图所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟。已知赛车质量m=,通电后以额定功率P=,,随后在运动中受到的阻力均可不计。图中L=,R=,h=,S=。问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g=10m/s2 )
解析:设赛车越过壕沟需要的最小速度为,由平抛运动的规律
解得
=
设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为,最低点的速度为,由牛顿运动定律及机械能守恒定律得
解得
通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是
vmin=4m/s
设电动机工作时间至少为t,根据功能原理,
Pt-fL=
由此可得
t=
点评:本题用到了四个物理模型,直线运动模型、圆周运动模型、平抛模型、机车启动模型。属一物多过程物理问题,抓住物理模型,分析临界条件把握条件制约,弄清过程关系,是解决问题的关键。
例2:为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上下底面的方向上加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个侧面固定有金属板作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U,若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积),下列说法中正确的是( )
A、若污水中正离子较多,则前表面比后表面的电势高
B、前表面的电势一定低于后表面的电势,这与哪种离子多无关
C、污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大
D、U与污水流量Q成正比,与a、b无关
解析:由左手定则知,在洛伦兹力的作用下,正离子向后表面聚集,负离子向前表面聚集,则说明后表面的电势一定高于前表面的电势,A错误,B正确;“污水切割磁感线”与单根导体棒切割磁感线的物理模型相同,由法拉第电磁感应定律知,电势和流量,可得: ,故D选项正确;由于U的大小与离子的浓度无关,故C错误,所以本题的答案是B、D。
例3:如图7-10甲方所示,把系在轻绳上的A、B两球由图示位置同时由静止释放(绳开始时拉直),则在两球向左下摆动时,下列说法中正确的是( )
①绳OA 对A球做正功②绳AB对B球不做功
③绳AB对A球做负功④绳AB对B球做正功
A、①② B、③④ C、①③ D、①④
解析:粗略画出A、B球的运动轨迹,就可以找出绳与球的运动方向的夹角,进而可以判断做功情况,由于OA绳一直张紧且O点不动,所以A球做圆周运动,OA绳对A球不做功,而B球是否与A球一起做圆周运动呢?我们用模拟等效法分析。
设想A、B球分别用两条轻绳悬挂而各自摆动,若摆角较小,则摆动周期为,可见摆长越长,摆得越慢,因此A球比B球先到达平衡位置
可见绳AB的张力对A的运动有阻碍作用,而对B球的运动有推动作用,③④的说法正确,所以正确的答案为B。
2、类比法与等效法
类比法是根据两个研究对象或两个系统在某些属性上类似而推出其他属性也类似的思维方法,是一种由个别到个别的推理形式. 其结论必须由实验来检验,类比对象间共有的属性越多,则类比结论的可靠性越大.
在研究物理问题时,经常会发现某些不同问题在一定范围内具有形式上的相似性,其中包括数学表达式上的相似性和物理图像上的相似性. 类比法就是在于发现和探索这一相似性,从而利用已知系统的物理规律去寻找未知系统的物理规律.
等效法是从效果等同的角度出发把复杂的物理现象、物理过程转化为理想的、简单的、等效的、易于研究的物理现象和过程来研究和处理问题的一种科学