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【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)07-0167-01
面对众多的物理习题,应当加强学生思维方法的训练,重视解题能力的培养,提高学生的解题能力。让学生掌握常用的一些解题方法,能收到事半功倍的效果。在力学中,常用的解题方法有以下:
一、整体法与隔离法
解连接体问题时,若不涉及系统内部的作用力,可以以整个系统为研究对象列方程求解——“整体法”;若涉及系统中各物体间的相互作用,则应以系统某一部分为研究对象列方程求解——“隔离法”,将物体间的内力转化为外力,使问题得以求解。隔离法与整体法相互依存,交替使用,形成一个完整的统一体。
例,如图所示,在光滑地面上,水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动,小车质量是M,木块质量是m,力大小是F.加速度大小是a,木块和小车之间动摩擦因数是μ,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是( )。
解析:首先小车和木块一起做无相对滑动的加速,所以加速度相同均为am水平方向上只受到摩擦力一个外力,其所受合力等于摩擦力f =ma,D正确将小车和木块看成一个整体,在水平方向上的唯一外力F所以F=(m+M)a,又因为f=ma,可得f=mF/(M+m), B正确。
故正确选项为BD。
二、正交分解法
正交分解法是把一个矢量分解在两个互相垂直的坐标轴上的方法,是解牛顿第二定律题目最基本的方法。物体在受到三个或是三个以上的不在同一直线上的力的作用时一般都采用正交分解法。
例,一物体放置在倾角为θ的斜面上,斜面固定于加速上升的电梯中,加速度为a,如图所示,在物体始终相对于斜面静止的条件下,下列说法正确的是( )。
A. 当θ一定时,a越大,斜面对物体的正压力越小
B. 当θ一定时,a越大,斜面对物体的摩擦力越大
C. 当a一定时,θ越大,斜面对物体的正压力越小
D. 当a一定时,θ越大,斜面对物体的摩擦力越小
解析:物体受重力、支持力、摩擦力的作用。由于支持力、摩擦力相互垂直,所以把加速度a在沿斜面方向和垂直于斜面方向分解,如图所示。
沿斜面方向,由牛顿第二定律得:
Ff- mgsinθ=masinθ
当θ一定时,а越大,Ff越大,B正确。当а一定时,θ越大,Ff越大,D错误。
垂直于斜面方向,由牛顿第二定律得:
FN–mgcosθ=macosθ
当θ一定时,а越大,FN越大,A错误。当а一定时,θ越大,FN越小,C正确。
故正确选项为BC。
三、图像法
图像法是把抽象复杂的物理过程有针对性地表示成物理图像,运用图像直观、形象、简明的特点,来分析解决物理问题。典型应用有:1.把握图像斜率的物理意义,2.抓住截距的隐含条件,3.挖掘交点的潜在含意,4.明确面积的物理意义,5.寻找图中的临界条件,6.把握图像的物理意义。
例,物体A、B、C均静止在同一水平面上,它们的质量分别为mA、mB、mC,与水平面的动摩擦因数分别为μA、μB、μC,用平行于水平面的拉力F分别拉物体A、B、C,所得加速度a与拉力F的关系图线如图所示,A、B两直线平行,则以下正确的是( )。
A. μA =μB =μC B. μA<μB =μC
C. mA 解析:根据题目所描述的情景,对物体,由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma,变形得:a= F/m-μg
a-F图线的斜率表示1/m,所以mA=mB 故正确选项为B。
四、极限法
极限法是把某个物理量推向极端,即极大和极小或极左和极右,并依此做出科学的推理分析。在某些物理过程的分析时,具有独特作用,使问题化难为易,化繁为简,大大提高解题速度。如设定摩擦因数趋近零或无穷大、物体的质量趋近零或无穷大等等。
例,如图所示,物体的质量为2kg,两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上,另一端系于物体上,在物体上另施加一个方向与水平线成θ=60°的拉力F,若要使两绳都能伸直,求拉力F的大小范围。
解析:抓住题中“若要使两绳都能伸直”这个隐含条件,它是指绳子伸直但拉力恰好为零的临界状态。当AC恰好伸直但未张紧时,F有最小值;当AB恰好伸直但未张紧时,F有最大值。
A受力如图所示,由平衡条件有:
Fcosθ-F2-F1cosθ=0 (1) Fsinθ+F1sinθ-mg=0 (2)
由(1)、(2)可得:F=mg/sinθ-F1 (3)F=F2/2cosθ+mg/2sinθ (4)
要使两绳都能绷直,则有F1≥0(5),F2≥0 (6)
由(3)、(5)得F有最大值Fmax=mg/sinθ=40/(■)N由(4)、(6)得F有最小值Fmin=mg/2sinθ=20/(■)N
综合得F的取值范围为:20/(■)N≤F≤40/(■)N
解高中力学题的方法还有很多,如逆象思维法、程序法、假设法、力的合成法等等,在此不一一阐述。在平时的教学过程中,教师应有意点拨和训练学生的思维,使其在掌握知识的基础上,学会灵活思考问题的思维方式。
面对众多的物理习题,应当加强学生思维方法的训练,重视解题能力的培养,提高学生的解题能力。让学生掌握常用的一些解题方法,能收到事半功倍的效果。在力学中,常用的解题方法有以下:
一、整体法与隔离法
解连接体问题时,若不涉及系统内部的作用力,可以以整个系统为研究对象列方程求解——“整体法”;若涉及系统中各物体间的相互作用,则应以系统某一部分为研究对象列方程求解——“隔离法”,将物体间的内力转化为外力,使问题得以求解。隔离法与整体法相互依存,交替使用,形成一个完整的统一体。
例,如图所示,在光滑地面上,水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动,小车质量是M,木块质量是m,力大小是F.加速度大小是a,木块和小车之间动摩擦因数是μ,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是( )。
解析:首先小车和木块一起做无相对滑动的加速,所以加速度相同均为am水平方向上只受到摩擦力一个外力,其所受合力等于摩擦力f =ma,D正确将小车和木块看成一个整体,在水平方向上的唯一外力F所以F=(m+M)a,又因为f=ma,可得f=mF/(M+m), B正确。
故正确选项为BD。
二、正交分解法
正交分解法是把一个矢量分解在两个互相垂直的坐标轴上的方法,是解牛顿第二定律题目最基本的方法。物体在受到三个或是三个以上的不在同一直线上的力的作用时一般都采用正交分解法。
例,一物体放置在倾角为θ的斜面上,斜面固定于加速上升的电梯中,加速度为a,如图所示,在物体始终相对于斜面静止的条件下,下列说法正确的是( )。
A. 当θ一定时,a越大,斜面对物体的正压力越小
B. 当θ一定时,a越大,斜面对物体的摩擦力越大
C. 当a一定时,θ越大,斜面对物体的正压力越小
D. 当a一定时,θ越大,斜面对物体的摩擦力越小
解析:物体受重力、支持力、摩擦力的作用。由于支持力、摩擦力相互垂直,所以把加速度a在沿斜面方向和垂直于斜面方向分解,如图所示。
沿斜面方向,由牛顿第二定律得:
Ff- mgsinθ=masinθ
当θ一定时,а越大,Ff越大,B正确。当а一定时,θ越大,Ff越大,D错误。
垂直于斜面方向,由牛顿第二定律得:
FN–mgcosθ=macosθ
当θ一定时,а越大,FN越大,A错误。当а一定时,θ越大,FN越小,C正确。
故正确选项为BC。
三、图像法
图像法是把抽象复杂的物理过程有针对性地表示成物理图像,运用图像直观、形象、简明的特点,来分析解决物理问题。典型应用有:1.把握图像斜率的物理意义,2.抓住截距的隐含条件,3.挖掘交点的潜在含意,4.明确面积的物理意义,5.寻找图中的临界条件,6.把握图像的物理意义。
例,物体A、B、C均静止在同一水平面上,它们的质量分别为mA、mB、mC,与水平面的动摩擦因数分别为μA、μB、μC,用平行于水平面的拉力F分别拉物体A、B、C,所得加速度a与拉力F的关系图线如图所示,A、B两直线平行,则以下正确的是( )。
A. μA =μB =μC B. μA<μB =μC
C. mA
F-μmg=ma,变形得:a= F/m-μg
a-F图线的斜率表示1/m,所以mA=mB
四、极限法
极限法是把某个物理量推向极端,即极大和极小或极左和极右,并依此做出科学的推理分析。在某些物理过程的分析时,具有独特作用,使问题化难为易,化繁为简,大大提高解题速度。如设定摩擦因数趋近零或无穷大、物体的质量趋近零或无穷大等等。
例,如图所示,物体的质量为2kg,两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上,另一端系于物体上,在物体上另施加一个方向与水平线成θ=60°的拉力F,若要使两绳都能伸直,求拉力F的大小范围。
解析:抓住题中“若要使两绳都能伸直”这个隐含条件,它是指绳子伸直但拉力恰好为零的临界状态。当AC恰好伸直但未张紧时,F有最小值;当AB恰好伸直但未张紧时,F有最大值。
A受力如图所示,由平衡条件有:
Fcosθ-F2-F1cosθ=0 (1) Fsinθ+F1sinθ-mg=0 (2)
由(1)、(2)可得:F=mg/sinθ-F1 (3)F=F2/2cosθ+mg/2sinθ (4)
要使两绳都能绷直,则有F1≥0(5),F2≥0 (6)
由(3)、(5)得F有最大值Fmax=mg/sinθ=40/(■)N由(4)、(6)得F有最小值Fmin=mg/2sinθ=20/(■)N
综合得F的取值范围为:20/(■)N≤F≤40/(■)N
解高中力学题的方法还有很多,如逆象思维法、程序法、假设法、力的合成法等等,在此不一一阐述。在平时的教学过程中,教师应有意点拨和训练学生的思维,使其在掌握知识的基础上,学会灵活思考问题的思维方式。