高中物理解題方法專題指導(dǎo)

1、高中物理解題方法專題指導(dǎo)方法專題二：等效法解題 一方法介紹 等效法是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，它是從事物的等同效果這一基本點出發(fā)的，它可以把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理過程轉(zhuǎn)化為較為簡單的物理現(xiàn)象、物理過程來進(jìn)行研究和處理，其目的是通過轉(zhuǎn)換思維活動的作用對象來降低思維活動的難度，它也是物理學(xué)研究的一種重要方法 用等效法研究問題時，并非指事物的各個方面效果都相同，而是強(qiáng)調(diào)某一方面的效果因此一定要明確不同事物在什么條件、什么范圍、什么方面等效在中學(xué)物理中，我們通?？梢园阉龅降牡刃Х譃椋何锢砹康刃?、物理過程等效、物理模型等效等二典例分析 1物理量等效 在高中物理中，小到等效勁度系數(shù)、合力與分力、合速度

2、與分速度、總電阻與分電阻等；大到等效勢能、等效場、矢量的合成與分解等，都涉及到物理量的等效如果能將物理量等效觀點應(yīng)用到具體問題中去，可以使我們對物理問題的分析和解答變得更為簡捷例l如圖所示，ABCD為表示豎立放在場強(qiáng)為E=104V/m的水平勻強(qiáng)電場中的絕緣光滑軌道，其中軌道的BCD部分是半徑為R的半圓環(huán)，軌道的水平部分與半圓環(huán)相切A為水平軌道的一點，而且把一質(zhì)量m=100g、帶電q=104C的小球，放在水平軌道的A點上面由靜止開始被釋放后，在軌道的內(nèi)側(cè)運動。（g=10m/s2）求： （1）它到達(dá)C點時的速度是多大？ （2）它到達(dá)C點時對軌道壓力是多大？ （3）小球所能獲得的最大動能是多少？2物

3、理過程等效 對于有些復(fù)雜的物理過程，我們可以用一種或幾種簡單的物理過程來替代，這樣能夠簡化、轉(zhuǎn)換、分解復(fù)雜問題，能夠更加明確研究對象的物理本質(zhì)，以利于問題的順利解決 高中物理中我們經(jīng)常遇到此類問題，如運動學(xué)中的逆向思維、電荷在電場和磁場中的勻速圓周運動、平均值和有效值等例2如圖所示，在豎直平面內(nèi)，放置一個半徑R很大的圓形光滑軌道，0為其最低點在0點附近P處放一質(zhì)量為m的滑塊，求由靜止開始滑至0點時所需的最短時間 FABOxyRR2lv 例3矩形裸導(dǎo)線框長邊的長度為2l，短邊的長度為l，在兩個短邊上均接有阻值為R的電阻，其余部分電阻均不計導(dǎo)線框的位置如圖所示，線框內(nèi)的磁場方向及分布情況如圖，大小

4、為一電阻為R的光滑導(dǎo)體棒AB與短邊平行且與長邊始終接觸良好起初導(dǎo)體棒處于x=0處，從t=0時刻起，導(dǎo)體棒AB在沿x方向的外力F的作用下做速度為v的勻速運動.試求：（1）導(dǎo)體棒AB從x=0運動到x=2l的過程中外力F隨時間t變化的規(guī)律；（2）導(dǎo)體棒AB從x=0運動到x=2l的過程中整個回路產(chǎn)生的熱量3物理模型等效物理模型等效在物理學(xué)習(xí)中應(yīng)用十分廣泛，特別是力學(xué)中的很多模型可以直接應(yīng)用到電磁學(xué)中去，如衛(wèi)星模型、人船模型、子彈射木塊模型、碰撞模型、彈簧振子模型等實際上，我們在學(xué)習(xí)新知識時，經(jīng)常將新的問題與熟知的物理模型進(jìn)行等效處理例4如圖所示，R1、R2、R3為定值電阻，但阻值未知，Rx為電阻箱當(dāng)R

5、x為Rx1=10 時，通過它的電流Ix1=l A；當(dāng)Rx為Rx2=18 時，通過它的電流Ix2=0.6A則當(dāng)Ix3=0.l A時，求電阻Rx3例5如圖所示，傾角為=300，寬度L=1 m的足夠長的U形平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T、范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面斜向上，用平行于導(dǎo)軌且功率恒為6 w的牽引力牽引一根質(zhì)量m=0.2 kg，電阻R=1 放在導(dǎo)軌上的金屬棒ab由靜止沿導(dǎo)軌向上移動，當(dāng)金屬棒ab移動2.8 m時獲得穩(wěn)定速度，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的熱量為5.8 J(不計導(dǎo)軌電阻及一切摩擦，g取10 ms2)，求： (1)金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度是多大? (2)金屬棒從

6、靜止達(dá)到穩(wěn)定速度所需時間是多少?三強(qiáng)化訓(xùn)練 ( ) 1 如圖所示，一面積為S的單匝矩形線圈處于一個交變的磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律為。下列說法不正確的是A、線框中會產(chǎn)生方向不斷變化的交變電流B、在時刻，線框中感應(yīng)電流將達(dá)到最大值C、對應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度BB0的時刻，線框中感應(yīng)電流也一定為零D、若只增大磁場交變頻率，則線框中感應(yīng)電流的頻率也將同倍數(shù)增加，但有效值不變 ( ) 2如圖所示電路中，電表均為理想的，電源電動勢E恒定，內(nèi)阻r=1，定值電阻R3=5。當(dāng)電鍵K斷開與閉合時，ab段電路消耗的電功率相等。則以下說法中正確的是A電阻R1、R2可能分別為4、5B電阻R1、R2可能分別為3、6C電鍵K斷開

7、時電壓表的示數(shù)一定大于K閉合時的示數(shù)D電鍵K斷開與閉合時，電壓表的示數(shù)變化量大小與電流表的示數(shù)變化量大小之比一定等于6 ( ) 3 一個邊長為6 cm的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁場垂直，電阻為036。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系如圖3.2.3所示，則線框中感應(yīng)電流的有效值為A×10-5A B×10-5A C（/2） ×10-5A D（3/2） ×10-5A ( ) 4如圖所示，DC是水平面，AB是斜面。初速為V0的物體從D點出發(fā)沿DBA滑到頂點A時速度剛好為零。如果斜面改為AC，讓該物體從D點出發(fā)沿DCA滑到點A點且速度剛好為零，則物體

8、具有的初速度（已知物體與路面的動摩擦因數(shù)處處相同且不為零。）A.大于V0 B.等于V0 C.小于V0 D.處決于斜面的傾角 ( ) 5如圖所示，兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC，兩者的AC面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質(zhì)，一單色細(xì)光束O垂直于AB面人射，在圖示的出射光線中A.1、2、3（彼此平行）中的任一條都有可能 B.4、5、6（彼此平行）中的任一條都有可能 C.7、8、9（彼此平行）中的任一條都有可能 D.只能是4、6中的某一條 ( )6在如圖所示電路中，A、B是兩個完全相同的燈泡，兩燈的阻值與電阻R的阻值相同，與A并聯(lián)的電學(xué)元件M可能是電容器C，也可能是自感系數(shù)很大的而電阻可

9、以忽略的線圈L，當(dāng)開關(guān)S閉合瞬間，A、B兩燈中的電流IA、IB與M的關(guān)系是 A若M是電容器C，則IA<IB B. 若M是電容器C，則IA>IB C若M是線圈L，則IA< IB D若M是線圈L，則IA> IB ( ) 7如圖所示，在平行于水平地面的有理想邊界的勻強(qiáng)磁場上方，有三個大小相同的正方形線框，線框平面與磁場方向垂直。三個線框是用相同的金屬材料制成的，A線框有一個缺口，B、C線框都閉合，但B線框?qū)Ь€的橫截面積比C線框大現(xiàn)將三個線框從同一高度由靜止開始同時釋放，下列關(guān)于它們落地時間的說法正確的是 A三個線框同時落地 B三個線框中，A線框最早落地 C. B線框在C線框之

10、后落地 DB線框和C線框在A線框之后同時落地( )8如右圖所示，充電后的平行板電容器豎直放置，板間一帶正電的絕緣球用絕緣細(xì)線懸掛于A板上端，若將小球和細(xì)線拉至水平位置，由靜止釋放后小球?qū)⑾蛳聰[動直至與A板發(fā)生碰撞，此過程細(xì)線始終處于伸直狀態(tài)，則此過程中A小球電勢能一直增加 B小球的動能一直增大C小球受細(xì)線的拉力一直在增大 D小球運動的向心加速度先增大后減小9在光滑水平面上的O點系一長為l的絕緣細(xì)線，線的一端系一質(zhì)量為m，帶電量為q的小球。當(dāng)沿細(xì)線方向加上場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場后，小球處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)給小球一垂直于細(xì)線的初速度v0，使小球在水平面上開始運動。若v很小，則小球第一次回到平衡位置所需時間

11、為_。10如圖，帶電量為+q的點電荷與均勻帶電薄板相距為2d，點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心若圖中a點處的電場強(qiáng)度為零，根據(jù)對稱性，帶電薄板在圖中b點處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為，方向(靜電力恒量為k)11如圖所示，電阻R1=R2=8，R3=4，R4=0.5，電源電勢E=0.5 V，內(nèi)電阻r=0.5 ，求安培表A1和A2的示數(shù)各為多少?13一條長為L的細(xì)線上端固定在O點，下端系一個質(zhì)量為m的小球，將它置于一個很大的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度為E，方向水平向右，已知小球在B點時平衡，細(xì)線與豎直線的夾角為，如圖所示，求：(1)當(dāng)懸線與豎直方向的夾角為多大時，才能使小球由靜止釋放后，細(xì)線到豎直位置時，小

12、球速度恰好為零?(2)當(dāng)細(xì)線與豎直方向成角時，至少要給小球一個多大的沖量，才能使小球在圖示的豎直平面內(nèi)做完整的圓周運動?例題解析：例1.【解析】（1）、（2）設(shè)：小球在C點的速度大小是Vc，對軌道的壓力大小為NC，則對于小球由AC的過程中，應(yīng)用動能定律列出：在C點的圓軌道徑向應(yīng)用牛頓第二定律，有：解得：（3）mg=qE=1N 合場的方向垂直于B、C點的連線BC 合場勢能最低的點在BC 的中點D如圖：小球的最大能動EKM： 例2【解析】滑塊做復(fù)雜的變速曲線運動，故用牛頓定律、動量定理等方法都難以求解，但我們通過仔細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)，滑塊的受力、運動特征與單擺相同，因此滑塊的運動可等效為單擺的運動，這樣

13、，我們便可迅速地求出滑塊從P點到0點的最短時間為 由此可知，等效法是在效果相同的條件下，將復(fù)雜的狀態(tài)或運動過程合理地轉(zhuǎn)化成簡單的狀態(tài)或過程的一種思維方法例3【解析】（1）在t時刻AB棒的坐標(biāo)為 1分感應(yīng)電動勢 1分回路總電阻 1分回路感應(yīng)電流 2分棒勻速運動時有F=F安=Bil解得： 2分（2）導(dǎo)體棒AB在切割磁感線的過程中產(chǎn)生半個周期的正弦交流電感應(yīng)電動勢的有效值為 2分回路產(chǎn)生的電熱 1分通電時間 1分聯(lián)立解得 2分例4【解析】 電源電動勢E、內(nèi)電阻r、電阻Rl、R2、R3均未知，按題目給的電路模型列式求解，顯然方程數(shù)少于未知量數(shù)，于是可采取變換電路結(jié)構(gòu)的方法 將圖所示的虛線框內(nèi)電路看成新

14、的電源，則等效電路如右圖所示，電源的電動勢為E，內(nèi)電阻為r根據(jù)電學(xué)知識，新電路不改變Rx和Ix的對應(yīng)關(guān)系，有例5【解析】此題只要將汽車以恒定功率運動的模型，用于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，將思維轉(zhuǎn)換過來，問題就不難求解 (1)金屬棒在功率恒定的牽引力作用下沿導(dǎo)軌向上運動，金屬棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，回路中有感應(yīng)電流，ab棒受安培力方向沿導(dǎo)軌向下，由P=Fv可知，隨著棒速度增加，牽引力將減小，安培力增大，棒的加速度減小，穩(wěn)定時有：牽引力等于安培力和棒重力沿導(dǎo)軌向下的分力之和，在導(dǎo)軌平面內(nèi)，有 強(qiáng)化訓(xùn)練參考答案：1. D 2. ACD3.析與解：交流電的有效值是利用與直流電有相同的熱效應(yīng)來定義的：Q=I2

15、Rt。 因此我們只要按圖算出在一個周期內(nèi)，兩段時間內(nèi)的熱量的平均值，再開平就可以了。由圖與題目條件可知，線框的感應(yīng)電動勢在前3s為7.2×10-6V，感應(yīng)電流為2×10-5A；后2s內(nèi)的感應(yīng)電流為3×10-5A，在一個周期5s內(nèi)，電流平方的平均值為（12+18）A2/5，開平方即得電流的有效值等于×10-5A，答案為B。4.析與解：我們在平時練習(xí)中已經(jīng)做過這樣的題目，如果物體與（水平與傾斜）路面的動摩擦因數(shù)處處相同且不為零，則物體從D點出發(fā)先后經(jīng)過平面與斜面到A達(dá)點的全過程中克服摩擦力所做的功，都等于物體從D點出發(fā)直接到達(dá)O點克服摩擦力所做的功，因此本題

16、答案選B。5.析與解：在兩塊玻璃直角三棱鏡之間的未知透明介質(zhì)可以視為另一種玻璃材料制作的平行玻璃磚，細(xì)光束O通過第一塊玻璃直角三棱鏡過程中仍垂直于AB面，而光線通過上述平行玻璃磚會發(fā)生平行側(cè)移，因此光束通過第二塊玻璃直角三棱鏡仍垂直于AB面，所以最后的出射光線也與AB面垂直，即可能是4、5、6光線，選B。 6.AD 7.BD 8 9，水平向左(或垂直薄板向左)10.(1)b (2)電流表A示數(shù)仍為I，讀出此時電阻箱讀數(shù)R1 (3)R1 (4)開關(guān) S先接“1”時： 開關(guān)S接“2”時：11. A A12. 【解析】半徑為r的小圓孔帶電量為，由于挖去圓孔前點電荷q受力為零，即小圓孔所帶電量與點電荷q的庫侖力和絕緣球殼上余下部分與點電荷q的庫侖力大小相等、方向相反，因此挖去圓孔后，置于球心的點電荷所受到的庫侖力的大小即為小圓孔上電荷與點電荷q之間的庫侖力的大小，其方向由球心指向小孔中心 本題將挖去的小圓孔看成是一個小圓面，然后根據(jù)單位面積上的電荷量計算小圓面的帶電量，并且將小圓面看成點電荷是等效；挖去小圓孔后，剩余電荷對q的作用力大小等于小圓孔電荷對q的作用大小也是等效13. (1) (2)14.解析：本題的常規(guī)思路是利用法拉第電磁感應(yīng)定律E感=/t,寫出的