巧用轉(zhuǎn)換 創(chuàng)新思維

1、巧用轉(zhuǎn)換 創(chuàng)新思維湖北省朱河中學 李木成摘 要：在分析和解決物理問題時巧用各種不同的轉(zhuǎn)換方法來創(chuàng)新思維，尋求新的巧的思路和方法很有意義，要靈活的運用這些轉(zhuǎn)換還需要理解這些轉(zhuǎn)換中所包含的物理實質(zhì)。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換、創(chuàng)新思維創(chuàng)新思維是從不同角度和不同的途徑，運用不同的方法觀察和思考問題,從而尋求解答結(jié)果的思維過程。在分析和解決物理問題時，如果按常規(guī)思路求解遇到了障礙或困難，通過不同的轉(zhuǎn)換來創(chuàng)新思維，尋找出新的、巧的思路和方法，就會令人耳目一新，柳暗花明。物理解題中常用的轉(zhuǎn)換方法有等量轉(zhuǎn)換、對象轉(zhuǎn)換、過程轉(zhuǎn)換、模型轉(zhuǎn)換等，下面分別舉例說明。一、等量轉(zhuǎn)換 例1、（2004年高考理綜湖北卷第23題）：一水平

2、放置的水管，距地面高hl.8m，管內(nèi)橫截面積S2.0cm2。有水從管口處以不變的速度v2.0m/s源源不斷地沿水平方向射出，設(shè)出口處橫截面上各處水的速度都相同，并假設(shè)水流在空中不散開。取重力加速度g10ms2，不計空氣阻力。求水流穩(wěn)定后在空中有多少立方米的水。常規(guī)思路是：流出管口的水柱為一拋物線，設(shè)這段拋物線的長為L，則空中水柱體積V=SL，然后想辦法求拋物線長L。這種直接求解思路行不通，因為求L需用到微積分知識，而且忽略了一個錯誤：成拋物線的水柱的橫截面積是不均勻的，因水流量Q=Sv=S/v/，而拋物線上各點水速不同創(chuàng)新思路：把空中的水柱轉(zhuǎn)化為管口在時間t內(nèi)流出的水，或假設(shè)空中的水只在水平方

3、向運動，則相應(yīng)水柱長，很容易得到水的體積 空中水柱的體積實際上就是管口在一段時間內(nèi)流出的水，這是我們能夠進行轉(zhuǎn)換的原因。物理中只要相等的物理量都可以進行轉(zhuǎn)換。二、對象轉(zhuǎn)換例2、關(guān)于“哥倫比亞”號航天飛機失事的原因，美國媒體報道說，一塊脫落的泡沫損傷了左翼并最終釀成大禍。據(jù)美國航天局航天計劃的Dittemore于2003年2月5日在新聞發(fā)布會上說，撞擊航天飛機左翼的泡沫最大為20英寸（約50.8cm）長，16英寸（約40.6cm）寬，6英寸（約15.2cm）厚，其質(zhì)量大約1.3kg，其向下撞擊的速度約為250m/s，而航天飛機的上升速度大約為700m/s。假定碰撞時間等于航天飛機前進泡沫的長度所

4、用的時間，相撞后認為泡沫全部附在飛機上。根據(jù)以上信息，估算“哥倫比亞”號航天飛機左翼受到的平均撞擊力（保留一位有效數(shù)字）常規(guī)思路：因為求航天飛機所受的力，所以以航天飛機為對象，可航天飛機的狀態(tài)變化根本無法確定，解題無法進行。創(chuàng)新思路：以航天飛機為參考系，即航天飛機不動，泡沫以700m/s+250m/s=950 m/s的速度向航天飛機撞來，末速度為零。再對泡沫運用動量定理，撞擊飛機的時間近似為t=L/v=7.3×104s，可得泡沫受力F=m(v+v2)/t=1.69×106N。根據(jù)牛頓第三定律得到航天飛機所受的撞擊力大小為1.69×106N。 牛頓第三定律告訴我們作

5、用力與反作用力大小相等，方向相反，物理解題中經(jīng)常用它來轉(zhuǎn)換研究對象，達到求解的目的。三、過程轉(zhuǎn)換例3如圖1甲所示，面積很大的水池水深H，水面浮著一正方體木塊，木塊的邊長為，密度為水的密度的1/2，木塊靜止時有一半浸入水中，現(xiàn)用力F將木塊緩慢壓入池底，不計摩擦和水的阻力，求外力F所做的功。常規(guī)思路：用功的定義式W=FS求F所做的功，由于下沉過程中木塊所受的浮力和F都是變化的，需用到微積分知識，求解有困難。創(chuàng)新思路：我們可以把這個正方體木塊分為上、下兩個部分，如圖1乙所示，將題設(shè)過程轉(zhuǎn)換為把上、下兩部分分別從A、B移到A/、B/位置，A/、B/位置的水分別移到池水的表面C和B處，則力F所做的功為兩

6、部分水增加的重力勢能和兩部分木塊減少的重力勢能之差。即例4、一個邊長為a的單匝矩形線圈放在勻強磁場中，轉(zhuǎn)軸與磁場垂直，圖2表示穿過線圈平面的磁場強度隨時間變化的函數(shù)圖像。圖中磁場強度的最大值Bm，變化周期T，線圈每邊電阻為r，線圈的自感應(yīng)可忽略不計，那么線框的電熱功率多大？ 常規(guī)思路：從E=，=Bma2sint出發(fā)求解，在中學階段無法求解。創(chuàng)新思路：B的變化產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動勢，線圈在恒定的磁場中轉(zhuǎn)動也產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動勢，這是一個我們熟知的過程。只要兩者的最大值和周期相同，我們就可以把它們相互轉(zhuǎn)換。所以有e=Emsint，Em=Ba2=，而交流電的有效值E= Em/=B a2/T，線框的熱功

7、率為：P=物理過程的轉(zhuǎn)換反映了這些過程所包隱藏的相同規(guī)律，例3中木塊下壓過程中重力和浮力做功都只與物體位置有關(guān)而與路徑無關(guān)的特性，所以我們可以把它換成另一個與它始末位置相同的過程，例4中的兩個過程的感應(yīng)電動勢的表示式完全相同。四、模型轉(zhuǎn)換例5、兩個寬度相同但長度不同的臺球框固定在水平面上，從兩個框的長邊同時以相同速度分別發(fā)出小球A和B，如圖3甲所示，設(shè)球與框邊碰撞時無機械能損失，不計摩擦，則兩球回到最初出發(fā)的框邊的先后（ ）AA球先回到出發(fā)框邊BB球先回到出發(fā)框邊C兩球同時回到出發(fā)框邊D因兩框長度不明，故無法確定哪一個球先回到出發(fā)框邊。常規(guī)思路：根據(jù)運動學的規(guī)律，先分段求出運動時間，再判別誰先

8、回到出發(fā)框邊。但由于未知量較多，過程較多，計算比較困難。創(chuàng)新思路：小球與框邊的碰撞無機械能損失，所以小球每次碰撞前后的運動速率不變，且碰后球的運動方向的反向延長線與碰前球的運動路線相對于被碰的框邊對稱，與光的反射情形類似。選A球的運動進行分析。如圖3乙所示，小球沿AC方向在C處與長框邊碰后，沿CD方向運動到D處與短邊相碰，最后沿DE方向回到出的框邊（若長邊很長，可直接沿CD方向回到出發(fā)的框邊）。經(jīng)對稱得到的直線A/CDE/的長度應(yīng)該與折線AC、CD、DE的長度相等?？虻倪呴L不同，只要了發(fā)時的速度相同，即角CAE相同，不管D點位置如何變化，球所通過的總路程總是相同的。不計碰撞的時間，兩球應(yīng)同時回到最初出發(fā)的框邊，正確答案為C。此題把臺球問題轉(zhuǎn)換為平面鏡的物像模型是由于光的反射和臺球的反射滿足相同的反射規(guī)律。模型轉(zhuǎn)換時一定要明確兩個模型是否符合相同規(guī)律。參考文獻1、人民教育出版社