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隔离法和整体法:物理问题研究的两种重要方法

更新时间:2024-08-11 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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隔离和整体治疗A8s物理好资源网(原物理ok网)

1.隔离方法所谓隔离方法,就是把某些研究对象或物理问题的某些过程或状态从系统或整个过程中孤立出来进行研究的方法。A8s物理好资源网(原物理ok网)

隔离有两种类型:A8s物理好资源网(原物理ok网)

(1)对象隔离:为了找到与某个对象相关的期望量和已知量之间的关系,将一个对象从系统中隔离出来。A8s物理好资源网(原物理ok网)

(2)过程隔离:物体往往要参与几个运动过程,为了解决某一过程所涉及的物理量,需要把这一过程从整个过程中隔离出来。A8s物理好资源网(原物理ok网)

2、所谓整体方法,是指研究物理问题的整个系统或过程的方法,这也包括两种情况:A8s物理好资源网(原物理ok网)

(1)把物体系统作为一个整体来研究:当所要研究的物理量不涉及系统中某个物体的力和运动时贝语网校,常采用这种方法。A8s物理好资源网(原物理ok网)

(2)整体研究整个运动过程:常用于所要求的物理量只涉及整个运动过程的情况。A8s物理好资源网(原物理ok网)

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等效方法A8s物理好资源网(原物理ok网)

等效方法是物理学中的一种基本思维方法,其实质是在保证效果相同的条件下,把复杂的情况或过程转化为简单的情况或过程。A8s物理好资源网(原物理ok网)

1. 力的等价性A8s物理好资源网(原物理ok网)

合力与分力是等效的,通过把作用于物体上的多个恒定力等效为一个力,可以将复杂的物理模型转化为相对简单的物理模型,大大降低解决问题的难度。A8s物理好资源网(原物理ok网)

2.运动的等价性A8s物理好资源网(原物理ok网)

由于合成运动与分运动等效,因此,抛射运动可以看作是水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合成运动。A8s物理好资源网(原物理ok网)

“舟渡江”中小船的运动,可以看作是沿水流方向的匀速直线运动与垂直于河岸的匀速直线运动的合成运动。当计算大小不变,方向变化的阻力所作的功,如空气阻力所作的功时,物体做直线运动时,可适用公式W=fS,只不过公式中的S是距离而不是位移。不管物体运动方向如何变化,都可以等效为在恒定力f作用下的单向直线运动。A8s物理好资源网(原物理ok网)

3.物理过程的等效性A8s物理好资源网(原物理ok网)

如果一个研究对象从相同的初状态出发,经过两个不同的过程,最后达到相同的终状态,则这两个过程是等价的。A8s物理好资源网(原物理ok网)

4. 模型等价性A8s物理好资源网(原物理ok网)

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等价性是指互相替代所产生的效果是一样的,利用等价性方法,不仅可以把非理想模型变成理想模型,把复杂问题变成简单问题,而且可以将感性认识上升为理性认识,把一般理性认识升华为更深的层次。A8s物理好资源网(原物理ok网)

在解决问题的过程中,我们用到的最常见、典型的物理模型并不多,比如碰撞模型、人船模型、子弹射击木块模型、卫星模型、弹簧振子模型等等。A8s物理好资源网(原物理ok网)

5.实验原理的等效性A8s物理好资源网(原物理ok网)

在高中物理力学实验中,几乎可以说,没有等效思想,就“无法前行”。A8s物理好资源网(原物理ok网)

在《力的测量》中,基于平衡条件,用等效的观点,我们所要测量的力,相当于弹簧中的弹力,物体所受的重力,相当于平衡状态下物体所受支撑面所受的拉力。A8s物理好资源网(原物理ok网)

在“验证平行四边形力的定律”这个实验中,充分利用了等效概念,用一个力产生的效果等同于用两个力产生的效果——把橡皮筋拉长到某一位置,这样就得到,这个力可以等效于那两个力。A8s物理好资源网(原物理ok网)

等效性在“验证动量守恒定律”实验中的应用已经发挥到了极致,由于小球从同一高度出发,做水平运动,它们在空中的飞行时间是相同的,以飞行时间为单位时间,我们可以用水平距离来表示水平速度,也就是把水平速度等效地用水平距离代替。A8s物理好资源网(原物理ok网)

【例1:】如图所示,半径为R的光滑圆弧槽∠POMA8s物理好资源网(原物理ok网)

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【例二:】如图所示,两个底部面积S相同的圆桶放在同一平面上,桶内盛满水,水面高度分别为h1、h2。已知水的密度为ρ。现将两个桶连接起来,打开桶的阀门K,直至两个桶的水位相等。在此过程中,水的重力势能如何变化?变化量为多少?水的动能如何变化?变化量为多少(忽略阻力)A8s物理好资源网(原物理ok网)

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【解析】本题中,阀门K打开后,左边桶里的水逐渐流向右边桶,直至两桶水位相等,这个过程我们不需要深究,如果观察起始状态和终止状态(比如整个过程就相当于左边桶里高度(h1+h2)/2以上的部分,即阴影部分,移动到右边桶里的阴影部分。A8s物理好资源网(原物理ok网)

这部分水的质量为m=ρS(h1+h2)/2;重心下落的高度为h=(h1-h2)/2;A8s物理好资源网(原物理ok网)

因此,忽略阻力,水的重力势能减少ρgS(h12-h22)/4。水的动能增加ρgS(h12-h22)/4。A8s物理好资源网(原物理ok网)

极值法A8s物理好资源网(原物理ok网)

描述过程的物理量受物理规律或条件的限制,其值只能在一定的范围内才能满足实际的物理问题,在这个范围内,物理量可能存在最大值、最小值或者决定其范围的边界值等一些特殊值。A8s物理好资源网(原物理ok网)

解决极值问题有以下几种方法:A8s物理好资源网(原物理ok网)

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极端思维A8s物理好资源网(原物理ok网)

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极限思维方法是一种比较直观、简便的科学方法高中物理的四个层次是什么,在物理学研究中,经常用来解决某些不能直接验证的实验和规律,例如伽利略在研究一个球沿斜面滚下的运动时,把第二个斜面向外推到它的极限——水平面;A8s物理好资源网(原物理ok网)

在物理练习中,有些题目涉及到比较复杂的物理过程,这些物理过程属于一个较大的物理过程,这个复杂的物理过程需要分解成若干个小的过程,这些小过程的变化比较单一,因此运用极限思维方法,选取整个过程的两个端点和中间的奇异点进行分析,结果就包含了所要讨论的物理过程,使得解题过程简单直观。A8s物理好资源网(原物理ok网)

【例】如下图所示,上方固定一轻弹簧,下方悬挂一质量为m0的平板,平板内有一质量为m的物体,当平板静止时,弹簧的长度比其自然长度伸长l。现在将平板向下拉,使弹簧伸长Δl后停止,然后松手。假设弹簧始终在弹性极限以内,则刚松手时平板对物体的支撑力等于( )A8s物理好资源网(原物理ok网)

【解析】设给定条件下Δl=0,即圆盘没有被拉下,如果放手,弹簧长度不变,圆盘保持静止,圆盘对物体的支撑力应为mg。A8s物理好资源网(原物理ok网)

将Δl=0代入四个备选答案中,只有答案A能得到mg,所以只有答案A正确,本题应选A。A8s物理好资源网(原物理ok网)

图像法A8s物理好资源网(原物理ok网)

使用图形解决物理问题的步骤A8s物理好资源网(原物理ok网)

1、清楚了解纵、横坐标所表示的物理量;A8s物理好资源网(原物理ok网)

2、看图形本身,找出两个物理量的变化趋势,分析具体的物理过程;A8s物理好资源网(原物理ok网)

3、看两个相关量的变化范围和所给的有关条件,明确图形与坐标轴交点、图形斜率、图形与坐标轴所围成的“面积”的物理意义。A8s物理好资源网(原物理ok网)

【例】(2012国家新课程标准)如图所示,在一块木板与一面垂直的墙面之间放置一个小球,设墙面对小球的压力为N1,小球对木板的压力为N2。以小球与墙面连线所成的水平线为轴,将木板从图示位置缓慢转到水平位置。忽略摩擦力,此过程中( )。A8s物理好资源网(原物理ok网)

A.N1 总是减少,N2 总是增加 B.N1 总是减少,N2 总是减少A8s物理好资源网(原物理ok网)

C.N1先增大后减小,N2始终减小;D.N1先增大后减小,N2先减小后增大。A8s物理好资源网(原物理ok网)

【解析】本题考查物体的动态平衡,由对小球受力的分析可知,N1、N2的合力为一个常数,且等于重力的反方向,画出图形,从图中可知,当盘子缓慢旋转时,N1、N2的合力的方向如图所示发生变化,但合力保持不变,故答案为B。A8s物理好资源网(原物理ok网)

临界条件法A8s物理好资源网(原物理ok网)

物理系统由于某种原因而发生突变时的状态称为临界状态。临界状态可以理解为“刚出现”或“刚不出现”两种状态。突变过程是一个由量变到质变的过程。在临界状态前后,系统遵循不同的规律,按照不同的规律运动和变化。A8s物理好资源网(原物理ok网)

如光学中折射的“临界角”、超导中的“临界温度”、核反应中的“临界体积”、光电效应中的极限频率、静摩擦中的最大静摩擦力等等。A8s物理好资源网(原物理ok网)

在中学物理中,这种表述明确的临界值是容易理解和掌握的,但在高考题目中,临界值往往表述不清,必须运用所学的知识去分析临界条件,找出临界值。很多物理问题都涉及到临界问题,分析临界问题的关键就是找出临界状态的条件。A8s物理好资源网(原物理ok网)

解决关键问题通常有两种基本方法:A8s物理好资源网(原物理ok网)

1.以定理、定律为基础高中物理的四个层次是什么,首先找出所研究问题的一般规律和一般解,然后分析、讨论它的特殊规律和特殊解。A8s物理好资源网(原物理ok网)

2.直接分析讨论临界状态及对应的临界值,找出研究问题的规律和解决办法。A8s物理好资源网(原物理ok网)

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