迈好高中物理解题第一步

2014-05-28 04:23吴伟
理科考试研究·高中 2014年5期
关键词:圆盘斜面电场

吴伟

古人云:“千里之行,始于足下”。在解题过程中,正确审题是解题的基础和关键,也是进行正确解题迈出的第一步。高中物理的学习对学生有一定难度,因为它涉及的知识面很广,包括多学科的融合和衔接。学生必须具有较高的综合素质,才可以更有效地学好高中物理,从而在解题过程中,充分利用相应的解题技巧,根据物理规律,取得最后的胜利。然而日常的学习和考试过程中,笔者发现,学生在解答的过程中,所需的物理规律和公式都很清楚,却因为没有谨慎地审题而没有得到正确的答案。可见,审题是正确解题,获取胜利的第一步。这需要教师在平时的教学中,引导学生学会审题、正确审题,才能提升学生的思维品质,迈好高中物理解题的第一步。

一、正确解读,确立目标

当我们看到题目时,需要从题目的表述中提取核心信息,包括数据,文字等,为正确解题打下良好的基础。首先就需要确产生的感应电动势U0=Bdv,通过R上的电流同上。

上述两种解法从带电粒子在磁场中的运动和电磁感应的不同角度出发,运用了二力平衡和电磁感应定律这两个不同的物理规律,能拓宽解题的思路,提高解题的灵活性,使知识的应用能力得到增强。

2。一题多答案

例2在一个边长为L的正方形ABCD区域内存在着场强为E的匀强电场,电场方向平行于纸面并且与正方形的一边平行。一个电量为q质量为m带正电的粒子(重力不计)以初速度v0从AB边的中点并垂直AB边进入电场,如图2所示。试求带电粒子离开电场时的速度多大?

解析由于只知道匀强电场方向平行于纸面并且与正方形的一边平行,因此电场可能沿水平方向或竖直方向。所以本题存在多种可能性,解答不唯一,解题结果存在多个答案。

(1)当电场沿水平方向并向右时,带电粒子做匀加速直线运动,根据动能定理

qEL=112mv2-112mv20可得到粒子离开电场时的速度v

(2)当电场沿水平方向并向左时,带电粒子向右做匀减速直线运动,可能由右侧射出,由-qEL=112mv2-112mv20可得到v也有可能向右减速后返回,由左侧射出,其速度大小仍为v0

(3)当电场沿竖直方向时,带电粒子做类平抛运动,可能由右侧射出,或由上下两侧射出。

当由右侧射出时,根据平抛运动的分解得vx=v0,vy=at=qE1m·L1v0 则由v=v2x+v2y 可得答案。当由上侧(或下侧)射出时,根据动能定理qEL12=112mv2-112mv20,可求得答案。

点评这是一道发散型问题,由于其电场方向不明确,从而导致最后的结果有多种可能性。解题中通过对问题的发现、比较、概括、甄别、分析和判断,深入探究、主动思考,学会对物理问题分析要全面与完整。通过此类题型的训练,对培养和增强发散思维能力大有好处。因此一题多解是拓宽解题思路,培养分析问题能力、问题的变通能力最有效手段之一。

二、一题多变, 开阔视野

解物理题时通过一题多变的训练,对物理问题从不同的角度、不同方面深入探究,扩大知识容量,做到以点带面、举一反三、触类旁通,加深物理基本概念和规律的理解与巩固,学会从不同角度来思考、分析物理问题,开阔解题视野,培养和提高发散思维的能力和知识的迁移能力,提高思维的品质,增强创新能力。

例3一个水平放置的圆盘绕竖直轴以角速度ω匀速转动,若盘面是光滑的,在上面放置一个质量为m小物块,用长度为L的细线连接于转轴上使其随圆盘一起转动,如图3所示。求细线上的拉力多大?

变式1若圆盘表面不光滑,其动摩擦因数为μ,当圆盘的角速度ω在逐渐增大的过程中,问:角速度ω多大时,细线上出现拉力?

变式2若在圆盘上放置两个物体M和m,它们与圆盘的动摩擦因数都为μ,物体间用长度为L的细线连接,物体M距圆盘中心为r,如图4所示。当圆盘的角速度ω在逐渐增大的过程中,问:(1)角速度ω多大时,细线上出现拉力?

(2)角速度ω多大时,物体M刚要开始滑动?

(3)当物体M刚要开始滑动还没滑动时,剪断物体间的细线L,两物体将如何运动?

变式3如图5所示,水平圆盘中间有光滑小孔,可绕竖直轴转动,两物体质量分别为M、m,用细线通过光滑小孔连接,物体M与圆盘间的动摩擦因数为μ

点评对于一些物理问题,借题发挥,在原题基础上进行适当的拓展和延伸,提出新的问题进行深入地思考和探究,可以进一步开阔解题视野,拓宽解题思路,对物理问题的研究不断深入,同时也更为灵活,从而对物理知识的理解更为深化,掌握得更为牢靠。立目标,对目标进行分析。以力学题目为例,开始解答之前,结合题目的情景描述和所需要解决的问题确立所需要研究的目标,可能是一个,也可能是多个具有相互关联的物体,然后对目标进行受力分析。

我们以一个例题进一步地说明。

案例1一个质量是M,倾斜角是θ的斜面体放在粗糙的水平面上,将一个质量是 的小球放在斜面体的光滑斜面上加速下滑,如图1所示,请问在小球下滑的过程中,斜面体受水平地面支持力和静摩擦力分别是多少?

解析通过审题很容易知道,小球沿着光滑斜面下滑中,加速度是a,方向和斜面平行且向下。因为斜面光滑,所以不涉及物体与斜面之间的正压力和摩擦力,只要计算物体和斜面组成的整体系统受地面对整体系统的摩擦力和支持力。对于本题,可以进行整体受力分析。由牛顿第二定律,得到

ΣFx=f=macosθ=mgsinθcosθ

所以斜面体受水平地面的静摩擦力是mgsinθcosθ,也可以写成112mgsin2θ。同理,有方程式

ΣFy=(M+m)g-N=masinθ=mgsin2θ。

则斜面体受水平地面支持力是(M+m)g-mgsin2θ。

上述案例中可以发现,正确分析题意,确立某个物体或多个有相互联系、依赖的物体作为一个整体目标来进行受力分析,可以简化解题过程,减少犯错的几率。

二、抽象模型,发展思维

通过对近些年高中物理考题的分析发现,一些来自于生活实际,用于考察学生对物理规律或者公式的掌握程度的题目成为学生们头痛的难点。这类题的解题关键,是能把题目描述的情景用高中物理中的符号进行精确表示,接着再进行常规的解题步骤。这要求老师日常教学中,将教材上的知识用相应的物理模型来表示,让学生熟悉如何建立模型来简化问题的处理。以下面两个例题来做更深入的分析。

案例2一个光滑的圆弧形轨道固定在水平地面上,圆弧 对应圆心角度数不足10度。有两个完全相同的小球 、 分别以静止状态从圆弧轨道的顶端和正中开始下滑,如图2所示。 两个小球到达底端的时间分别是ta、tb,请问二者之间的关系。

解析通过题目给出的数据,容易想到高中物理中的单摆模型,因为圆弧 对应圆心角度数不足10度,所以两个小球在轨道上的运动相当于单摆的简谐运动,运动时间都是四分之一周期,所以ta=tb。

案例3 小明参加跳绳比赛,一分钟内小明跳绳180次。现在假设小明每次跳绳过程中,脚在地面上停留的时间占他一次完整跳跃时间的 2/5,小明体重50千克,请问在上述条件下,小明跳绳时,克服重力做功的平均功率是多少?( g=10 m/s2)

解析这是一道求竖直上抛运动的题目,乍一看感觉有些摸不到头脑,不知从哪里入手。可以引导学生先将题目中的描述转化为我们熟悉的高中物理中知识或模型。题目需要求解重力做功的平均功率,我们可以从跳绳时重力势能的变化入手。需要知道小明跳绳时重心变化的距离,这个距离可以通过题目中已知的跳绳时间求解。这样,就将题目描述的场景抽象为学生所熟悉的竖直上抛运动模型,如图3所示。题目的解决一下就简单了。因为小明一分钟可以跳绳180次,每次跳绳中,脚与地面接触的时间占总时间的2/5,所以小明上升的时间

t=112×(1-215)×601180s=0。1 s,

重心变化的距离h=112gt2=0。05 m,

则小明跳绳时,克服重力做功的平均功率

p=mgh1t总=50×10×0。05160/180W=75 W。

通过上述二则案例可以发现,通过抽象模型能够大大简化问题的求解,并且提高学生解决实际问题的能力。因此,平时教学中,一定要着重培养学生用物理模型思维。

三、明确始末状态,确定各力做功

在确立了目标,抽象出模型之后,就需要明确研究目标的状态。高中物理中,状态包括很多种情景,以力学为例,包括平衡和非平衡两种状态。无论哪种状态都由研究目标受到的合力所影响。状态和受力相互依存,所以需要明确目标的受力和状态,帮助更好地解决问题。以下面一个简单的例子进行说明。

案例3A和B是竖立在地面上相距4米的两根杆子,一根长为5米的绳子分别系在两根杆子的顶端。一个光滑轻质的挂钩勾着10 N的物体挂在绳上,如图4所示。请问达到平衡状态时,绳中的张力是多少?

解析这是一道求共点力平衡的题目,首先要明确共点力、平衡状态和共点力作用下的物体的平衡条件。然后运用解决平衡问题的常用方法,明确始末状态,确定各力做功。本题中,可以选定不同的研究目标,进行受力分析,进而做出解答。比如选定挂钩作为研究目标,通过分析,运用图解法,可以得到挂钩的受力图,如图5所示。其中 是绳子与水平线的夹角α。因为受力平衡,所以可以得到2Tsinα=F,其中T是要求的张力,F=12 N。将AO延长至D,已知绳长5米,两根杆子相距4米,所以sinα=315,则T=10N。

总之,正确审题在解题中的重要性不言而喻。教师在平时的练习中有意识地培养学生认真审题、规范答题习惯,根据题目中给出的具体数值和已知条件,剔除无关信息,找出隐含的与待求解问题间接的关系,克服思维定势,作出正确的示意图,确立解题思路,踏踏实实迈好解题的第一步。endprint

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