備考高考物理一輪金牌訓練 第二部分 專題七 第1講　高中物理常用解題方法(一)——圖象法、假設法、等效法、整體法和隔離法課件

第二部分 學科特色專題突破專題七 高中物理常用解題方法解物理習題是學好物理的重要環(huán)節(jié)，它在建立和發(fā)展同學們的物理認知結構，形成和提高同學們的物理思維能力等方面有著不可替代的作用思維是掌握知識的重要心理過程，在感知事物的基礎上，通過思維可以認識事物的本質和內在規(guī)律用物理思維方法指導解題有助于創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和創(chuàng)造性思維的發(fā)展在高考復習中，同學們如果注重使用科學思維方法來指導解物理習題，就能起到出奇制勝的效果，并且能從中體會到學習物理的樂趣本講將著重探討圖象法、極端法、假設法、整體法和隔離法、等效法、對稱法、全過程法、逆向思維法、遞推法等方法在解物理題中的應用第1講高中物理常用解題方法(一)圖象法、假設法、等效法、整體法和隔離法圖象法方法簡介：在高考的能力要求中“能應用圖象進行分析”，圖象表達是處理物理問題能力的一個重要方面在歷屆的高考中，均有一定數(shù)量的圖形考查題出現(xiàn)，且占有相當大的分值比例，所以學會識圖、畫圖和用圖就變得尤為重要力學中主要包括位移時間圖象(st 圖象)、速度時間圖象(vt 圖象)等；電學中的有電場線分布圖、磁感線分布圖、等勢面分布圖、交流電圖象等；還有氣體圖象 pV 圖、VT 圖、pT 圖等；在實驗中也涉及不少圖象，如驗證牛頓第二定律時要用到 aF 圖象、a1/m 圖象，用“伏安法”測電阻時要畫出 IU 圖象，測電源電動勢和內阻時要畫 UI圖象等；在各類習題中圖象問題也是頻頻出現(xiàn)，更有些圖象是教材中未曾出現(xiàn)過的，如力學中 Ft 圖，電磁感應中的t 圖、Et 圖等處理圖象問題的關鍵是搞清圖象所揭示的物理規(guī)律或物理量間的函數(shù)關系，全面系統(tǒng)地看懂圖象中的“軸”、“線”、“點”、“斜率”、“面積”、“截距”等所表示的物理意義在運用圖象法求解物理問題時，還需要具有將物理現(xiàn)象轉化為圖象問題的能力運用圖象解答物理問題包括運用題目給定的圖象解答物理問題及根據(jù)題設去作圖、運用圖象解答物理問題兩個方面【例 1】(2009 年山東卷)某物體做直線運動的 vt 圖象如圖 711 所示，據(jù)此判斷四個選項中(F 表示物體所受合力，x 表示物體的位移)正確的是()圖 711解析：由圖甲可知前兩秒物體做初速度為零的勻加速直線運動，所以前兩秒受力恒定；2 s4 s 做正方向勻減速直線運動，所以受力為負，且恒定；4 s6 s 做負方向勻加速直線運動，所以受力為負，恒定；6 s8 s 做負方向勻減速直線運動，所以受力為正，恒定；綜上分析 B 正確答案：B1如圖 712 所示，一寬為 40 cm 的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里一邊長為 20 cm 的正方形導線框位于紙面內，以垂直于磁場邊界的恒定速度 v20 cm/s 通過磁場區(qū)域，在運動過程中，線框有一邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行取它剛進入磁場的時刻 t0，在下列圖線中，正確反映感應電流隨時間變化規(guī)律的是()圖 712解析：可將切割磁感應線的導體等效為電源按閉合電路來考慮，也可以直接用法拉第電磁感應定律按閉合電路來考慮. 當導線框部分進入磁場時，有恒定的感應電流，當整體全部進入磁場時，無感應電流，當導線框部分離開磁場時，又能產(chǎn)生相反方向的感應電流，所以應選 C.答案：C假設法方法簡介：物理學和數(shù)學一樣，如果題設的條件不充分，或者不明顯，就會給解題帶來很大困難問題比較簡單，可以通過分析類比來作出判斷問題比較復雜，則很難用分析類比來作出正確判斷，此時可以考慮采用假設法采用假設法解題時，一般應首先按題意作出合理假設，然后運用物理規(guī)律按正常步驟解題，如果得出的結果與預先的假設出現(xiàn)矛盾，說明這個假設是錯誤的，這時，一般應另辟蹊徑重新作出假沒，直至與題意不出現(xiàn)矛盾為止必要時還需作出討論，以便選出完全符合題意的正確答案相對來說，用假設法解題比采用其他方法要繁瑣一些，但對一些比較困難的題目，仍不失為一種有效的方法，它有利于我們拓展思維，提高分析、解決問題的能力【例 2】如圖 713 所示，甲、乙兩物體的質量分別為 m12 kg，m23 kg，疊放在水平桌面上已知甲、乙間的動摩擦因數(shù)為10.6，乙與水平桌面間的動摩因數(shù)為20.5，現(xiàn)用水平拉力 F 作用于物體乙上，使兩物體一起沿水平方向向右做勻速直線運動，如果運動中 F 突然變?yōu)榱?，則甲在水平方向上的受力情況為(g 取 10 m/s2)(A大小為 12 N，方向向右B大小為 12 N，方向向左C大小為 10 N，方向向右D大小為 10 N，方向向左)圖 713解析：當 F 突變?yōu)榱銜r，可假設甲、乙兩物體一起沿水平方運動，則它們運動的加速度可由牛頓第二定律求出由此可以求出甲所受的摩擦力若此摩擦力小于它所受的滑動摩擦力，則假設成立，反之不成立假設甲、乙兩物體一起沿水平方向運動，對于乙，由牛頓第二定律得：圖 53f2(m1 m2)a f2N22(m1 m2)g 由得：a5 m/s2如圖 53 可得甲受的摩擦力為 f1m1a10 N因為 fmax1m1g12 Nf1fmax所以假設成立，甲受的摩擦力為 10 N，方向向左應選 D.答案：D等效法方法簡介：等效法是科學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，它可以把復雜的物理現(xiàn)象、物理過程轉化為較簡單的物理現(xiàn)象、物理過程來進行研究和處理，其目的是通過轉換思維活動的作用對象來降低思維活動的難度用等效法研究問題時，并非指事物的各個方面效果都相同，而是強調某一方面的效果，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物理中，我們通常可以把所遇到的等效分為：物理量等效、物理過程等效、物理模型等效【例 3】如圖 714 所示，絕緣光滑軌道 AB 部分是傾角為 30的斜面，AC 部分為豎直平面上半徑為 R 的圓軌道，斜面與圓軌道相切整個裝置處于場強為 E、方向水平向右的勻強電場中現(xiàn)有一質量為 m 的帶正電，電量為 q小球，要使小球能安全通過圓軌道，在 O 點的初速度至少為多大？圖 714解析：運動特點：小球先在斜面上運動，受重力、電場力、支持力作用，然后在圓軌道上運動，受到重力、電場力，軌道作用力作用，且要求能安全通過圓軌道對應聯(lián)想：在重力場中，小球先在水平面上運動，重力不做功，后在圓軌道上運動的模型：過山車等效分析：如圖 715 甲所示，對小球受電場力和重力，將電場力與重力合成視為等效重力 mg，大小為：，得30，于是等效重力方向為垂直斜面向下，即小球在斜面上運動，等效重力不做功小球運動可類比為重力場中的過山車模型圖 715規(guī)律應用：分析重力中的過山車運動，要過圓軌道存在一個最高點，在最高點重力提供向心力(不能大于向心力)，只要能過最高點就能安全通過圓軌道如果將斜面順時針轉30，就成了如圖乙所示的過山車模型，最高點應為等效重力方向上直徑對應的點 B，則 B 點應滿足“重力”剛好提供向2一條長為 l 的細線上端固定在 O 點，下端系一個質量為 m 的小球，將它置于一個很大的勻強電場中，電場強度為 E，方向水平向右，已知小球在 B 點時平衡，細線與豎直線的夾角為，如圖 716 所示，求：(1)當懸線與豎直線的夾角為多大時，才能使小球由靜止釋放后，細線到豎直位置時，小球速度恰好為零？(2)當細線與豎直線的夾角為時，至少要給小球一個多大的沖量，才能使小球在豎直面內做圓周運動？圖 716解：本題是一個帶電粒子在勻強電場和重力場中運動的綜合問題，在處理時，由于電場力和重力都是恒定的，所以可以將勻強電場和重力場看成一個復合場對小球在 B 點的受力分析如圖 54 所示，由于小球是在勻強電場和重力場的復合場中運動，其等效重力加速度(復合場場強)小球的運動類比為一單擺，B 點為單擺的平衡位置要使豎直位置為最大位移處，由對稱性即可知：懸線與豎直線的夾角為2.繩系小球在勻強電場和重力場的復合場中做圓周運動的條件與在重力場中類似，只不過運動時其等效“最低”點是 B，其等效“最高”點是與等效“最低”點 B 以 O 點為對稱的 D 點，其等效重力加速度(復合場場強)為 g，所以小球要求能夠在豎直面內做圓周運動，在等效“最高”點 D 的圖 54整體法和隔離法方法簡介：在解答物理問題時，往往會遇到有相互作用的兩個或兩個以上的物體所組成的比較復雜的系統(tǒng)分析和解答這類問題時，確定研究對象是關鍵對系統(tǒng)內的物體逐個隔離進行分析的方法稱為隔離法；把整個系統(tǒng)作為一個對象進行分析的方法稱為整體法隔離法的優(yōu)點在于能把系統(tǒng)內各個物體所處的狀態(tài)、物體狀態(tài)變化的原因以及物體間相互作用關系分析清楚，能把物體在系統(tǒng)內與其他物體相互作用的內力轉化為物體所受的外力，以便應用牛頓第二定律進行求解；缺點是涉及的因素多，比較繁雜整體法的優(yōu)點是只需分析整個系統(tǒng)與外界的關系，避開了系統(tǒng)內部繁雜的相互作用，更簡潔地展現(xiàn)出物理量間的關系；缺點是無法討論系統(tǒng)內部的情況一般地說，對于不要求討論系統(tǒng)內部情況的，首選整體法，解題過程簡明、快捷；要討論系統(tǒng)內部情況的，必須運用隔離法實際應用中，隔離法和整體法往往需要交替使用【例 4】如圖 717 所示，質量為 M 的框架放在水平地面上，一個輕質彈簧固定在框架上，下端拴一個質量為 m的小球當小球上下振動時，框架始終沒有跳起，在框架對)地面的壓力為零的瞬間，小球加速度大小為(圖 717解析：解法一：分別以框架和小球為研究對象，當框架對地面的壓力為零時作受力分析如圖 55 所示圖 55對框架：FMg對小球：mgFma所以 a(Mm)g/m.方向向下解法二：以框架和小球整體為研究對象，框架和小球所受的重力為(Mm)g，框架對地的高度不變，其加速度為零，故合外力提供小球做加速運動所需的外力，對系統(tǒng)由牛頓第二定律有：(Mm)gma.答案：D3有一個直角支架 AOB，AO 水平放置，表面粗糙，OB 豎直向下，表面光滑，AO 上套有小環(huán) P，OB 上套有小環(huán) Q，兩環(huán)質量均為 m，兩環(huán)間有一根質量可忽略、不可伸長的細繩相連，并在某一位置平衡，如圖 718 所示，現(xiàn)將 P 環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達到平衡，那么將移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)相比較，AO 桿對 P 環(huán)的支持力 FT 和細繩上的拉力 FN 的變化情況是()圖 718AFN 不變，F(xiàn)T 變大BFN 不變，F(xiàn)T 變小CFN 變大，F(xiàn)T 變大DFN 變大，TT 變小解析：先用隔離法，對環(huán) Q：因 OB 桿光滑，故細繩拉力 FT 的豎直分量等于環(huán)的重力，當 P 環(huán)向左移動一小段時，細繩與豎直方向的夾角變小，故細繩的拉力 FT 變小再用整體法，對兩環(huán)和細繩構成的系統(tǒng)：豎直方向只受到OA 桿的支持力FN 和兩環(huán)的重力，故在P 環(huán)向左移動一小段距離后，F(xiàn)N 保持不變，故應選 B.答案：B點評：(1)繩的拉力還可用極端法分析，當 P 環(huán)移到最左端 O 時，F(xiàn)T 最小，F(xiàn)Tmg.當環(huán)移到細繩接近于水平時，F(xiàn)T趨于無窮大，故知，環(huán) P 向左移動，F(xiàn)T 變小(2)還可以隔離環(huán) P，分析其受到的摩擦力的變化情況，P 環(huán)左移，F(xiàn)T 變小，細繩與 OA 的夾角變大，故 FT 的水平分量變小，P 環(huán)的靜摩擦力變小4(雙選)如圖 719 所示，疊放的 a、b、c 三塊粗糙物塊，其上面的接觸處均有摩擦，但摩擦系數(shù)不同，當 b 物體受到一水平力 F 作用時，a 和 c 隨 b 保持相對靜止，做向右的加速運動，此時()Aa 對 c 的摩擦力的方向向右Bb 對 a 的摩擦力的方向向右Ca 對 b、a 對 c 的摩擦力大小相等圖 719D桌面對 c 的摩擦力大于 a、b 間的摩擦力解析：本題考查運動學與動力學結合問題及“整體法”與“隔離法”的綜合應用根據(jù)物體的運動情況判斷物體的受力情況，再根據(jù)物體間的相互作用關系判斷另一物體的受力情況解此題的關鍵是選好研究對象先隔離 c 物體，受力如圖 56 所示，整體向右做勻加速運動，因此 a 對 c 的摩擦力方向向右，所以 A 正確；再隔離 a 物體，根據(jù)牛頓第三定律，c 對 a 的摩擦力方向向左，而 a 的加速度方向向右，根據(jù)牛頓第二定律可知，b 對 a 的摩擦力方向應向右，并且Fba Fca，故 B 正確，而 C 不正確；通過研究 c 物體可以看出，桌面對c 的摩擦力小于 a、c 間的摩擦力，故 D 不正確正確選項為AB.圖 56答案：AB