大人物理降温的方法 [用放缩法巧解物理选择题]

  高中物理考试大纲明确要求考生具备应用数学处理物理问题的能力,即能够根据具体问题找到物理之间的数学关系,根据数学的特点、规律进行推导、求解和合理外推,并根据结果作出物理判断、进行物理解释或得出物理结论;能根据物理问题的实际情况和所给条件,恰当运用几何图形、函数图像等形式和方法进行分析、表达;能够从所给图像通过分析找出其所表示的物理内容,用于分析和解决物理问题。
  很多物理问题求解要用到数学的方法,着力培养学生应用数学处理物理问题的能力很必要。如求追赶问题中怎样的情况下相距最近?小球从斜面下来怎样可以使时间最短?拉着物体在水平面上匀速运动怎样施力可以使所加力最小?在电路中,怎样可以使电阻消耗的功率最大?在电场中,哪一点的电场强度最大?会利用函数法即二次函数配方法、三角函数法、重要不等式法。在解决平衡问题中我们会用到相似三角形、正弦定理,有时还会用到数学中的轨迹方程、求导等。
  在有些题目中根据物理问题的实际情况,巧用放缩法(不定式)解,既简便又体现了物理变化的实质,还能考查灵活考查学生的理解能力、推理能力、分析综合能力,更能考查灵活应用数学知识处理问题的能力。现举两例如下。
  例1(2009・上海・5):小球由地面竖直上抛,上升的最大高度为H,设所受阻力大小恒定,地面为零势能面。在上升至离地高度h处,小球的动能是势能的2倍,在下落至离地高度h处,小球的势能是动能的2倍,则h等于() 。
  A.H/9 B.2H/9.C.3H/9D.4H/9
  解(一般的解法):
  设小球的初动能为Ek,阻力为f,根据动能定理,
  上升到最高点,有(mg+f)H=Ek,①
  上升到离地面h点,有(mg+f)h=Ek-Ek,②
  其中E=2mgh,
  从最高点到下落到离地面h点,有(mg-Ff)(H-h)=E,③
  其中E=mgh/2,
  由①②③得h=4H/9
  ③式中涉及几个物理量,整理起来比较繁琐,有时候甚至解不出来或出错误。但是用放缩法就显的很简单。利用到的物理原理是由于阻力做负功,机械能一直在减少,机械能等于动能和重力势能之和。利用的数学方法是不等式。
  解(放缩法巧解选择题):
  上升到离地面h点时的机械能E=mgh+2mgh=3mgh,
  上升到最高点时的机械能E=mgH,
  在下落至离地高度h处时的机械能E=mgh+mgh
  由于有阻力,机械能一直在减少,因此E>E>E,
  则H/3<h<2H/3,在这个范围内只能选D。
  例2(高一物理教材中的一道题的变式):如图所示,一物体从斜面上高为h处的A点由静止滑下,滑至斜面底端B时,因与水平面碰撞仅保留了水平分速度而进入水平轨道,在水平面上滑行一段距离后停在C点,测得A、C两点间的水平距离为x,设物体与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ,则()。
  A.μ> B.μ<
  C.μ= D.无法确定
  用放缩法,若在B处无机械能损失,则有mgh=μmgx,又因为X>X,故B正确。很简洁。如果用常规方法会较麻烦,费时并易错。
  怎么会想到用放缩法呢?首先能准确分析在变化中各物理量间的关系,能预见常规解法比较麻烦,具有运用数学方法解决物理问题的能力。要灵活地用放缩法解题,就要熟练掌握基本的物理定律、定理。教师要培养学生发散思维的能力,可以多进行一题多解、一题多变、一图多题的教学,提高学生解题的灵活性。
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