物理問題的一般分析方法

2021-03-25 14:44:28 字數 4866 閱讀 7999

命題趨勢

與原來的考試不同,「綜合能力測試」多以現實生活中有關的理論問題和實際問題立意命題,要求更加真實和全面地模擬現實。試題要求學生的能力主要不是對事物的結局或某一側面進行描述,而是注重對事物整體的結構、功能和作用的認識,以及對事物發展過程的分析理解。解答這類問題,構建物理模型是關鍵,而且是難點。

由於情境的新穎,原來儲存在頭腦中的模型無法直接應用,完全要憑藉自己的思維品質來構建模型,對考生的能力是乙個極大的考驗。實際上這也是命題者的用心所在,因為考生構建模型的情況,能真實地反映他的理解能力、分析綜合能力、獲取知識的能力等多種能力。

知識概要

互相關聯的物理狀態和物理過程構成了物理問題,解決物理問題的一般方法可歸納為以下幾個環節:

在這幾個環節中,根據問題的情景構建出物理模型是最關鍵的、也是較困難的環節。由問題情景轉化出來的所謂「物理模型」,實際上就是由理想的物件參與的理想的過程。如質點的自由落體運動、質點的勻速圓周運動、單擺的簡諧運動、點電荷在勻強電場中的運動、串並聯電路等等。

這種物理模型一般由更原始的物理模型構成。原始的物理模型可分為如下兩類:

所謂「建模」就是將帶有實際色彩的物理物件或物理過程通過抽象、理想化、簡化和模擬等方法轉化成理想的物理模型。正確構建物理模型應注意以下幾點:

(1)養成根據物理概念和物理規律分析問題的思維習慣。結合題目描述的現象、給出的條件,確定問題的性質;同時抓住現象的特徵尋找因果關係。這樣能為物理模型的構建打下基礎。

(2)理想化方法是構建物理模型的重要方法,理想化方法的本質是抓住主要矛盾,近似的處理實際問題。因此在分析問題時要養成比較、取捨的習慣。

電場、磁場和能量轉化

命題趨勢

電場、磁場和能量的轉化是中學物理重點內容之一,分析近十年來高考物理試卷可知,這部分知識在高考試題中的比例約佔13%,幾乎年年都考,從考試題型上看,既有選擇題和填空題,也有實驗題和計算題;從試題的難度上看,多屬於中等難度和較難的題,特別是只要有計算題出現就一定是難度較大的綜合題;由於高考的命題指導思想已把對能力的考查放在首位,因而在試題的選材、條件設定等方面都會有新的變化,將本學科知識與社會生活、生產實際和科學技術相聯絡的試題將會越來越多,而這塊內容不僅可以考查多學科知識的綜合運用,更是對學生實際應用知識能力的考查,因此在複習中應引起足夠重視。

能量及其相互轉化是貫穿整個高中物理的一條主線,在電場、磁場中,也是分析解決問題的重要物理原理。在電場、磁場的問題中,既會涉及其他領域中的功和能,又會涉及電場、磁場本身的功和能,相關知識如下表:

如果帶電粒子僅受電場力和磁場力作用,則運動過程中,帶電粒子的動能和電勢能之間相互轉化,總量守恆;如果帶電粒子受電場力、磁場力之外,還受重力、彈簧彈力等,但沒有摩擦力做功,帶電粒子的電勢能和機械能的總量守恆;更為一般的情況,除了電場力做功外,還有重力、摩擦力等做功,如選用動能定理,則要分清有哪些力做功?做的是正功還是負功?是恒力功還是變力功?

還要確定初態動能和末態動能;如選用能量守恆定律,則要分清有哪種形式的能在增加,那種形式的能在減少?發生了怎樣的能量轉化?能量守恆的表示式可以是:

①初態和末態的總能量相等,即e初=e末;②某些形勢的能量的減少量等於其他形式的能量的增加量,即δe減=δe增;③各種形式的能量的增量(δe=e末-e初)的代數和為零,即δe1+δe2+…δen=0。

電磁感應現象中,其他能向電能轉化是通過安培力的功來量度的,感應電流在磁場中受到的安培力作了多少功就有多少電能產生,而這些電能又通過電流做功轉變成其他能,如電阻上產生的內能、電動機產生的機械能等。從能量的角度看,楞次定律就是能量轉化和守恆定律在電磁感應現象中的具體表現。電磁感應過程往往涉及多種能量形勢的轉化,因此從功和能的觀點入手,分析清楚能量轉化的關係,往往是解決電磁感應問題的重要途徑;在運用功能關係解決問題時,應注意能量轉化的來龍去脈,順著受力分析、做功分析、能量分析的思路嚴格進行,並注意功和能的對應關係。

如圖所示,電動機牽引一根原來靜止的、長l為1m、質量m為0.1kg的導體棒mn上公升,導體棒的電阻r為1ω,架在豎直放置的框架上,它們處於磁感應強度b為1t的勻強磁場中,磁場方向與框架平面垂直。當導體棒上公升h=3.

8m時,獲得穩定的速度,導體棒上產生的熱量為2j,電動機牽引棒時,電壓表、電流錶的讀數分別為7v、1a,電動機內阻r為1ω,不計框架電阻及一切摩擦,求:

(1)棒能達到的穩定速度;

(2)棒從靜止至達到穩定速度所需要的時間。

解題方法與技巧:(1)電動機的輸出功率為: w

電動機的輸出功率就是電動機牽引棒的拉力的功率,所以有

其中f為電動機對棒的拉力,當棒達穩定速度時

感應電流

由①②③式解得,棒達到的穩定速度為m/s

(2)從棒由靜止開始運動至達到穩定速度的過程中,電動機提供的能量轉化為棒的機械能和內能,由能量守恆定律得:

解得 t=1s

基本實驗儀器的使用和基本實驗方法

知識概要

(一)基本儀器的使用

基本儀器是指通用性強,在各種實驗中經常用到的儀器。中學階段,要求掌握的基本儀器如下:

測量長度的儀器------刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器

測量質量的儀器------天平

測量時間的儀器------打點計時器、秒錶

測量力的儀器-----彈簧秤

測量溫度的儀器------溫度計

測量電學量儀器------電流錶、電壓表、多用電表

電學控制儀器------滑動變阻器、變阻箱、開關

對以上這些儀器,要理解結構原理、規格和主要引數,知道使用方法、注意事項、讀數和精度等。

1、理解儀器的工作原理。這能使我們靈活的使用儀器和分析問題。例如,理解10分度的游標卡尺,也就能理解和使用20分度和50分度的游標卡尺。

2、熟悉儀器使用時的注意事項。這往往是高考實驗題的考點。注意事項一般是這樣幾方面:

①可能危及儀器安全的。如:螺旋測微器,在小砧快接觸工件時,應改用微調旋鈕,以免損壞精密螺桿。

②可能增大誤差的。如使用螺旋測微器,讀數時要注意半公釐刻度;測量儀器使用前,要調整零位(如彈簧秤、各種電表)。③使用時容易忽略的。

最容易忽略的是儀器使用前的調整和使用後的復位。如:使用歐姆表,要機械調零和電阻檔調零,換檔後要重新進行電阻檔調零,使用完畢要復位。

3、正確選擇量程。大的量用小量程,會損毀儀表;小的量用大量程,會增大誤差。選擇量程的原則是:

在測量值不超過量程的前提下,選用盡量小的量程;在完全不清楚測量值的情況下,試用最大量程,再視情況逐漸減小量程。如電流錶和電壓表一般要求指標能偏轉到刻度盤的以上;歐姆表指標應在範圍內, 為刻度盤中心阻值。

4、掌握測量儀器的讀數方法。主要是估讀問題,大部分刻度儀器讀數時都需要估讀。如刻度尺和溫度計,要估讀到最小刻度的;螺旋測微器要估讀到可動刻度的。

(二)基本實驗方法

圍繞實驗的設計原理、誤差控制、資料處理三個環節,都有它們自己的一些有普遍意義的方法,在中學階段涉及的主要是以下一些方法:

1、設計實驗原理

(1)控制變數法。如:在「驗證牛頓第二定律的實驗」中,加速度、力和質量的關係控制。在「研究單擺的週期」中,擺長、偏角和擺球質量的關係控制。

(2)近似替代法。用伏安法測電阻時,選擇了合適的內外置方法,一般就忽略電表的非理想性。

(3)等效替代法。某些量不易測量,可以用較易測量的量替代,從而簡化實驗。在「驗證碰撞中的動量守恆」的實驗中,兩球碰撞後的速度不易直接測量,在將整個平拋時間定為時間單位後,速度的測量就轉化為對水平位移的測量了。

(4)模擬法。當實驗情景不易或根本無法創設時,可以用物理模型或數學模型等效的情景代替,儘管兩個情景的本質可能根本不同。「描繪電場中的等勢線」的實驗就是用電流場模擬靜電場。

(5)微小量放**。微小量不易測量,勉強測量誤差也較大,實驗時常採用各種方法加以放大。卡文迪許測定萬有引力恒量,採用光路放大了金屬絲的微小扭轉;在觀察玻璃瓶受力後的微小形變時,使液體沿細玻璃管上公升來放大瓶內液面的上公升。

2、控制實驗誤差

(1)多次測量法。多次測量法減小偶然誤差,這是所有實驗必須採取的辦法,也是做實驗應具有的基本思想。

(2)積累法。一些小量直接測量誤差較大,可以累積起來測量,以減小誤差。「用單擺測定重力加速度」的實驗中,為了減小週期的測量誤差,不是測量完成一次全振動的時間,而是測量完成30~50次全振動的時間。

3、資料處理

(1)逐差法。這就是用打點計時器打出的紙帶計算加速度時用到的方法,這種方法充分利用了測量資料,具有較好的取平均的效果。

(2)圖象法。能從圖象清楚看出物理量間的關係,在「描繪小燈泡伏安特性曲線」的實驗中,採用了這種方法得出電阻與溫度有關的結論;可用圖象法求物理量的值,在「測定電源電動勢和內阻」的實驗中用圖象法來求e和不僅有取平均的效果,還可以剔除個別有錯誤的測量資料。

提供電壓

(1)限流法。如圖1,選擇合適的滑動變阻器串接在電路中,用它來改變電流,以控制負載電壓。

圖1圖2

(2)分壓法。如圖2,當滑動變阻器的電阻小於負載電阻時,可用此法調控電壓。

考題回顧

現有一塊59c2型的小量程電流錶g(表頭),滿偏電流為50,內阻約為

800~850,把它改裝成1ma、10ma的兩量程電流錶。

可供選擇的器材有:

滑動變阻器r1,最大阻值20; 滑動變阻器,最大阻值100k

電阻箱,最大阻值定值電阻,阻值1k;

電池e1,電動勢1.5v;電池,電動勢3.0v;電池,電動勢4.5v;(所有電池內阻均不計)

標準電流錶a,滿偏電流1.5ma;

單刀單擲開關s1和s2,單刀雙擲開關s3,電阻絲及導線若干。

(1)採用如圖1所示電路測量表頭的內阻,為提高測量精確度,選用的滑動變阻器為選用的電池為

圖1(2)將g改裝成兩量程電流錶。現有兩種備選電路,示於圖2和圖3。圖為合理電路,另一電路不合理的理由是

圖2圖3

(3)將改裝後的電流錶與標準電流錶逐格進行核對(僅核對1ma量程),畫出所用電路圖,圖中待核對的電流錶符號用來表示。

解答:(1)①(或最大阻值100k) ②(或電動勢4.5v)

(2)① 2 ② 圖3電路在通電狀態下,更換量程會造成兩分流電阻都未併聯在表頭兩端,以致流過表頭的電流超過其滿偏電流而損壞(3)

物理問題的一般分析方法

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