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物理學(xué)習(xí)要從宏觀上把握

2011-12-31 00:00:00任武臣
考試周刊 2011年86期


  物理是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)。在高中階段,要想學(xué)好物理這一學(xué)科,就要從宏觀上去把握物理,形成物理研究分析的整體思想認(rèn)識,如何從宏觀上去把握物理呢?首先我們要了解物理研究的內(nèi)容是什么?根據(jù)物理的學(xué)習(xí)內(nèi)容可將物理問題從宏觀上分為兩大類:一類即現(xiàn)象及現(xiàn)象變化類物理問題,另一類為現(xiàn)象變化的原因物理問題。
  一
  細(xì)數(shù)一下我們學(xué)過的對物理現(xiàn)象及現(xiàn)象變化描述的物理量中都有:
  (一)現(xiàn)象(或者狀態(tài)類)類物理量
  1.物質(zhì):質(zhì)量(m),密度(ρ);物質(zhì)屬性物理量:各種因數(shù)或常數(shù)。
  2.能量:動能(mv/2),勢能(重力勢能mgh,彈性勢能k/2,電勢能——在勻強電場中E=qEx),熱能(Q)。
  3.空間:體積(V),位置,路程(s),形變(x),速度(v)(或線速度等);空間場的強弱量:電場強度(E),重力場強度(g),磁場強度(B)等;空間物體狀態(tài)量:速度,動量。
  4.時間:時刻間隔,周期,頻率(角速度)。
 ?。ǘ┈F(xiàn)象(或者狀態(tài)改變量)類物理量
  1.能量變化量:動能的變化量,勢能的變化量;物體作用效果空間積累量:功(W)空間效果積累快慢量:功率。
  2.空間變化量:位置的變化即位移(x)或路程,形狀的變化即形變(x),物體空間狀態(tài)變化量。
  3.時間變化量:時間,物體作用效果時間積累量——沖量。
  通過我們對物理現(xiàn)象及現(xiàn)象變化的研究可以發(fā)現(xiàn),任何描述物理現(xiàn)象的物理量在物理運動過程中都有相互聯(lián)系,都可以用物理關(guān)系式表達(dá)出來。
  二
  另外物理量發(fā)生變化過程中,一定有某種內(nèi)在因素在起作用,使物理現(xiàn)象發(fā)生了變化。如:
 ?。ㄒ唬┪矬w狀態(tài)變化與內(nèi)在因素的對應(yīng)
  速度變化快慢即加速度的產(chǎn)生的內(nèi)因是:合外力
  力與物體運動變化快慢之間的規(guī)律F=ma(因果關(guān)系表達(dá)式)
  勻速圓周運動力與狀態(tài)變化之間的規(guī)律:F=mv/r(因果關(guān)系表達(dá)式,即線速度方向的變化是由于向心力作用的結(jié)果)
  動量變化的內(nèi)在因素即合力的沖量:Ft=mv-mv
  能量變化的內(nèi)在因素即合外力的功——如能量規(guī)律中的動能定理FX=E-E
 ?。ǘ┪矬w運動過程中的現(xiàn)象物理量之間的相互聯(lián)系
  同一過程中的物理量對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式:如勻變速直線運動的規(guī)律公式中的速度、加速度、位移、時間之間存在相互聯(lián)系。即速度規(guī)律公式v=v+at,位移規(guī)律公式X=vt+at/2,速度位移公式v-v=2aX。這些是現(xiàn)象對應(yīng)的物理量之間存在的關(guān)系。
  又如電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電流或電動勢這一電磁現(xiàn)象物理量與磁通量變化之間的聯(lián)系規(guī)律:E=n(ΔФ/Δt)(因果關(guān)系表達(dá)式)。
  還有能量變化過程中,如果是只有重力或彈力做功時,初未狀態(tài)能量關(guān)系表達(dá)規(guī)律就是機械能守恒定律。
  (三)具體應(yīng)用
  例1:在光滑的絕緣水平面上,有一個正方形的abcd,頂點a、c處分別固定一個正點電荷,電荷量相等,如圖所示。若將一個帶負(fù)電的粒子置于b點,自由釋放,粒子將沿著對角線bd往復(fù)運動。粒子從b點運動到d點的過程中( )
  A.先做勻加速運動,后做勻減速運動
  B.先從高電勢到低電勢,后從低電勢到高電勢
  C.電勢能與機械能之和先增大,后減小
  D.電勢能先減小,后增大
  解析:由于在ac兩點上分別固定了同種正電荷,那么在ac連線兩側(cè)形成對稱的電場,在連線的垂直平分線上以垂足為分界點又形成了沿bd向上向下的電場,而且是由垂足向兩側(cè)的電場強度逐漸減小。那么帶負(fù)電的粒子從靜止釋放后,在靜電力(先與速度同方向作用,后與速度反方向作用)的作用下沿b向d的方向先做變加速運動,后做變減速運動,由F=ma可知(因果關(guān)系),加速度是個變量,故不選A;在這個過程中,電場力先做正功后做負(fù)功(功是能變化的量度,因—功,果—能的變化,W=ΔE),而且往返的過程中電場力做功之和為零,故電勢能與機械能之和保持不變,不選C;從b到d的過程中,電勢的變化是先升高后降低,故不選B;由于電場力先做正功,電勢能減小,電場力后做負(fù)功,電勢能再增大。故選D。
  從此題的解析可以看出,當(dāng)做好相關(guān)信息分析以后,能夠正確處理因果關(guān)系,是解題的關(guān)鍵,也是解題的方向。
  例2:(09年天津卷)如圖所示,質(zhì)量m=0.3kg的小車靜止在光滑的水平面上,車長L=15m,現(xiàn)有質(zhì)量m=0.2kg可視為質(zhì)點的物塊,以水平向右的速度v=2m/s從左端滑上小車,最后在車面上某處與小車保持相對靜止。物塊與車面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,取g=10m/s,求
  (1)物塊在車面上滑行的時間t;
  (2)要使物塊不從小車右端滑出,物塊滑上小車左端的速度v′不超過多少?
  答案:(1)0.24s(2)5m/s
  解析:本題考查摩擦拖動類的動量和能量問題。涉及動量守恒定律、動量定理和功能關(guān)系這些物理規(guī)律的運用。
 ?。?)設(shè)物塊與小車的共同速度為v,以水平向右為正方向,根據(jù)動量守恒定律有
  mv=(m+m)v①
  設(shè)物塊與車面間的滑動摩擦力為F,對物塊應(yīng)用動量定理有
  -Ft=mv-mv②
  其F=μmg③
  解得t=
  代入數(shù)據(jù)得t=0.24s④
 ?。?)要使物塊恰好不從車廂滑出,須物塊到車面右端時與小車有共同的速度v′,則
  mv′=(m+m)v′⑤
  由功能關(guān)系有
  mv′=(m+m)v′+μmgL⑥
  代入數(shù)據(jù)解得v′=5m/s
  故要使物塊不從小車右端滑出,物塊滑上小車的速度v′不能超過5m/s。
  總之,要想正確處理好物理問題必須在宏觀上把握好物體運動過程及過程中不同時刻對應(yīng)的狀態(tài)對應(yīng)的關(guān)系,并分析出物理規(guī)律,將對應(yīng)的規(guī)律用表達(dá)式反映出來,列方程解答即可。
  在宏觀上把握好了,就如戰(zhàn)場上有了戰(zhàn)略思想,解題就好比是具體戰(zhàn)術(shù)的應(yīng)用了,沒有一個好的戰(zhàn)略思想難以形成好的具體戰(zhàn)術(shù)。如果把中學(xué)物理這門科學(xué)比做高樓大廈,那么物理概念和物理規(guī)律就是構(gòu)成這座大廈的磚石和鋼筋與框架。
  
  參考文獻:
  [1]高中物理課本.高考試卷山東、天津卷.

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