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1、 高 中 物 理知识体系梳理和物理问题解决方法指 要 十堰市郧阳区第二中学 魏凯一、知识体系:贯穿高中物理始终有三条主线 :力、运动、能量1、力的角度: 根据性质可将力分为重力、弹力 、摩擦力、电场力(库仑力)、磁 场力(安培力、洛仑力)、分子力 (选修3-3)、核力(选修3-5)等2、从运动的角度: (1)直线运动: 匀速直线运动匀变速直线运动变加速直线运动(2)曲线运动: 平抛运动(类平抛运动、斜抛 运动)(斜抛运动只作定性要求 )圆周运动(匀速圆周运动、变 速圆周运动)一个物体做何种形式的运动, 取决于该物体的受力情况和它的 初始条件,加速度这一物理量是 联系力和运动的桥梁。 3、从能量
2、的角度: (1)高中阶段遇到的能量形式有: 动能、重力势能、弹性势能、电势 能(电能)、电场能、磁场能、光 能、分子动能(选修3-3) 、分子 势能(选修3-3)、物体的内能(选 修3-3)、核能(选修3-5)等(2)不同形式的能量之间是可以相互 转化的,能量的转化是通过做功来实现 的,功是能量转化的量度。合外力做功等于物体动能的变 化动能定理 除重力与弹力以外的其它力做功之和 等于物体机械能的变化功能原理 电场力做功等于电势能变化的负值 弹簧弹力做功等于弹性势能变化的 负值 分子力做功等于分子势能变化的负 值(选修3-3) 重力做功等于重力势能变化的负值 静摩擦力可做正功、可做负功、可 不做
3、功,一对静摩擦力做功之和一定 为零,不产生内能;摩擦力做功的特点: 滑动摩擦力可做正功、可做负功、 可不做功,一对滑动摩擦力做功之和 一定为负值,做功的绝对值等于产生 的内能。 安培力做功的特点: 安培力可做正功、可做负功、可 不做功。在磁场不动、磁场不变时,安培 力对导体棒或线圈所做的功等于回 路电能的变化。当安培力做正功时,有电能转化 为导体棒或线圈的机械能;当安培 力做负功时,有导体棒或线圈的机 械能转化为回路的电能。在磁场运动或磁场随时间变化时 ,安培力对线圈所做的功不等于回 路中产生的电能洛仑力一定不做功 (3)能量转化遵循的规律: - 能量转化与守恒定律能量既不会凭空产生,也不会凭
4、空 消失,它只能从一种形式转化为别的 形式,或从一个物体转移到别的物体 ,总的能量是守恒的。因此在分析能 量转化时,应分析能量是从哪里来, 能量又到哪里去了。二、物理问题分析方法解决物理问题的方法很多,可大 致地分为应用物理思想分析问题的 方法、应用数学思想分析问题的方 法、应用逻辑思维分析问题的方法 。每一种方法又可分为若干种具体 的方法,现举例分析。 1、物理方法: 物理方法大致可分为:守恒法 、整体法、隔离法、等效法 、割补法、图解法、变换参 考系法、微元法、叠加法等 守恒法是指运用守恒定律来 解决问题的方法。高中阶段学到 的守恒定律有:机械能守恒定律 、能的转化与守恒定律、动量守 恒定
5、律、电荷守恒定律、质量守 恒定律等。应用时要注意守恒的 系统、守恒的条件、状态的选取 等问题。整体法与隔离法,主要是研究 对象选取时考虑采用的方法,对 象选取之后,运用的规律和解决 的方法是相同。这种方法在解决 力学问题时经常用到,在电路的 动态问题分析中用得也较多。整 体法和隔离法也包括物理过程的 整体或部分的选取。例题1:建筑工人要将建筑材料送到高处,常 在楼顶装一个定滑轮,(图中未画出),用绳 AB通过滑轮将建筑材料提上去,为了防止建筑 材料与墙壁相碰,站在地面上的工人还另外用 绳子CD拉住材料,使它与竖直墙壁保持一定的 距离L,若不计两绳重力,在建筑材料被提起的 过程中,绳AB、CD的
6、拉力F1、F2的大小变化情况 :A、F1变大,F2变大 B、F1变大,F2不变C、F1变大,F2变小 D、F1变小,F2变小分析:在该过程中,由于材料与 墙壁的距离保持不变,绳AB与竖直 向上的方向的夹角在变大,绳CD 与竖直向上的方向的夹角也在变 大,由力的矢量图可知:F1、F2的 大小都在变大。所以正确答案为A。等效法是以等效的观点为指导 进行解题的方法。高中阶段常用 到的等效观点有物理对象的等效 、物理条件的等效、物理过程的 等效以及研究方法的等效等。应 用时应注意能否等效,是在哪一 点上等效。参考系是物理学中的一个重要 概念,许多物理量、物理规律都是 基于某一参考系的,具有相对性。 但
7、也有一些物理量或物理规律,例 :空间两位置之间的距离、某一事 件经历的时间等,它们不随参考系 的变换而变化,具有绝对性。例题2:如图所示,天花板上挂有一 根长为1m的木杆,从地面上竖直向上 抛出一个小球,同时木杆自由下落, 0.5s后球和杆下端在同一水平线上, 再过0.1s,球和杆的上端在同一条水 平线上,求:小球抛出时的速度和天 花板离地面的高度?分析:选择木杆为参照物,由于 小球相对于木杆向上做匀速直线运 动,运动的速度为V0=L/t=10m/s。 小球抛出时离天花板的高度,等于 小球抛出时的位置与木杆上端位置 之间的距离。这一距离在地面参考 系中与在木杆参考系中是相等。因 此天花板离地面
8、的高度应为:h=V0t总=6m。微元法是从对事物的极小部分 入手分析,达到解决事物整体问 题的方法。在高中阶段微元法所 选取的微元可以是物体的某一微 小部分,也可以是物体运动过程 的一个微小阶段。2、数学方法: 数学的方法大致可分为:几何法 、比例法、三角法、图象法、 代数法、估算法、近似法等。例题3:设在平直公路上以一定速 度行驶的自行车,所受阻力约为车、 人总重力的0.02倍,则骑车人的功率 最接近于A、10-1kW B、10-3kW C、1kW D、10kW本题需用估算法来分析,人和 自行车的总质量接近100kg,速 度接近5m/s,则可估算出骑车人 的功率约为10-1kW,因此正确答
9、案为A。 图象法是高中阶段一种重要的方法, 对于图象法,首先要识别和看懂图象, 其次能运用图象法来解决问题。 例题4:在中学物理中,一般认为灯泡 的电阻不变,把它当成线性元件处理,实 际上,随着温度的变化,灯泡的电阻在不 断发生变化,是非线性元件,图象法是分 析非线性元件的常用方法。试利用图象分 析下面的问题。加在某灯泡上的电压与通过的电流之间 的关系如左下图所示,若忽略电池及电流 表的内阻,把其中两个灯泡和一只 R0=10的定值电阻以及电动势为12V的电 池组按右下图方式连接,则通过电流表的 电流IA和此时灯泡的电阻R/为多大?分析:设流过灯泡的电流为I,灯 泡两端的电压为U,20I+U=1
10、2,在图 坐标系中画出它的图线,找到工作 点,求出电流和电压值,约为 U=2.8V,I=0.45A,因此电流表的电 流IA约为0.90A,灯泡电阻约为6.2。 3、逻辑法: 逻辑法大致可分为:类比法 、极端分析法、逆向分析法 、虚拟法、对称法、移植 法等。类比法是根据两个或两类对象 之间在某些方面的相同或相似性 ,从而推出它们在其它方面也可 能相同或相似的一种推理方法。 类比时,要分清哪些性质和特 征点可以类比,在什么条件下才 可以类比,避免盲目类比出现错 误的类比结果 。问题:一个 高个子人和一 个矮个子人并 肩行走,如果 拿这两个人与 两列波做类比 ,波长、频率 、波速分别可 以比做什么?
11、 对称是许多物理过程具有的性 质,应用对称法来分析解决问题是 物理学的重要方法。某一过程具有 对称性,是指在这一过程中,某些 物理量经过一定的时间具有不变性 ,但并非是与之相联系的所有物理 量都有不变性,同时对称是有条件 的。 问题:长为L的轻绳下端拴一小球构 成单摆,在悬挂点O正下方L/2摆长处 有一个能挡住摆线的钉子A,如图所示 。现将单摆向左方拉开一个小角度然 后无初速度释放,问:摆球在平衡位置右侧的最大的摆角是否为左侧的两倍? 极端法或极限法是选取物理全 过程的两个端点或中间的奇变点 来进行分析的方法。应用时要注 意在该过程中,相关物理量的变 化是单调的,否则不能应用。例题5:如图所示
12、的电路中,R1=4 ,R2=6,电源内阻不能忽略,当电键 S1闭合时,电流表A的示数为3A,则当S1 断开时,电流表示数可能为:A、3.2A B、2.1A C、1.2A D、0.8A分析:设电池的内阻为r,当电键S1闭合时,电流表A的示数为3A, 可得:E=3r+3R1,即E=3r+12 ;当电键S1断开时,可得:E=Ir+I(R1+R2),即E=Ir+10I ;由可得:I=(3r+12)/(r+10)=3-18/(r+10) .电流应在1.2A到3A之间。答案为B。应用移植法在解决问题时,可 移植对象、移植问题、移植规律 、移植结论等。 例题6:两光滑平行长直导轨水平放 置,间距为L,不计电
13、阻,在导轨的左 端串接一阻值为R的电阻,导体棒ab搁 在导轨上,长度也为L,电阻为r,导 体棒以恒定的速度V向右运动,在t=0 时刻,棒处于x=0位置,导体棒所在区 域的磁感应强度随空间的变化规律 B=B0sinx/L(T),方向垂直于导轨 平面,求:(1)拉力F随时间t变化的表达式 ,(2)在0-2L的过程中,拉力F所做 的功。分析:(1)因导体棒向右做匀速 运动,所以拉力大小等于导体棒所受 安培力大小,F=F安=BIL=B02L2Vsin2(vt/L)/(R+r0)(2)在0-2L的过程中,由于导体棒 做匀速运动,将拉力所做的功问题 移植为回路中产生的焦耳热问题。 回路中电流随时间的变化规律为 i=B0Lvsin(vt/L)/(R+r) ,回 路中产生的焦耳热为B02L3v(R+r), 因此拉力所做的功为B02L3v(R+r)。 这里对问题进行了移植。谢 谢!