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例谈物理解题思维过程

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解决具体物理问题时,除了需要对情景涉及的“概念清”,情景建立起的“过程明”,处理问题应用的“规律熟”之外;还需要对所求物理量(问题)的途径有概括、方法有归纳。唯如此,才可实现对问题的思维始终在正确、有效的方向上进行。

例1 子弹射入放在光滑水平面上的木板前动能为E1,动量大小为P1;射穿木板后子弹的动能大小为E2,动量大小为P2。若木板对子弹的阻力大小恒定,则子弹在射穿木板过程中的平均速度大小为( )

AE1+E2P1+P2 BE1-E2P1-P2

CE1P1+E2P2 DE1P1-E2P2

解析:由①平均速度的定义式:V-=St,

②匀变速直线运动平均速度又有:V-=vt-v02的特点,

明确了计算子弹在射穿木板过程中的平均速度大小的两个思路,则:

1利用V-=St,由题设条件,设木板对子弹的阻力大小为f,子弹在射穿木板过程中对地的位移大小为S,运动经历的时间为t

应用动能定理,-fs= E2- E1

应用动量定理,-ft= P2- P1

将上述两式左右两侧分别作比,得到

-fs-ft=E1-E2P1-P2=st=V- ,

2利用V-=vt+v02,因EK=12mv2,P=mv,得EKP=v2,

则V-=v2+v12=v12+v22=E1P1+E2P2,

可见,给出的四个选项,B、C正确。

小结:从物理量的定义,或知识体系中物理量与其它物理量之间的确定关系出发,寻找或发现解决问题的途径,无疑是最基础、最有效的解决问题的思考方法。在概念清晰、关系明确的基础上,利用相应的规律就会建立起各量之间的联系,解决问题的各种方法就会露出端倪。

例2 放在光滑水平面上的劲度系数为k的弹簧右端固定。在原长时,用一质量为m,速度为v0的滑块将其压缩。经过t时间后压缩量为x,此时速度为v,在压缩量为x处取一极小的位移Δx,在Δx内运动的时间为Δt,速度的变化量为Δv,动能变化量为ΔEk。则下列关系式中正确的是:( )

AΔv=-kxΔt/m Bkxvt=m(v20-v2)/2

CkxΔx=-mvΔv DkxvΔt=-ΔEk

解析:对物体m给出的条件是,由初速度v0开始在弹簧弹力这个与位移大小成正比的阻力作用下,经过t时间后发生位移为x,此时获得速度为v。在这一时刻(或状态下)继续分析其在极短时间Δt内的运动情况:发生位移Δx,速度变化了Δv,动能变化了ΔEk。由于发生的位移Δx极小,在给出的Δt时间内物体的运动可视作恒力F=-kx作用下的匀减速运动。

选项A,应用动量定理,考虑ΔP=mΔv=FΔt=-kxΔt,有Δv=-kxΔt/m成立。

选项B,关系左侧公式的物理意义是,滑块在大小为kx的力作用下以速度v匀速运动时间t所发生的位移vt所做的功,与物体变力、变速的实际运动不符,没有与这个给定过程的动能变化相等的左侧公式成立。B选项不正确。

选项C,kxΔx表示力kx在Δx位移内所做的功,由于Δx的微小,在这段位移内kx可视作不变,为恒力。设这段运动开始、结束对应的速度分别为v1、v2,对这一过程应用动能定理:-kxΔx=12mv22-12mv21=12m(v2-v1)(v2+v1)。

代入v2-v1=Δv,v2+v1≈2v,-kxΔx=12mΔv×2v=mvΔv。

也有kxΔx=kxvΔt=kxΔt×v,应用动量定理,-kxΔt=mΔv,

得kxΔx=kxΔt×v=-mΔv×v=-mvΔv。也可得出选项C正确的结果。

选项D,有处理选项C的经历:-kxvΔt=-kxΔx=ΔEk。其正确是显然的。

小结:物理量之间关系的确定,需要通过对物理规律的应用来实现。正确应用规律需要对规律适用对象、成立的条件、注意的方面、应用的环节与方法有系统、完整的掌握。