高中物理学中的“桥梁”

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高中物理题的求解通常有其“突破口”，其中往往能找到充当“桥梁”或“纽带”的某一个物理量，从而使问题变得明朗。下面就高中物理学中的“桥梁”角色，列举以下几点

一、“加速度a”是联系运动学与动力学的桥梁

无论是“已知受力，求运动”，还是“已知运动，求受力”，都是以“加速度a”为桥梁，通过牛顿第二定律和运动学公式，再联系受力情况和运动情况求解。

例1 如图，质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L=20m。

已知物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5，用大小为30N，与水平方向成37°的力斜向上拉此物体，使物体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t。

解析：此题为已知受力求运动，由牛顿第二定律求得另一加速度，再由运动学知识求得时间。

设F作用的最短时间为t，小车先以大小为a的加速度匀加速t秒，撤去外力后，以大小为a′的加速度匀减速t′秒到达B处，速度恰为0，由牛顿定律

Fcos37°－μ(mg－Fsin37°)=ma

a=F(cos37°+μsin37°)m－μg=11.5m/s2

a′=Ffm=μg=5m/s2

由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度，因此有at=a′t′

t′=aa′t=2.3t，L=12at2+12a′t′2

t=2La+2.32a′=1.03s。

二、“安培力做功”是联系电能和其他形式的能相互转化的桥梁

安培力做功的过程，也是电能与其他形式的能相互转化的过程，即安培力做多少正功就有多少电能转化为其他形式的能，安培力做多少负功，就有多少其他形式的能转化为电能。

例2 如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为0.02kg，电阻均为R=0.1Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能保持静止。取g=10m/s2，问：

（1）通过cd棒的电流I是多少，方向如何？

（2）棒ab受到的力F多大？

（3）棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少？

解析：在解答(3)时，可以利用“回路中产生的焦耳热等于棒克服安培力做的功”来求解。

棒cd每产生Q=0.1J的热量，则回路中产热为Q总=2Q=0.2J，因为Q总=W克（W克为两棒克服安培力做功之和），所以W克=0.2J。

对于cd棒,安培力与重力平衡，即F′安=G。

而两棒所受安培力一样大,所受重力也一样，所以对于ab棒，安培力与重力等大，即F安=G，克服重力做功WG=W克=0.2J，由动能定理W－W克－WG=0，得所求W=2W克=Q总=0.4J。

三、“输电线上的电流”是联系升压变压器和降压变压器的桥梁

在远距离输电问题中，有一种常见的中间突破的题目，即由输电线上的功率损失求出“输电线上的电流”，也就是流过升压变压器副线圈和降压变压器原线圈的电流，再由理想变压器的工作原理推断发电和用电的问题。

例3 某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104W，电厂输电电压为350V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电路的总电阻为4Ω，允许损失的功率为输送功率的5%，所需电压为220V，求升压、降压变压器的原副线圈的匝数比各是多少？

解析：由电路中损失功率P损=P总5%，P损=I22R得输电线路中电流为

I2=5%P总R=5×9.8×1044×100(A)=35(A)

升压变压器输出电压

U2=P总I2=9.8×10435(V)=2.8×103(V)

据理想变压器原理得，升压变压器的初、次级的匝数比为

n1n2=U1U2=3502.8×103=18

降压变压器输入功率为

P3=P总－P损=P总－5%P总=95%P总=0.95×9.8×104(W)=9.31×104(W)

所以降压变压器初级电压为

U3=P3I2=9.31×10435(V)=2660(V)

所以降压变压器的匝数比为

n3n4=U3U4=2660220=121。

（作者单位：山东省德州一中）