活用转换法巧解物理题活用转换法巧解物理题

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活用转换法巧解物理题岳振军所谓“转换法”是指通过转换研究对象、空间角度、物理规律、物理模型、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等达到化繁为简,化难为易,间接获取问题解决的一种解题方法.这种方法能充分展示解题人的想象设计能力和创造性思维品质,充分体现解题人分析问题的能力,同时达到巧解,进而实现速解之目的.一、转换研究对象选择研究对象的一般方法是求什么量就以什么量为核心,选取与此量有直接关系的物体或系统为研究对象,但有些问题这样思考下去困难重重,有时会出现“山重水复”的境地.如果活用转换法,将研究对象转换,问题就会迎刃而解.例1如图1所示,站在汽车上的人用手推车的力为F,脚对车向后的摩擦力为F,下列说法正确的是A.当车匀速运动时,F和F对车做功的代数和为零B.当车加速运动时,F和F对车做功的代数和为负功C.当车减速运动时,F和F对车做功的代数和为正功D.不管车做何种运动,F和F的总功和总功率都为零解析不少学生在做此题时,认为研究对象很显然应选汽车,因为四个选项中都涉及到F和F对汽车做功问题.但很快走进死胡同,原因是汽车在水平方向共受四个力牵引力、地面对它的摩擦力、人对它的摩擦力F和人对它的推力F,因前两个力比较不出大小,故也无法比较出后两者大小,因而也就无法比较二力的功.若转换一下研究对象,则会变难为易.对人进行受力分析,人在水平方向只受两个力车对人向后的作用力F′,车对人向前的摩擦力F′,这两个力恰好是F、F的反作用力.根据人和汽车的运动状态,即可确定出F、F的大小;当车匀速运动,人也匀速,F′=F′,F=F,又因二者的位移相等,故F做的正功等于F做的负功,选项A正确;当车加速时,人也加速,有F′<F′,F<F,故F做的负功大于F做的正功,选项B正确;同理可得选项C正确.例2如图2所示,电池的内阻可以忽略不计,电压表和可变电阻器R串联接成通路,如果可变电阻器R的值减为原来的1/3时,电压表的读数由U0增加到2U0,则下列说法中正确的是A.流过可变电阻器R的电流增大为原来的2倍B.可变电阻器R消耗的电功率增加为原来的4倍C.可变电阻器两端的电压减小为原来的2/3D.若可变电阻器R的阻值减小到零,那么电压表的示数变为4U0解析在做该题时,大多数学生认为研究对象应选可变电阻器,因为四个选项中都问的是有关R的问题;但R的电阻、电压、电流均变,判断不出各量的定量变化,从而走入思维的误区.若灵活地转换研究对象,会出现“柳暗花明”的意境;分析电压表,其电阻为定值,当它的读数由U0增加到2U0时,通过它的电流一定变为原来的2倍,而R与电压表串联,故选项A正确.再利用P=I2R和U=IR,R消耗的功率P′=(2I)2R/3=4P/3;R后来两端的电压U=2IR/3,不难看出C对B错.又因电池内阻不计,R与电压表的电压之和为U总,当R减小到零时,电压表的示数也为总电压U总;很轻松地列出U总=IR+U0=2IR/3+2U0,解得U总=4U0,故D也对.二、转换空间角度转换空间角度主要是指化立体空间图为平面图、化正视图为侧视图、化正视图为俯视图等处理物理问题的方法.灵活地进行这些转换,可以有效地提高解题质量和效率.例3通电长导线中电流I0的方向如图3所示,边长为2L的正方形载流线圈ABCD中的电流为I,方向由A→B→C→D.线圈的AB边、CD边以及过AD、BC边中点的轴线OO′都与长导线平行.当线圈处于图示的位置时,AB边与直导线间的距离A1A等于2L,且A1A与AD垂直.已知长导线中电流的磁场在AB处的磁感强度为B1,在CD处的磁感强度为B2,则载流线圈处于此位置受到的磁力矩的大小为.解析本题要求磁力矩,关键是求安培力和找力臂.若在原图上找力臂,很难画出,如果将原空间图转换为俯视的平面图(如图4所示),求解就易如反掌.AD、BC边所受的磁场力和转轴OO′平行,其力矩为零.AB、CD边受力的方向如图所示,大小分别为F1=B1I2L,F2=B2I2L,F1和F2对转轴OO′的力臂分别为L和(/2)L,则两力对转轴的力矩为M=M1+M2=F1L+F2(/2)L,故M=IL2(2B1+B2).三、转换物理规律转换规律是指灵活地选择物理规律,用熟知的规律解决看似超出教学大纲的题目,从而达到了难题易做的目的.例4如图5所示,一半径为R、沿着直径装有一根金属杆的金属圆环,可绕垂直圆环平面通过圆心O的中心轴转动,在圆环边缘的槽内,缠绕着一根足够长的轻质细绳,绳端吊着一个质量为M的物体,圆环的一半处在磁感强度为B、方向垂直于圆环平面向里的匀强磁场中.已知金属圆环和直杆是由电阻率为Ρ、横截面积为S的硬质导线制成.今将被轻质细绳吊着的物体由静止释放,求圆环转动的最大角速度ΩM.解析本题的常规解法为根据力矩平衡条件,列出圆环匀速转动时的力矩平衡方程,进而求出最大角速度.此种方法不仅繁琐,而且超出了现行的教学大纲范围,因此是不可取的.若换用能量守恒定律,可速解此题.具体步骤如下对系统应用能量守恒定律,当Ω最大时,V最大,A=0,则重力对系统做功的功率PG应等于金属环和金属杆中所消耗的电热功率P电,即有PG=P电,①当Ω最大时,V最大,VM=ΩMR,PG=MGΩMR,②P电=2/R.③根据法拉第电磁感应定律得=BΩMR2/2.④电路的电阻R=2ΡR/S+ΠRΡ/2S.⑤由①、②、③、④、⑤方程联立可解得圆环转动的最大角速度ΩM=2MGΡ(Π+4)/B2R2S.四、转换物理模型近几年高考题出现了联系实际的好题,这类题目体现了学以致用的教学思想,越来越受到高考题的青睐.求解该类题目的关键就是将实际物体的运动向物理模型转换.例5(1994年上海高考题)跳绳是一种健身运动.设某运动员的质量是50KG,他一分钟跳绳180次.假定在每次跳跃中,脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的2/5,则该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率是____.(G取10M/S2)解析把运动员每次跳跃转换成质点做竖直上抛运动模型.每次跳跃总时间T=(60/180)S=(1/3)S,每次腾空的时间T=(1/3)(1-2/5)=002S.每次腾空高度H=(1/2)G(T/2)2=(1/2)10(02/2)2=005M.每次腾空上升时克服重力做的功W=MGH=5010005=25J.把每次跳跃总时间T内的触地过程、下落过程舍弃,简化成在T内就是单一竖直上升克服重力做功的过程,故可解出P=W/T=25/(1/3)=75W.综上所述不难发现,灵活地转换物理模型是一种重要的物理思想方法.学会这种方法,就会使我们在解决物理问题时变得从容自如,巧解速解物理问题,从而提高学习的效率.上一页返回目录下一页COPYRIGHT20052008RIGHTSRESERVED『教育文学网』
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