浅析物理试题中的动态分析.doc

浅析物理试题中的“动态分析”问题（洛阳市第十九中学 徐学金） 所谓“动态分析”是指在物理过程中某些物理量发生动态变化，使系统从一种状态变化为另一种状态，在变化过程中分析其他物理量的变化情况。1、 力学中的动态平衡问题分析力学中的动态平衡问题是指通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态，根据物体平衡的特点分析动态变化过程中物理量的变化情况。例1、如图所示，一个重为G的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为.在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态，今使木板与斜面的夹角缓慢增大至水平，在这个过程中，球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化？解析法：选球为研究对象，球受三个力作用，即重力G、斜面支持力FN1、挡板支持力FN2，受力分析如图所示.由平衡条件可得FN2cos(90)FN1sin 0FN1cos FN2sin(90)G0联立求解并进行三角变换可得FN1FN2G讨论：(1)对FN1：()90，|cot()|FN1(2)对FN2：90，sin FN2综上所述：球对斜面的压力随增大而减小；球对挡板的压力在90时，随增大而增大，当90时，球对挡板的压力最小.图解法：取球为研究对象，球受重力G、斜面支持力FN1，挡板支持力FN2.因为球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，三个力构成封闭的三角形，档板逆时针转动时，FN2的方向也逆时针转动，作出如图所示的动态矢量三角形，由图可见，FN2先减小后增大，FN1随增大而始终减小. 例2、（2009年新课标卷21题）水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为。现对木箱施加一拉力F，使木箱做匀速直线运动。设F的方向与水平面夹角为，如图，在从0逐渐增大到90的过程中，木箱的速度保持不变，则A.F先减小后增大 B.F一直增大 C.F的功率减小 D.F的功率不变 解析法：大多数学生采用正交分解法来解此题。由于木箱的速度保持不变，因此木箱始终处于平衡状态，受力分析如图所示，则由平衡条件得：，两式联立解得，可见F有最小值，所以F先减小后增大，A正确；B错误；F的功率，可见在从0逐渐增大到90的过程中tan逐渐增大，则功率P逐渐减小，C正确，D错误。用正交分解法来解此题需要一定的数学能力，而数学表达式中的变化关系需要进一步计算和判断。对于一道选择题来说，就要耗费很长时间。我们可以用动态矢量三角形法来解此题，形象直观简单。GFFNFfGF1F图解法：由于木箱的速度保持不变，因此木箱始终处于平衡状态，合力为零。由于Ff=FN,故不论FN如何改变，Ff与FN的合力F1的方向都不会发生改变，如图所示，合力F1与竖直方向的夹角一定为，可见F1、F和G三力平衡，应构成一个封闭三角形，当改变F与水平方向夹角时，F和F1的大小都会发生改变（形成一系列动态矢量三角形），且F与F1方向垂直时F的值最小。由几何关系知：F先减小后增大。用动态矢量三角形法可以很快选择出正确答案。解力学中的动态平衡问题的关键是抓住不变量，依据不变的量来确定其他量的变化规律，常用的分析方法有解析法和图解法.解析法的基本程序是：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变物理量与自变物理量的一般函数关系式，然后根据自变量的变化情况及变化区间确定应变物理量的变化情况.图解法的基本程序是：对研究对象的状态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化(一般为某一角)，在同一图中作出物体在若干状态下的平衡力图(力的平形四边形或三角形)，再由动态的力的平行四边形或三角形的边的长度变化及角度变化确定某些力的大小及方向的变化情况。图解法形象直观，易于理解和计算，是解决力学中的动态平衡问题的首选方法。2、 平行板电容器中的动态分析问题 平行板电容器的电容与正对面积成正比，与介质的介电常数成正比，与两极板间距离成反比当其中一个物理量发生变化就会引起其他物理量发生变化。例3、一平行板电容器充电后S与电源断开，负极板接地，在两极间有一正电荷(电荷量很小)固定在P点，如图所示.以U表示两极板间的电压，E表示两极板间的场强，表示该正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，而将正极板移至图中虚线所示位置，则A.U变小，不变 B.E变大，不变 C.U变小，E不变 D.U不变，不变解析：根据充电后与电源断开，Q不变和C，有d，C，又U，即C，U因E所以E不变，P点到极板的距离不变，则P点下极板的电势差不变，P点的电势P不变，P点电势能Pq不变，所以A、C选项正确.例4、如图所示，A，B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板中央各有一小孔M、N，今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落(P、M、N三点在同一竖直线上)，空气阻力不计，到达N点的速度恰好为零，然后按原路径返回，若保持两板间的电压不变，则( AD )A.若把A板向上平移一小段距离，质点自P点下落仍能返回B.若把B板向下平移一小段距离，质点自P点下落仍能返回C.若把A板向上平移一小段距离，质点自P点下落后将穿过N孔继续下落D.若把B板向下平移一小段距离，质点自P点下落后将穿过N孔继续下落解析：当开关S一直闭合时，A、B两板之间的电压保持不变，当带电质点从M向N运动时，要克服电场力做功，WqUAB，由题设条件知：质点由P到N的运动过程中，重力做的功与物体克服电场力做的功相等，即mg2dqUAB0.A、C选项中，因UAB保持不变，上述等式仍成立，故沿原路返回；B、D选项中，因B板下移一段距离，保持UAB不变，而重力做功增加，所以它将一直下落.综上所述，正确选项为A和D. 平行板电容器中的动态分析问题首先要区分两种基本情况；(1)电容器始终与电源相连时，电容器两极板电势差U保持不变；(2)电容器充电后与电源断开时，电容器所带电荷量Q保持不变。平行板电容器中的动态分析问题赖以进行讨论的物理依据有三个：(1)平行板电容器电容的决定式C；(2)平行板电容器内部为匀强电场，所以场强E；(3)电容器所带电荷量QCU.平行板电容器中的动态分析问题可以详细总结为下面的图表。3、 直流电路中的动态分析问题在恒定电路中，常会由于某个因素的变化而引起整个电路中一系列电学量的变化，出现牵一发而动全身的情况，此类问题即为动态电路问题。分析这类问题的常用方法是“程序法 ”，即从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判断的变化情况，再由欧姆定律判断和的变化情况，最后由部分电路欧姆定律判定各部分的变化情况。例5、（2011海南物理卷）如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表与电流表初始时S0与S均闭合，现将S断开，则()AV的读数变大，A的读数变小BV的读数变大，A的读数变大CV的读数变小，A的读数变小DV的读数变小，A的读数变大解析： B当S断开时，电路的总电阻R总变大，总电流I变小，内电压U内Ir变小，路端电压UEIr变大，电压表测量路端电压，读数变大；R1两端电压U1IR1变小，R3两端电压U3UU1变大，通过R3的电流I3变大，电流表读数变大，B选项正确 例6、在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，和均为定值电阻，为滑动变阻器。当的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表、和V的示数分别为、和U。现将的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（ ）A增大，不变，U增大B减小，增大，U减小C增大，减小，U增大D减小，不变，U减小解析：当向b移动时变小变小变大变小，即总电流增大，路端电压减小。变大，变小变小变大，而减小，所以增大，B正确。 直流电路中的动态分析问题基本思路是“部分整体部分”；解题规律是：由题中一个电阻的变化总电阻总电流内电压路端电压各支路电流、电压及电阻等。要根据欧姆定律以及串、并联电路中电压和电流的分配关系求解。四、变压器中的动态分析问题理想变压器的原、副线圈的匝数或变压器的负载发生动态变化时，表征变压器的其他有关物理量相应发生动态变化。例7、理想变压器的原线圈连接一个电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示.在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则()A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小解析：根据理想变压器原、副线圈上电压、电流的决定关系知：在输入电压U1不变的情况下，U2不变.当保持Q的位置不动，滑动头P向上滑动时，副线圈上的电阻增大，电流减小，故输入电流I亦随着减小，即电流表的示数变小，A错误，B正确；当保持P的位置不动，将Q向上滑动时，由知，副线圈上匝数增大，引起副线圈上电压增大，即副线圈上电流增大，故原线圈上的电流亦随着增大，故电流表的示数增大，C正确，D错误.例8、（08四川16）如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2； A1、A2 和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 A U2变小、I3变小 BU2不变、I3变大 B CI1变小、I2变小 DI1变大、I2变大解析：因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，C正确；因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，怎样确定其他有关物理量的变化，可依据以下原则来判断.有三个决定关系：1.输入电压U1决定输出电压U2，即U2随着U1的变化而变化，因为U2U1，所以只要U1不变化，不论负载如何变化，U2不变.2.输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输出功率和输入功率相等，即P2P1.在输入电压U1不变的情况下，U2不变.若负载电阻R增大，则由公式P得：输出功率P2减小，输入功率P1也随着减小；反之，若负载电阻R增大，则输出功率P2增大，输入功率P1也随着P2减小.3.输出电流I2决定输入电流I1.在输入电压U1不变的情况下，U2不变.若负载电阻R增大，则由公式I得：输出电流I2减小，由P2P1知输入电流I1亦随着减小；反之，若负载电阻R减小，则输出电流I2增大，输入电流I1亦随着增大.5、 热学中的动态分析问题表征理想气体的状态参量有三个：压强P、体积V和温度T，三个参量之间满足理想气体状态方程，当其中一个参量发生动态变化，则其他参量相应发生动态变化。例9、（2011课标全国卷）对于一定量的理想气体，下列说法正确的是_A若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B若气体的内能不变，其状态也一定不变C若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关E当气体温度升高时，气体的内能一定增大解析：理想气体内能只与温度有关，当气体温度升高时，气体的内能一定增大，E正确；若气体的压强和体积都不变，其温度一定不变，内能不变，A正确；若气体的内能不变，则温度一定不变，但压强和体积都有可能变化，B错误；当气体的温度升高时，其体积变化情况未知，压强可能增大，可能不变，也可能减小，C错误；气体温度每升高1 K所吸收的热量除跟气体内能的变化有关外还与气体在该过程中做功的情况有关，D正确例10、（2011江苏物理卷）如图所示，内壁光滑的气缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在气缸内，外界大气压强为p0.现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2.则在此过程中，气体分子平均动能_(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了_解析： 气体吸热过程等压膨胀，由C，体积V增大，故温度T升高；温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，气体分子平均动能增大根据热力学第一定律得：UQW，而Wp0SLp0Vp0，所以气体内能变化了UQp0.对于一定质量的理想气体的状态可用三个状态参量p、V、T来描述，且知道这三个状态参量中只有一个变而另外两个参量保持不变的情况是不会发生