分析物理问题的基本步骤.doc

分析物理问题的基本步骤 【关键词】物理问题;模型;过程;分析 【中图分类号】G633.7【文献标识码】B【文章编号】10014128()03014201 一个物理问题都有一定的物理情景涉及一定的物理过程要想正确地解答物理问题必须把有关的物理内容分析清楚一般说来分析一个物理问题的基本步骤如下： 1选取研究对象 不论是力学问题、热学问题电学问题或其他问题都有一个选择和确定研究对象的问题研究对象可以是一个物体也可以是一个物体系(两个或多个相关联的无论组成的系统)有的物理问题始终都是一个研究对象而有的问题在不同阶段应该选取不同的研究对象可以说：研究对象选取的恰当与否直接关系到我们解决物理问题的难易程度正确选取研究对象能提高解题的准确性和效率 例1：一架直升飞机质量为m悬停在空中桨翼下风速为v求它的发动机的输出功率P 该题容易出现的错误解法是： 由于飞机在空中静止因此发动机的输出功率为 P=Fv=mgv 错误的原因主要是没有明确研究对象是谁第一步显然是以飞机为研究对象对飞机进行受力分析：受重力G和空气对它的向上的作用力F由于飞机悬停G和F是一对平衡力这一步是正确的但下一步则属于乱套公式了若以飞机为研究对象则飞机的速度为零;若以空气为研究对象那又是一部分空气呢? 正确的分析与解答过程如下： 设发动机每秒钟把质量为的空气从静止加速到发动机对这部分空气的作用力为F由动量定理得 F1=Mv 根据动能定理发动机对这部分空气每秒钟做功(即功率)为 P=12Mv?2 又根据牛顿定律及飞机处于平衡状态知道 F=mg 即Mv=mg 所以发动机的输出功率为: P=12mgv 2建立物理模型 实际中的物理现象一般都很复杂为了解决它常常需要忽略一些次要因素物理模型就是忽略次要因素的产物如：质点、点电荷、光滑平面、轻绳、轻弹簧、理想变压器、弹性碰撞等等都是理想模型对一个具体物理问题在确定了研究对象后首先要考虑的就是建立怎样的物理模型 例2：如图示质量为m的小车静止在光滑的水平轨道上长为L的细线一端固定在小车上另一端拴一质量也为m的小球现给小球一水平初速度v求小球能上升的最大高度h为多少? 解析：小球和小车一起的运动可以建立为碰撞模型当小球上升到最高点时二者具有共同速度系统减少的动能E?K全部转化为小球的重力势能E?p=m?球gh 那么:m?球v=(m?球+m?车)v?共 E?K=12m?球v?212(m?球+m?车)v?2?共=m?球gh 代入m?车=m?球=m, 即可求出h=v?24g 3分析物理过程和状态 状态是与某一时刻相对应的过程则与某一段时间相对应任何一个过程都有一个初始状态和一个末状态(还包括无数中间状态)对于某一确定的状态要用状态参量来描述一个具体的物理问题简单的可能只讨论某一确定的状态下各物理量间的关系复杂的问题则要涉及到物理过程而对于一个变化方向和路径都确定了的物理过程要注意分析这个过程遵循的物理规律可能它是一个较简单的过程始终按同一规律变化;也可能它是一个较复杂的过程在不同的阶段遵循不同的规律对于一个始、末状态确定了的物理过程则可能存在着不止一种的变化路径对一个物理问题如果能把相应的状态和过程分析清楚问题一般说来就已基本上解决了 例3：如下图所示长为l的轻绳一端系于固定点O另一端系质量为m的小球将小球从O点正下方14处以一定的初速度水平向右抛出经一定的时间绳被拉直以后小球在竖直平面内摆动已知绳刚被拉直时绳与竖直方向成60角求： (1)小球水平抛出的初速度v?0; (2)小球摆到最底点时绳所受到的拉力F?T 解析：本题的解决思路与上题大致相同研究对象仍然是小球建立质点模型也是一个初、末状态都确定的过程但从初状态A到末状态C的两个阶段小球共经历三个不同的过程即平抛运动,从A到B;在B点小球克服绳的拉力做功速度发生变化;小球在竖直面内的圆周运动从A到C (1)绳被拉直时小球的水平位移为lsin60竖直位移为lcos6014l设初速度为v?0由平抛运动规律 lsin60=v?0t lcos6014l=12gt?