高中物理解題方法與技巧典例分析

內(nèi)容概要

本書共二十一章， 分別介紹了高中物理解題中重要的二十一種解題方法。 每章通過對(duì)一定量的典型例題的分析與解答， 示例這些解題方法的應(yīng)用； 章末還提供若干習(xí)題供讀者進(jìn)行針對(duì)訓(xùn)練。本書內(nèi)容豐富、技巧性強(qiáng)、 涉及知識(shí)面廣、 所選例題和習(xí)題題型多樣、解題過程詳細(xì)， 是高中生學(xué)習(xí)物理的好幫手，特別適合高中生進(jìn)行物理總
復(fù)習(xí)和中學(xué)生參加物理競(jìng)賽訓(xùn)練使用， 也可供中學(xué)物理教師作教學(xué)參考。

作者簡(jiǎn)介

工學(xué)博士，四川師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師。1992年9月考入四川師范大學(xué)，攻讀“學(xué)科教學(xué)論（物理）”專業(yè)碩士學(xué)位，1995年7月獲四川師范大學(xué)教育學(xué)碩士學(xué)位，隨后留校任教至今。2002年考入西南交通大學(xué)，在職攻讀《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》專業(yè)博士學(xué)位，2006年博士畢業(yè)，獲工學(xué)博士。目前主要從事介質(zhì)波導(dǎo)、復(fù)雜介質(zhì)的電磁理論以及物理課程與教學(xué)論方面的研究。近年來發(fā)表論文30余篇。主編教材4部，合編1部，參編1部，制作出版多媒體教學(xué)課件1套。曾擔(dān)任本科生《大學(xué)物理》、《電磁與電磁波》、《電動(dòng)力學(xué)》、《中學(xué)物理課件設(shè)計(jì)與制作》、研究生的《經(jīng)典場(chǎng)論》、《高等電磁理論》、《相對(duì)論與天體物理》等10余門課程的教學(xué)工作，教學(xué)工作突出，曾獲四川師范大學(xué)2004-2005學(xué)年度優(yōu)秀課堂教學(xué)獎(jiǎng)。近年來承擔(dān)省部級(jí)課題2項(xiàng)。

書籍目錄

第一章 隔離法
方法點(diǎn)撥
典例精講
針對(duì)練習(xí)
第二章 整體法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第三章 程序法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第四章 比例法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第五章 圖像法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第六章 作圖法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第七章 轉(zhuǎn)換法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第八章 等效法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第九章 補(bǔ)償法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十章 類比法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十一章 對(duì)稱法
方法點(diǎn)撥
典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十二章 假設(shè)法
方法點(diǎn)撥
典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十三章 逆向思維法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十四章 反證法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十五章 近似與估算法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十六章 微元法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十七章 極限法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十八章 遞推法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第十九章 分析法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)
第二十章 綜合法
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針對(duì)練習(xí)
第二十一章 物理模型法
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典例精講
針對(duì)練習(xí)

章節(jié)摘錄

第二十一章 物理模型法方法點(diǎn)撥物理學(xué)是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運(yùn)動(dòng)形式的自然科學(xué)。人們認(rèn)為，所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互影響，并且這些聯(lián)系和影響往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，使得物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往變得非常復(fù)雜。為了更加方便地研究問題，物理學(xué)上常常采用“簡(jiǎn)化”或“理想化”的方法，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行抽象處理，構(gòu)建出理想化的“物理模型”。這種方法我們稱之為“物理模型法”?！澳Ｐ汀币辉~的意思是尺度、樣本、標(biāo)準(zhǔn)。錢學(xué)森給模型下了這樣的定義：“模型就是通過對(duì)問題現(xiàn)象的分解，利用我們考慮得來的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所創(chuàng)造出來的一幅圖畫……”。物理模型就是在一定條件下，考慮對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象來說是主要的、本質(zhì)的因素，忽略次要的、非本質(zhì)的因素，這種被抽象出來的物理現(xiàn)象雖不再是原來的實(shí)際的物理現(xiàn)象，但它能反映出原來實(shí)際現(xiàn)象發(fā)展變化的基本規(guī)律。例如：在研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際上的運(yùn)動(dòng)往往非常復(fù)雜，不可能找到理想的作勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，但我們能找到一些很接近于物理學(xué)中定義的作勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，在研究它們的運(yùn)動(dòng)時(shí)，將它們當(dāng)作勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻變速直線運(yùn)動(dòng)。因此，模型方法是有實(shí)際意的。為了使研究過程簡(jiǎn)化，我們常采取先忽略某些次要因素，把問題理想化，如在初中學(xué)習(xí)中引入了勻速直線運(yùn)動(dòng)。在高中學(xué)習(xí)中引入勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)模型。有了這些模型，再考慮問題的特有條件，就可以處理某些復(fù)雜的實(shí)際問題了。物理模型的分類方法有很多。但從中學(xué)物理學(xué)習(xí)來講。一般分成以下4類：（1）對(duì)象模型。實(shí)際物體在某些特定條件下可被抽象為理想化的研究對(duì)象，這個(gè)研究對(duì)象稱為對(duì)象模型。如研究豎直放置在光滑圓弧形軌道上的物體作小幅度運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)范圍遠(yuǎn)小于圓弧半徑）時(shí)就可把它等效為單擺模型；在研究地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)時(shí)，把地球看成是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)等。在中學(xué)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了很多模型，如質(zhì)點(diǎn)、彈簧振子、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、理想電流表、理想電壓表、變壓器、原子模型、光線等。（2）條件模型。把研究對(duì)象所處的外部條件理想化后所建立的模型叫條件模型。如光滑表面（平面或曲面）、輕桿、輕繩、均勻介質(zhì)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、絕熱、重力不計(jì)、導(dǎo)線電阻為零等。比如一根繩子懸掛一物體，若忽略繩子的質(zhì)量和其伸縮性，就可以抽象成根輕繩。（3）狀態(tài)模型。將物體所處的狀態(tài)理想化后用于描述物體的狀態(tài)，由此所建立的模型即為狀態(tài)模型。如共點(diǎn)力平衡狀態(tài)、杠桿平衡狀態(tài)、熱平衡狀態(tài)、臨界狀態(tài)等。（4）過程模型。實(shí)際物理過程在忽略某些次要因素時(shí)往往可抽象為一些理想化的變化過程，這樣的模型稱為過程模型。如力學(xué)中的勻速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞；電學(xué)中的穩(wěn)恒電流、等幅振蕩；熱學(xué)中的等溫變化、等容變化、等壓變化等。物理模型突出反映了現(xiàn)實(shí)原型的某些特征，舍棄了它的另外一些特征。建立物理模型主要有以下幾種方法。（1）抽象與概括方法。抽象和概括是指撇開物理事物中的各種無關(guān)因素，抓住其中起支配和決定作用的本質(zhì)因素，即事物的“靈魂”，從而建立物理模型。如質(zhì)點(diǎn)模型是在一定的條件下，忽略了實(shí)際物體的大小和形狀，抓住物體的質(zhì)量這個(gè)特征而運(yùn)用抽象方法建立的。（2）近似方法。通過分析比較影響事物性質(zhì)，變化規(guī)律的各種因素，舍棄次要因素，抓住主要因素而建立的物理模型。如各種拋體運(yùn)動(dòng)的模型，是在忽略空氣阻力影響的基礎(chǔ)上建立的；勻強(qiáng)電場(chǎng)模型是在極板間距離與極板長(zhǎng)度相比非常之小且忽略邊緣效應(yīng)時(shí)而建立的。（3）類比方法。它是根據(jù)兩個(gè)（或兩類）對(duì)象之間在某些屬性上相似，推出它們?cè)诹硪粋€(gè)屬性上也可能相似的一種推理形式。物理學(xué)發(fā)展史上許多模型的建立都得力于類比推理。如：類比太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)的模型，盧瑟福提出了原子的核式模型；德布羅意類比光的波粒二象性，提出實(shí)物粒子的波粒二象性等。（4）假說方法。假說是科學(xué)研究中的一種假定性的說法。恩格斯指出：“只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假說?！币磺锌茖W(xué)都起源于假說，運(yùn)用假說的方法建立模型是指在物理現(xiàn)象的真相比較隱蔽或還不清楚時(shí)，為了從根本上揭示事物和現(xiàn)象的本質(zhì)，依據(jù)一定的理論和事實(shí)建立物理模型的方法。這個(gè)模型既能說明已有的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，又能預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的結(jié)果。假說建模從本質(zhì)上看是對(duì)掌握的資料不完全歸納以及依據(jù)對(duì)物質(zhì)世界秩序的直覺和信念而提出的，因此建立的模型需經(jīng)特定實(shí)踐的檢驗(yàn)、修正和完善。如開普勒從大量積累的行星運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中，提出行星運(yùn)動(dòng)模型；玻爾針對(duì)盧瑟福原子模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾，建立了玻爾原子模型。（5）圖像方法。它是指人們用熟悉的、可視的幾何線條刻畫抽象的物理理論，用圖線的特征及空間的位置關(guān)系反映出所研究的物理事物的本質(zhì)和特征。如力的圖示、磁感線、等勢(shì)面等等。（6）分解與綜合的方法。它是在整體的考慮下把問題分解為局部進(jìn)行研究，再把各部分匯成整體，通過邏輯演繹推理建立模型方法。如牛頓萬(wàn)有引力定律的建立，盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出，都是建立在對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析和綜合基礎(chǔ)上的。理解物理模型的建立在物理學(xué)習(xí)（特別是解題）中有十分廣泛的應(yīng)用。高中物理學(xué)習(xí)中，要注意在我們的頭腦中形成形象化的實(shí)物模型和抽象化的諸多物理模型，并能靈活地提取、應(yīng)用、置換、遷移物理模型，這是學(xué)好高中物理的充要條件。在應(yīng)試教育盛行，題海戰(zhàn)術(shù)泛濫的氛圍中，如何跳出題海，提高學(xué)習(xí)效率，正確理解物理概念和規(guī)律是前提，而理解的基礎(chǔ)正是要建立合理的物理模型。在解題的過程中，要明確研究對(duì)象、弄清物理過程、建立物理圖景，尋找模型解決實(shí)際問題，再在解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)上建立新的物理模型，實(shí)現(xiàn)新的遷移和飛躍。物理試題中新的情境，實(shí)際上是我們熟知的理想模型的基礎(chǔ)上發(fā)展和變化而來的，只要我們深刻地挖掘其隱含共性，實(shí)現(xiàn)解法的類化和移植，就可以縮短分析推理路徑。典例精講【典例1】原地起跳時(shí)，先曲腿下蹲，然后突然蹬地。從開始蹬地到離地為加速過程（視為勻加速），加速過程中重心上升的距離稱為“加速距離”。離地后重心繼續(xù)上升，在此過程中重心上升的最大距離為“豎著高度”?，F(xiàn)有下列數(shù)據(jù)：人原地上跳的“加速距離” ，“豎著高度” ；跳蚤原地上跳的“加速距離” ，“豎著高度” ，假設(shè)人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為 ，則人上跳的“豎著高度”是多少？【解析】用 表示跳蚤起跳的加速度大小， 表示離地時(shí)的速度，則對(duì)加速過程和離地后上升過程分別有，若假設(shè)人具有和跳蚤相同大小的加速度 ， 表示這種假設(shè)下人離地時(shí)的速度， 表示與此相對(duì)應(yīng)的豎直高度，則對(duì)加速過程和離地后上升過程分別有，由以上各式可得代人數(shù)據(jù)可得【評(píng)注】此題從實(shí)際生活情景立意，要通過審題，理清題意，將跳蚤和人看成是質(zhì)點(diǎn)，抽象出運(yùn)動(dòng)模型是先勻加速上升，后豎直上拋勻加速到最大高度處速度減為零，然后把過程分解成若干段，抓住各段之間的聯(lián)系，選擇勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式進(jìn)行求解。【典例2】某同學(xué)對(duì)著墻壁練習(xí)打網(wǎng)球，假定球在墻面以25m/s的速度沿水平向反彈，落地點(diǎn)到墻面的距離在10m至15m之間，忽略空氣阻力，取g=10m/s2，球在墻面上反彈點(diǎn)的高度范圍是[]。A．0.8m 至1.8m　　　　　　B．0.8m 至1.6mC．1.0m 至1.6m　　　　　　D．1.0m 至1.8m【解析】網(wǎng)球反彈后水平方向以25m/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng)，由 可得反彈后在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間在0.4s至0.6s之間，在豎直方向析運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，由y=gt可得網(wǎng)球下落的高度為0.8m至1.8m之間。故選A選項(xiàng)?！驹u(píng)注】本題是一道基礎(chǔ)題，主要考察平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)。要求能正確地把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為平拋運(yùn)動(dòng)模型，問題便迎刃而解?！镜淅?】汽車以一定的速度 在一寬闊水平面上勻速直線行駛，突然發(fā)現(xiàn)正前方出現(xiàn)一堵長(zhǎng)墻，為了盡可能避免碰到墻上，司機(jī)是急剎車好呢？還是轉(zhuǎn)彎好？假定汽車所受的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等?！窘馕觥渴紫?，必須對(duì)汽車的兩種運(yùn)動(dòng)情況建立相應(yīng)的物理模型。汽車急剎車的物理模型：剎車裝置鎖住輪子，車輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，輪子在地面上滑動(dòng)。地面對(duì)輪子的滑動(dòng)摩擦力使汽車做勻減速運(yùn)動(dòng)，直至停下來。如果要避免汽車碰到墻壁，就必須使汽車從剎車開始到停止的過程中，所前進(jìn)的距離小于司機(jī)發(fā)現(xiàn)墻時(shí)，急剎車的地點(diǎn)到墻的距離。汽車轉(zhuǎn)彎的物理模型：車子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，車子是否碰墻，在于軌道半徑R的大小。軌道半徑R是由向心力 決定的。這個(gè)向心力是由靜摩擦力提供的，在此題中約等于滑動(dòng)摩擦力。根據(jù)動(dòng)能定理，汽車急剎車后滑行的距離S和滑動(dòng)摩擦力的關(guān)系為則（1）汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的公式，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)有則（2）比較（1）式和（2）式，知R>S，故汽車急剎車時(shí)碰墻可性能較小?！驹u(píng)注】此題所給條件極少，情景又模糊，只有建立了正確的物理模型，才能發(fā)現(xiàn)隱含條件：“急剎車時(shí)，汽車是在滑動(dòng)摩擦力作用下做勻減速直線運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車是在靜摩擦力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)”。從此隱含條件出發(fā)才能正確選用物理規(guī)律解題。【典例4】如圖21-1所示，輕桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，一端可繞光滑軸O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)， 另一端系一質(zhì)量為m的小球。把小球拉至圖示位置A（桿與水平方向夾角為 ）由靜止釋放，小球?qū)⒆鍪裁礃拥倪\(yùn)動(dòng)到達(dá)最低點(diǎn)B？到最低點(diǎn)時(shí)的小球速度有多大？若將輕桿換成輕繩，情況又如何？【解析】小球以O(shè)為圓心，L為半徑在豎直平面內(nèi)做變速率圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)最低點(diǎn)B，由于該運(yùn)動(dòng)過程中只有重力對(duì)系統(tǒng)做功，因此機(jī)械能守恒。設(shè)小球B點(diǎn)水平向左的速度為 ，則若將輕桿換成輕繩，由于輕繩不能對(duì)小球產(chǎn)生推力，繩處在松弛狀態(tài)，小球靜止釋放后，只受重力作用，將從A到C做自由落體運(yùn)動(dòng)。C的位置在水平線下方與初始位置對(duì)稱，如圖21-2所示，由自由落體運(yùn)動(dòng)公式，得到小球落到C點(diǎn)的速度大小為由于在C點(diǎn)輕繩被緊繃而產(chǎn)生對(duì)小球的拉力，于是小球在拉力的作用下，法向速度 迅速變?yōu)榱悖ㄓ袡C(jī)械能損失），而在重力和拉力的共同作用下，小球以速度 開始向下做圓周運(yùn)動(dòng)。從C到B過程中只有重力做功，由機(jī)械能守恒定律，有所以【評(píng)注】本題中涉及兩個(gè)對(duì)象模型：輕繩和輕桿。輕繩的特征是：（1）指質(zhì)量不計(jì)的柔軟物體，只能產(chǎn)生沿繩方向伸長(zhǎng)的彈性形變，阻礙其相連接物體沿其伸長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng)，而又不考慮繩的伸長(zhǎng)；（2）繩上只存在沿繩方向處處相等的拉力，且拉力大小隨外界條件變化而變化，這種變化的時(shí)間極短，即拉力可以發(fā)生突變。輕桿特征是：（1）指質(zhì)量不計(jì)的剛性體，它不僅可以產(chǎn)生拉伸形變，還可以產(chǎn)生壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)形變，因此它不僅存在拉力，還存在壓力，且力的方向并不一定沿桿的方向；（2）不考慮輕桿的拉伸和壓縮的形變，并認(rèn)為其內(nèi)部彈力處處相等，可以發(fā)生突變。【典例5】如圖所示，寬為d、質(zhì)量為M的正方形木靜止在光滑水平面上，一質(zhì)量m的小球由靜止開始沿“Z”字通道從一端運(yùn)動(dòng)到另一端，求木塊和小球的對(duì)地位移?！窘馕觥堪研∏蚝湍緣K看成一個(gè)系統(tǒng)，由于水平方向所受合外力為零，則水平方向動(dòng)量守恒。設(shè)小球的水平速度為 、木塊的速度為 ，則有若小球?qū)Φ匚灰茷镾1、木塊對(duì)地位移為S2，由上式可得mS1=MS2且S1+S2=d解得，【評(píng)注】本題屬于過程模型中的人船模型。它不僅是動(dòng)量守恒問題中典型的物理模型，也是最重要的力學(xué)綜合模型之一。利用人船模型及其典型變形，通過類比和等效，可使許多動(dòng)量守恒問題的分析思路和解答步驟變得極為簡(jiǎn)單，有時(shí)甚至可直接得出答案。【典例6】一皮帶傳動(dòng)裝置如圖21-4所示，一根質(zhì)量不計(jì)的、勁度系數(shù)為k的彈簧一端固定，另一端連接一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，已知滑塊與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ．當(dāng)滑塊放到勻速運(yùn)動(dòng)的皮帶上時(shí)，彈簧的軸線恰好水平，若滑塊放到皮帶上的瞬間，滑塊的速度為零，且彈簧正好處于自由長(zhǎng)度，已知皮帶的速度為 ，且足夠大，使得滑塊在皮帶上振動(dòng)時(shí)始終相對(duì)于滑塊向右滑動(dòng)，求：（1）滑塊振動(dòng)的振幅多大？（2）當(dāng)彈簧第一次伸長(zhǎng)到最長(zhǎng)時(shí)，滑塊相對(duì)于皮帶滑行的距離多大？滑塊與皮帶間所產(chǎn)生的熱量是多少？（已知彈簧簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期為 ）【解析】（1）滑塊在摩擦力與彈簧彈力的共同作用下，先向左做變加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)二力平衡時(shí)，滑塊速度最大，該位置即為滑塊的平衡位置，接著向左做變減速度運(yùn)動(dòng)至速度為零，然后返回，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，設(shè)滑塊在平衡位置時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量為A，此即為滑塊的振幅，此時(shí)有 。當(dāng)滑塊經(jīng)過平衡位置左側(cè)某一位置相對(duì)平衡的位移為x時(shí)，設(shè)向左為正方向，則合力為此式說明滑塊所受合力（即回復(fù)力）與位移大小成正比，方向相反，同理，滑塊經(jīng)過平衡位置右側(cè)某一位置，受到的合力同樣與位移正比反向，符合簡(jiǎn)諧振動(dòng)的條件，所以滑塊做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，振幅為（2）當(dāng)彈簧第一次伸長(zhǎng)到最長(zhǎng)時(shí)，滑塊對(duì)地位移為2A，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為簡(jiǎn)揩振動(dòng)的半周期限，即 ，此段時(shí)間內(nèi)，傳送帶對(duì)地路程為 ，故滑塊相對(duì)于皮帶滑行的距離為滑塊與皮帶間所產(chǎn)生的熱量為【評(píng)注】簡(jiǎn)諧振動(dòng)與“皮帶輪”模型相聯(lián)系屬于平常卻又創(chuàng)新的物理場(chǎng)景。滑塊在恒力摩擦力和變力彈力的作用下運(yùn)動(dòng)，要對(duì)滑塊進(jìn)行受力分析，用物體作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的受力條件 來分析判斷滑塊的運(yùn)動(dòng)，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析滑塊與皮帶間所產(chǎn)生的熱量。本題中將滑塊的運(yùn)動(dòng)模型與豎直方向上振動(dòng)的彈簧振子相類比，使解題過程容易理解。因此，從力和運(yùn)動(dòng)的角度分析皮帶輪模型時(shí)，弄清所發(fā)生的物理過程。描述時(shí)要以地面為參照系，標(biāo)定物塊、皮帶各自發(fā)生的位移，解出相對(duì)位移，從而得出滑塊與皮帶間所產(chǎn)生的熱量；本題在分析中，要善于從功能的角度分析能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，即要能從局部入手，更要能從全程的視角把握能量的轉(zhuǎn)換?！镜淅?】如圖21-5所示變壓器，初級(jí)線圈匝數(shù)n1=1000匝，次級(jí)有兩個(gè)線圈，匝數(shù)分別為n2=500匝和n3=200匝，分別接一個(gè)R=55Ω的電阻，在初級(jí)線圈上接U=220V　　　　　交流電。試求：（1）兩次級(jí)線圈輸出電功率之比；（2）初級(jí)線圈中的電流?！窘馕觥浚?）由電壓思路，兩個(gè)次級(jí)線圈兩端電壓分別為，又，所以（2）根據(jù)歐姆定律，得，由電流思路，對(duì)有兩個(gè)次級(jí)線圈的變壓器有所以【評(píng)注】解答有關(guān)理想變壓器模型的題，關(guān)鍵是掌握理想變壓器的基本規(guī)律。這些規(guī)律有：變壓器穿過原線圈中磁通量等于穿過所有副線圈磁通量；輸入功率等于輸出功率；原、副線圈兩端的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比；原、副線圈中的電流之比等于副線圈的匝數(shù)與原線圈的匝數(shù)之比。【典例8】如圖21-6所示，一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過O點(diǎn)垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其在紙面上的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，垂直紙面的寬度為L(zhǎng)2。在膜的下端（圖中A處）掛有一平行于轉(zhuǎn)軸，質(zhì)量為m，長(zhǎng)為L(zhǎng)2的導(dǎo)體棒使膜成平面。在膜下方水平放置一足夠大的太陽(yáng)能光電池板，能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能。光電池板可等效為一個(gè)電池，輸出電壓恒定為U；輸出電流正比于光電池板接收到的光能（設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定）。導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，并與光電池構(gòu)成回路，流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外（注：光電池與導(dǎo)體棒直接相連，連接導(dǎo)線未畫出）。（1）現(xiàn)有一束平行光水平入射，當(dāng)反射膜與豎直方向成 時(shí)，導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時(shí)電流強(qiáng)度的大小和光電池的輸出功率。（2）當(dāng) 變成 時(shí)，通過調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡，光電池除維持導(dǎo)體棒平衡外，還能輸出多少額外電功率？【解析】此題情景新穎，不易看懂題目的意思。不易從題目中獲取解題的信息，不易抓住問題的主要矛盾和本質(zhì)因素，其本質(zhì)就是在解題時(shí)不能根據(jù)題目構(gòu)建出正確的物理模型。其實(shí)該題最重要的是建構(gòu)三力平衡的模型，構(gòu)建物理模型的思維過程可按圖21-7流程進(jìn)行操作。（1）導(dǎo)體棒受3個(gè)力的作用，一是重力，二是水平現(xiàn)左的安培力，三是反射膜的張力，如圖21-8所示，設(shè)導(dǎo)體棒的安培力Fl=BIL3，根據(jù)力的平衡關(guān)系有（1）解得當(dāng) 時(shí)，由（1）式得光電流為光電池的輸出功率為（2）當(dāng)θ變成 時(shí)，導(dǎo)體棒仍受3個(gè)力的作用，如圖21-9所示，導(dǎo)體棒的安培力F2=BIL3，為維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡所需要的電流為光電池為維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡輸出的功率為根據(jù)幾何關(guān)系和能量守恒定律， 和 時(shí)，光電池板接收到來自反射膜反射的能量之比為當(dāng) 時(shí)，光電池的輸出功率為光電池除維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡外，額外輸出的電功率為【評(píng)注】解題的過程就是獲取解題信息、構(gòu)建物理模型的過程。本題最基本的物理模型是三力平衡，物體在重力、安培力、彈力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中的三個(gè)力恰構(gòu)成一個(gè)封閉的矢量三角形。當(dāng)然，該題不僅考查了三力平衡的知識(shí)，還考查了電路計(jì)算、安培力、能量守恒等知識(shí)，突出了運(yùn)用能量觀點(diǎn)從整體上把握問題的思維方式，同時(shí)還關(guān)注新能源發(fā)展方向與低碳生活理念。【典例9】電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖21-10所示的截面為長(zhǎng)方形的一段管道，其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c。流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料?，F(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串聯(lián)了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測(cè)得的電流值。已知流體的電阻率為 ，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為[]。A．B．C． D．【解析】此題中電磁流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)電源，根據(jù)電阻定律，其內(nèi)阻為 ，但電動(dòng)勢(shì)是多少呢？液體流動(dòng)切割磁場(chǎng)可類比于我們所熟悉的“單根直導(dǎo)線切割磁感線”的物理模型，則上下兩表面電動(dòng)勢(shì)為（1）又根據(jù)閉合電路歐姆定律有（2）在時(shí)間t內(nèi)，流過管中的流體體積為（3）則由（1）、（2）、（3）式可得流體的流量為故A選項(xiàng)正確?！驹u(píng)注】這道試題有一定的難度，給人以無從下筆之感．當(dāng)將電磁流量計(jì)這種實(shí)際模型轉(zhuǎn)化為電源這種物理模型時(shí)，電源內(nèi)阻的求解這一難點(diǎn)得以突破；當(dāng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為開路時(shí)的電源這一物理模型時(shí)，另一障礙點(diǎn)—電動(dòng)勢(shì)的求解也得以逾越?！镜淅?0】如圖21-11所示。在真空中速度 =6.4×107 m/s的電子束連續(xù)地射人兩平行極板之間，極板長(zhǎng)度L=8.0×10-2m，間距d=5.0×10-3m。兩極板上加50 Hz的交流電壓 ，如果所加電壓的最大值 超過某一值 時(shí)，將出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子有時(shí)能通過兩極板，有時(shí)不能通過，求 的大小。（me=9.0×10-31kg，e=1.6×10-19 C）【解析】由于平時(shí)練習(xí)題中多出現(xiàn)帶電粒子在勻速電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，一看交變電場(chǎng)，認(rèn)為沒有學(xué)過，就覺得不會(huì)做。其實(shí)，只要冷靜推敲，就會(huì)發(fā)現(xiàn)本題是考查帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)的物理模型。電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為（1）交流電周期為由此可見，t

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