替换法在物理解题中的应用

替换法是一种创造性的思维方式,利用替换法解题,往往可以辟免复杂的数学运算,使这类问题得到简化

1.利用物理量的替换

同一物体的两个运动过程中,某个物理量的变化恰好对应着另一物理量的变化,这两个不同物理量变化的量值相等,利用等效替换法,可以开辟常规途径设法找到解题的捷径.

例1如***1质量为m的小球以初速度v0冲上斜面,斜面的质量为M, 斜面光滑,试求在下列两种情况下,小球在斜面上升的最大高度之差.

(1)斜面固定;

(2)斜面自由地置于光滑水平面上.

(设两种情况下小球的最大高度均小于斜面高)

解析这道题按常规解法是分别计算两种情况下小球在斜面上到达的高度.这种解法的方程较多不够简洁,若利用物理量的替换就简便一点.

考察小球运动的两个物理过程,可以发现以下差异,第一次小球到达最高点时速度为零,而第二次小球到达最高点时速度不为零,且与斜面获得共同的水平速度,即在第一个过程中小球的初动能全部转化为重力势能,而在第二次过程中小球的动能只有部分转变为重力势能.由此可见,两个过程中小球末态重力势能的差值与第二种情况下小球和斜面的末态动能值具有代偿性.

故mgΔh=12(m+M)v2,又 mv0=(m+M)v

解得 Δh=mv202(m+M)g.

1. 利用电路结构补割等效换算

当电路或导体具有特殊结构时,如闭合电路在匀强磁场中不论在任何方向平动,闭合电路中的总电动势恒为零.闭合的通电导线在匀强磁场中所受磁场力的矢量和恒为零.利用电路结构补割等效换算,可使问题的求解过程变得简单.

例2如***所示,将金属丝AB弯成半径r的圆弧,但是AB之间留出宽度 为d,相对于圆弧来说很小的间隙,电荷量Q的正电荷均匀分布在金属丝上,求圆心O处的电场强度.

思路分析将圆环的缺口补上,并且它的电荷线密度与缺了口的环体原有的电荷线密度一样,这样就形成了一个

电荷均匀分布的完整的带电环,环上处于同一直径两端的微

小部分可看成相对应的点电荷,它产生的电场在圆心处叠加后场强为零.根据对称性可知,带电圆环在圆心处的总场强E=0.

解析设原缺口环所带电荷的线密度为ρ,则补上金属小段的带电荷量Q′=ρd 将Q′视为点电荷,它在O处的场强为E1,方向向右.设要求的场强为E2,由E1+E2=0可得E2=-E1,负号表示E2方向与E1方向相反,为向左.

2. 利用物理状态的互换性

物理状态虽然各有特点存在差异,但是某些物理状态在某些方面却具有互换性.为很多问题的分析提供简便方法.

例3如***1所示,两个相同大小的金属板平行正对放置,且距离很近,组成一平行板电容器,已知两板分别带有q1=-2.0×10-8库,q2=+6.0×10-8库,测得两板间电势差u为10伏,求该容器电容C.

分析这个问题似乎无法解决,然而如下特殊状态的结论会使解题豁然开朗.如果两板各带有等量的同种电荷,由电场的对称性迭加可知,两板间电场强度处处为零.据此,

可以得到解决本题的思路.设想使两板分别再带上负-2.0×10-8库,则两板带电量分别为-4.0×10-8库与4.0×10-8库,这种补偿的效果是电容器内电场强度保持不变,即前后

两种物理状态具有互换性,故可用后一种状态代换前一种状态,

由电容器的定义可得

C=qu=4.0×10-810=4.0×10-9(F).

4.利用平衡力的不变性

一个平面共点力,若其合力为零,则为平衡力,对一个物体添加一平衡力,在其它条件不变的情况下,物体的受力效果相同.利用平衡力的这种不变性,可以巧妙地解决某些问题.

例4带正电的粒子q质量为m,初始时静止在坐标原点o,匀强磁场方向沿x轴正方向,匀强电场方向沿z轴正方向, 磁感应强度为B,电场强度为E.求带电粒子在此复合电磁场中的运动轨迹.

解析因为粒子初速度为零,所以可等效成两个大小相等,

方向相反的速度合成,且令v0=E/B,方向沿y轴正方向.显然

沿y轴正方向的v0所对应的洛仑兹力恰好与电场力平衡,

粒子只受到沿y轴负方向的v0所产生的洛仑兹力f=qv0B

的作用,方向在yoz平面内.粒子在yoz平面内以v0作匀速圆周运动,同时由于沿y轴正方向的v0的存在,粒子还沿y轴正方向匀速运动,这两个运动的叠加就是粒子在复合电磁场中的合运动.粒子的合运动可等效成半径为R=mv0/Bq的圆沿y轴正方向以中心速度v0做滚动.

别列式:x=v02x⑥;0-(v02)2=2(-a)x1⑦,联立得x=12m.

法4从平均速度关系出发解题,可得时间中点即9m时的速度为v02,同时也是整个过程的平均速度,得x=v02t⑧,

前一半时间的平均速度v1=V0+v022=34v0,得x1=v1・t2=

38v0t⑨;结合⑧⑨得x=12m.

法5根据汽车刹车的情形,设初速度为v0,滑行总时间为t,可以作出如***6所示的v-t***,数理结合可以将物理运动类问题转化为求OAB的面积,求得x=12m.

替换法在物理解题中的应用

转载请注明出处学文网 » 替换法在物理解题中的应用

学习

小镇风情作文600字

阅读(21)

本文为您介绍小镇风情作文600字,内容包括小镇600字的作文,小镇的故事作文600字。小镇风情奶奶过生日,我再一次回到老家。在进奶奶家的村庄前,要停留在大伯和大姑住的小镇上。大约是八九点,我起了床,吃完饭后,就在镇上闲逛。这座小镇就像日本

学习

历史的责任

阅读(17)

本文为您介绍历史的责任,内容包括历史责任和使命担当,责任担当的历史典故。都说古代有四大发明,鄙人不以为然,逢人便说有五种。这绝不是为了炒作,只不过是国人太谦虚,平素不大愿意承认,况且一旦承认,诸位泰西先贤便会无地自容。这一发明或许有

学习

张艺谋电影中的原始主义

阅读(21)

本文为您介绍张艺谋电影中的原始主义,内容包括研究张艺谋电影的书籍,张艺谋最原始的电影。摘要张艺谋导演一直用电影诠释着我们民族文化的深层内涵,他在八十年代末拍的一系列具有原始主义特征的作品,如《红高粱》,《菊豆》、《大红灯笼高高

学习

蒋祖林:回忆母亲丁玲(下)

阅读(664)

本文为您介绍蒋祖林:回忆母亲丁玲(下),内容包括丁玲女儿蒋祖林近况,丁玲的儿子蒋祖林简介。她也是一个普通的母亲

学习

关于微机械制造技术的探讨

阅读(24)

本文为您介绍关于微机械制造技术的探讨,内容包括微机械技术优缺点,什么是微机械制造技术。摘要:介绍微机械制造工艺的特点及关健技术,阐述微机械制造工艺的新技术及其发展趋势。

学习

共生——自然之道

阅读(14)

本文为您介绍共生——自然之道,内容包括共生之道的经典句子,人与自然共生全文。共生是指两种不同生物之间所形成的紧密合作和互利关系,是自然界中司空见惯的现象。动物、植物、原生生物及真菌四者中任意两者之间都存在共生关系。以共生的

学习

婚礼之闹洞房

阅读(20)

本文为您介绍婚礼之闹洞房,内容包括闹洞房之婚礼篇,婚礼闹洞房祝福语。闹洞房不但喜家高兴,闹洞房的亲朋好友,也乐得借机喧腾一番,使出各类新招数,让新郎新娘坐困愁城哭笑不得,最新招闹洞房二十八式,新娘新郎接招了:

学习

劳动楷模事迹材料范文精选

阅读(24)

本文为您介绍劳动楷模事迹材料范文精选,内容包括2021劳动楷模人物事迹,劳动楷模事迹范文400字。劳动楷模事迹材料篇1一、宗旨

学习

绝配夫妻相

阅读(29)

本文为您介绍绝配夫妻相,内容包括绝配夫妻小说,经典绝配的夫妻相。俗话说:“不是一家人不进一家门。”

学习

明清文学作品研究综述

阅读(25)

本文为您介绍明清文学作品研究综述,内容包括明清文学现象文献综述,明清文学作品赏析。摘要:文化学者对于明清文学作品的研究热忱有增无减,最近几年越来越多的文学爱好者和文化大家纷纷在各种文化刊物上发表自己对明清文学作品的研究成果。

学习

我国职业结构现状

阅读(15)

本文为您介绍我国职业结构现状,内容包括职业结构,网民职业结构。职业结构是就业结构的重要组成部分,反映一定社会经济条件下劳动力的职业配置状况。

学习

量子物理浅谈

阅读(25)

本文为您介绍量子物理浅谈,内容包括量子物理史话全文,量子物理学合集。[摘要]量子物理学(QuantumMechanics),是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学科,涉及分子、原子、以及基本粒子的基础理论,量子理论还涉及到“意识”等理论,它与相对论一

学习

物理学中的叠加原理及其应用技术分析

阅读(21)

本文为您介绍物理学中的叠加原理及其应用技术分析,内容包括物理书中的叠加原理怎么用,应用叠加原理求梁横截面的挠度。摘要:自然界中存在许许多多的叠加现象,应用这一性质使生活中的许多难题都迎刃而解。叠加原理是物理学中的基本原理,在整

学习

浅谈镜像法的理论基础及解题步骤

阅读(33)

本文为您介绍浅谈镜像法的理论基础及解题步骤,内容包括镜像法的解题思路,磁场镜像法的理论依据。【摘要】本文首先阐述了镜像法的基本理论基础,其次分析了运用镜像法的解题步骤,最后对镜像法做出总结。

学习

数学解题中的“化归”原则

阅读(19)

本文为您介绍数学解题中的“化归”原则,内容包括数学解题中的化归方法,化归法解题常用路径。【摘要】化归是人们思考和解决问题的基本方法。在数学解题中也是经常用到,掌握一些化归原则,不但能给解题带来一些技巧,更能让学生体会到化归思想

学习

石油地球物理勘探

阅读(34)

本文为您介绍石油地球物理勘探,内容包括石油地质勘探的工作原理,中国石油地球物理勘探典型范例。中国石油学会2008年物探技术研讨会获奖名单

学习

怎样才能学好物理

阅读(41)

本文为您介绍怎样才能学好物理,内容包括怎样才能学好物理全集,怎样学好物理100个字。对于刚上初二的同学来说,物理是好奇而陌生的一门学科。怎样才能学好物理呢?作为战斗在第一线的中学物理老师,我想谈谈以下几点,希望能对孩子们学好物理有

学习

物理学分析法解题浅谈

阅读(25)

本文为您介绍物理学分析法解题浅谈,内容包括物理学等量分析法,物理学中的元分析法。分析,是把整体分解为部分,把复杂的事物分解为简单的要素分别加以研究的思维方法。运用分析法解决问题是中学物理最基本的解题手段。物理学分析法大致包括