備考高考物理一輪金牌訓(xùn)練 第二部分 專題七 第1講　高中物理常用解題方法(一)——圖象法、假設(shè)法、等效法、整體法和隔離法課件

第二部分 學(xué)科特色專題突破專題七 高中物理常用解題方法解物理習(xí)題是學(xué)好物理的重要環(huán)節(jié)，它在建立和發(fā)展同學(xué)們的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)，形成和提高同學(xué)們的物理思維能力等方面有著不可替代的作用思維是掌握知識(shí)的重要心理過程，在感知事物的基礎(chǔ)上，通過思維可以認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律用物理思維方法指導(dǎo)解題有助于創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和創(chuàng)造性思維的發(fā)展在高考復(fù)習(xí)中，同學(xué)們?nèi)绻⒅厥褂每茖W(xué)思維方法來指導(dǎo)解物理習(xí)題，就能起到出奇制勝的效果，并且能從中體會(huì)到學(xué)習(xí)物理的樂趣本講將著重探討圖象法、極端法、假設(shè)法、整體法和隔離法、等效法、對(duì)稱法、全過程法、逆向思維法、遞推法等方法在解物理題中的應(yīng)用第1講高中物理常用解題方法(一)圖象法、假設(shè)法、等效法、整體法和隔離法圖象法方法簡(jiǎn)介：在高考的能力要求中“能應(yīng)用圖象進(jìn)行分析”，圖象表達(dá)是處理物理問題能力的一個(gè)重要方面在歷屆的高考中，均有一定數(shù)量的圖形考查題出現(xiàn)，且占有相當(dāng)大的分值比例，所以學(xué)會(huì)識(shí)圖、畫圖和用圖就變得尤為重要力學(xué)中主要包括位移時(shí)間圖象(st 圖象)、速度時(shí)間圖象(vt 圖象)等；電學(xué)中的有電場(chǎng)線分布圖、磁感線分布圖、等勢(shì)面分布圖、交流電圖象等；還有氣體圖象 pV 圖、VT 圖、pT 圖等；在實(shí)驗(yàn)中也涉及不少圖象，如驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)要用到 aF 圖象、a1/m 圖象，用“伏安法”測(cè)電阻時(shí)要畫出 IU 圖象，測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)要畫 UI圖象等；在各類習(xí)題中圖象問題也是頻頻出現(xiàn)，更有些圖象是教材中未曾出現(xiàn)過的，如力學(xué)中 Ft 圖，電磁感應(yīng)中的t 圖、Et 圖等處理圖象問題的關(guān)鍵是搞清圖象所揭示的物理規(guī)律或物理量間的函數(shù)關(guān)系，全面系統(tǒng)地看懂圖象中的“軸”、“線”、“點(diǎn)”、“斜率”、“面積”、“截距”等所表示的物理意義在運(yùn)用圖象法求解物理問題時(shí)，還需要具有將物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為圖象問題的能力運(yùn)用圖象解答物理問題包括運(yùn)用題目給定的圖象解答物理問題及根據(jù)題設(shè)去作圖、運(yùn)用圖象解答物理問題兩個(gè)方面【例 1】(2009 年山東卷)某物體做直線運(yùn)動(dòng)的 vt 圖象如圖 711 所示，據(jù)此判斷四個(gè)選項(xiàng)中(F 表示物體所受合力，x 表示物體的位移)正確的是()圖 711解析：由圖甲可知前兩秒物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以前兩秒受力恒定；2 s4 s 做正方向勻減速直線運(yùn)動(dòng)，所以受力為負(fù)，且恒定；4 s6 s 做負(fù)方向勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以受力為負(fù)，恒定；6 s8 s 做負(fù)方向勻減速直線運(yùn)動(dòng)，所以受力為正，恒定；綜上分析 B 正確答案：B1如圖 712 所示，一寬為 40 cm 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里一邊長(zhǎng)為 20 cm 的正方形導(dǎo)線框位于紙面內(nèi)，以垂直于磁場(chǎng)邊界的恒定速度 v20 cm/s 通過磁場(chǎng)區(qū)域，在運(yùn)動(dòng)過程中，線框有一邊始終與磁場(chǎng)區(qū)域的邊界平行取它剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻 t0，在下列圖線中，正確反映感應(yīng)電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是()圖 712解析：可將切割磁感應(yīng)線的導(dǎo)體等效為電源按閉合電路來考慮，也可以直接用法拉第電磁感應(yīng)定律按閉合電路來考慮. 當(dāng)導(dǎo)線框部分進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，有恒定的感應(yīng)電流，當(dāng)整體全部進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，無感應(yīng)電流，當(dāng)導(dǎo)線框部分離開磁場(chǎng)時(shí)，又能產(chǎn)生相反方向的感應(yīng)電流，所以應(yīng)選 C.答案：C假設(shè)法方法簡(jiǎn)介：物理學(xué)和數(shù)學(xué)一樣，如果題設(shè)的條件不充分，或者不明顯，就會(huì)給解題帶來很大困難問題比較簡(jiǎn)單，可以通過分析類比來作出判斷問題比較復(fù)雜，則很難用分析類比來作出正確判斷，此時(shí)可以考慮采用假設(shè)法采用假設(shè)法解題時(shí)，一般應(yīng)首先按題意作出合理假設(shè)，然后運(yùn)用物理規(guī)律按正常步驟解題，如果得出的結(jié)果與預(yù)先的假設(shè)出現(xiàn)矛盾，說明這個(gè)假設(shè)是錯(cuò)誤的，這時(shí)，一般應(yīng)另辟蹊徑重新作出假?zèng)]，直至與題意不出現(xiàn)矛盾為止必要時(shí)還需作出討論，以便選出完全符合題意的正確答案相對(duì)來說，用假設(shè)法解題比采用其他方法要繁瑣一些，但對(duì)一些比較困難的題目，仍不失為一種有效的方法，它有利于我們拓展思維，提高分析、解決問題的能力【例 2】如圖 713 所示，甲、乙兩物體的質(zhì)量分別為 m12 kg，m23 kg，疊放在水平桌面上已知甲、乙間的動(dòng)摩擦因數(shù)為10.6，乙與水平桌面間的動(dòng)摩因數(shù)為20.5，現(xiàn)用水平拉力 F 作用于物體乙上，使兩物體一起沿水平方向向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如果運(yùn)動(dòng)中 F 突然變?yōu)榱?，則甲在水平方向上的受力情況為(g 取 10 m/s2)(A大小為 12 N，方向向右B大小為 12 N，方向向左C大小為 10 N，方向向右D大小為 10 N，方向向左)圖 713解析：當(dāng) F 突變?yōu)榱銜r(shí)，可假設(shè)甲、乙兩物體一起沿水平方運(yùn)動(dòng)，則它們運(yùn)動(dòng)的加速度可由牛頓第二定律求出由此可以求出甲所受的摩擦力若此摩擦力小于它所受的滑動(dòng)摩擦力，則假設(shè)成立，反之不成立假設(shè)甲、乙兩物體一起沿水平方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)于乙，由牛頓第二定律得：圖 53f2(m1 m2)a f2N22(m1 m2)g 由得：a5 m/s2如圖 53 可得甲受的摩擦力為 f1m1a10 N因?yàn)?fmax1m1g12 Nf1fmax所以假設(shè)成立，甲受的摩擦力為 10 N，方向向左應(yīng)選 D.答案：D等效法方法簡(jiǎn)介：等效法是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，它是從事物的等同效果這一基本點(diǎn)出發(fā)的，它可以把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理過程轉(zhuǎn)化為較簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象、物理過程來進(jìn)行研究和處理，其目的是通過轉(zhuǎn)換思維活動(dòng)的作用對(duì)象來降低思維活動(dòng)的難度用等效法研究問題時(shí)，并非指事物的各個(gè)方面效果都相同，而是強(qiáng)調(diào)某一方面的效果，因此一定要明確不同事物在什么條件、什么范圍、什么方面等效在中學(xué)物理中，我們通?？梢园阉龅降牡刃Х譃椋何锢砹康刃?、物理過程等效、物理模型等效【例 3】如圖 714 所示，絕緣光滑軌道 AB 部分是傾角為 30的斜面，AC 部分為豎直平面上半徑為 R 的圓軌道，斜面與圓軌道相切整個(gè)裝置處于場(chǎng)強(qiáng)為 E、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中現(xiàn)有一質(zhì)量為 m 的帶正電，電量為 q小球，要使小球能安全通過圓軌道，在 O 點(diǎn)的初速度至少為多大？圖 714解析：運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：小球先在斜面上運(yùn)動(dòng)，受重力、電場(chǎng)力、支持力作用，然后在圓軌道上運(yùn)動(dòng)，受到重力、電場(chǎng)力，軌道作用力作用，且要求能安全通過圓軌道對(duì)應(yīng)聯(lián)想：在重力場(chǎng)中，小球先在水平面上運(yùn)動(dòng)，重力不做功，后在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的模型：過山車等效分析：如圖 715 甲所示，對(duì)小球受電場(chǎng)力和重力，將電場(chǎng)力與重力合成視為等效重力 mg，大小為：，得30，于是等效重力方向?yàn)榇怪毙泵嫦蛳拢葱∏蛟谛泵嫔线\(yùn)動(dòng)，等效重力不做功小球運(yùn)動(dòng)可類比為重力場(chǎng)中的過山車模型圖 715規(guī)律應(yīng)用：分析重力中的過山車運(yùn)動(dòng)，要過圓軌道存在一個(gè)最高點(diǎn)，在最高點(diǎn)重力提供向心力(不能大于向心力)，只要能過最高點(diǎn)就能安全通過圓軌道如果將斜面順時(shí)針轉(zhuǎn)30，就成了如圖乙所示的過山車模型，最高點(diǎn)應(yīng)為等效重力方向上直徑對(duì)應(yīng)的點(diǎn) B，則 B 點(diǎn)應(yīng)滿足“重力”剛好提供向2一條長(zhǎng)為 l 的細(xì)線上端固定在 O 點(diǎn)，下端系一個(gè)質(zhì)量為 m 的小球，將它置于一個(gè)很大的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度為 E，方向水平向右，已知小球在 B 點(diǎn)時(shí)平衡，細(xì)線與豎直線的夾角為，如圖 716 所示，求：(1)當(dāng)懸線與豎直線的夾角為多大時(shí)，才能使小球由靜止釋放后，細(xì)線到豎直位置時(shí)，小球速度恰好為零？(2)當(dāng)細(xì)線與豎直線的夾角為時(shí)，至少要給小球一個(gè)多大的沖量，才能使小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)？圖 716解：本題是一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問題，在處理時(shí)，由于電場(chǎng)力和重力都是恒定的，所以可以將勻強(qiáng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)看成一個(gè)復(fù)合場(chǎng)對(duì)小球在 B 點(diǎn)的受力分析如圖 54 所示，由于小球是在勻強(qiáng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其等效重力加速度(復(fù)合場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng))小球的運(yùn)動(dòng)類比為一單擺，B 點(diǎn)為單擺的平衡位置要使豎直位置為最大位移處，由對(duì)稱性即可知：懸線與豎直線的夾角為2.繩系小球在勻強(qiáng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的條件與在重力場(chǎng)中類似，只不過運(yùn)動(dòng)時(shí)其等效“最低”點(diǎn)是 B，其等效“最高”點(diǎn)是與等效“最低”點(diǎn) B 以 O 點(diǎn)為對(duì)稱的 D 點(diǎn)，其等效重力加速度(復(fù)合場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng))為 g，所以小球要求能夠在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，在等效“最高”點(diǎn) D 的圖 54整體法和隔離法方法簡(jiǎn)介：在解答物理問題時(shí)，往往會(huì)遇到有相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體所組成的比較復(fù)雜的系統(tǒng)分析和解答這類問題時(shí)，確定研究對(duì)象是關(guān)鍵對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物體逐個(gè)隔離進(jìn)行分析的方法稱為隔離法；把整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)對(duì)象進(jìn)行分析的方法稱為整體法隔離法的優(yōu)點(diǎn)在于能把系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體所處的狀態(tài)、物體狀態(tài)變化的原因以及物體間相互作用關(guān)系分析清楚，能把物體在系統(tǒng)內(nèi)與其他物體相互作用的內(nèi)力轉(zhuǎn)化為物體所受的外力，以便應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行求解；缺點(diǎn)是涉及的因素多，比較繁雜整體法的優(yōu)點(diǎn)是只需分析整個(gè)系統(tǒng)與外界的關(guān)系，避開了系統(tǒng)內(nèi)部繁雜的相互作用，更簡(jiǎn)潔地展現(xiàn)出物理量間的關(guān)系；缺點(diǎn)是無法討論系統(tǒng)內(nèi)部的情況一般地說，對(duì)于不要求討論系統(tǒng)內(nèi)部情況的，首選整體法，解題過程簡(jiǎn)明、快捷；要討論系統(tǒng)內(nèi)部情況的，必須運(yùn)用隔離法實(shí)際應(yīng)用中，隔離法和整體法往往需要交替使用【例 4】如圖 717 所示，質(zhì)量為 M 的框架放在水平地面上，一個(gè)輕質(zhì)彈簧固定在框架上，下端拴一個(gè)質(zhì)量為 m的小球當(dāng)小球上下振動(dòng)時(shí)，框架始終沒有跳起，在框架對(duì))地面的壓力為零的瞬間，小球加速度大小為(圖 717解析：解法一：分別以框架和小球?yàn)檠芯繉?duì)象，當(dāng)框架對(duì)地面的壓力為零時(shí)作受力分析如圖 55 所示圖 55對(duì)框架：FMg對(duì)小球：mgFma所以 a(Mm)g/m.方向向下解法二：以框架和小球整體為研究對(duì)象，框架和小球所受的重力為(Mm)g，框架對(duì)地的高度不變，其加速度為零，故合外力提供小球做加速運(yùn)動(dòng)所需的外力，對(duì)系統(tǒng)由牛頓第二定律有：(Mm)gma.答案：D3有一個(gè)直角支架 AOB，AO 水平放置，表面粗糙，OB 豎直向下，表面光滑，AO 上套有小環(huán) P，OB 上套有小環(huán) Q，兩環(huán)質(zhì)量均為 m，兩環(huán)間有一根質(zhì)量可忽略、不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩相連，并在某一位置平衡，如圖 718 所示，現(xiàn)將 P 環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達(dá)到平衡，那么將移動(dòng)后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)相比較，AO 桿對(duì) P 環(huán)的支持力 FT 和細(xì)繩上的拉力 FN 的變化情況是()圖 718AFN 不變，F(xiàn)T 變大BFN 不變，F(xiàn)T 變小CFN 變大，F(xiàn)T 變大DFN 變大，TT 變小解析：先用隔離法，對(duì)環(huán) Q：因 OB 桿光滑，故細(xì)繩拉力 FT 的豎直分量等于環(huán)的重力，當(dāng) P 環(huán)向左移動(dòng)一小段時(shí)，細(xì)繩與豎直方向的夾角變小，故細(xì)繩的拉力 FT 變小再用整體法，對(duì)兩環(huán)和細(xì)繩構(gòu)成的系統(tǒng)：豎直方向只受到OA 桿的支持力FN 和兩環(huán)的重力，故在P 環(huán)向左移動(dòng)一小段距離后，F(xiàn)N 保持不變，故應(yīng)選 B.答案：B點(diǎn)評(píng)：(1)繩的拉力還可用極端法分析，當(dāng) P 環(huán)移到最左端 O 時(shí)，F(xiàn)T 最小，F(xiàn)Tmg.當(dāng)環(huán)移到細(xì)繩接近于水平時(shí)，F(xiàn)T趨于無窮大，故知，環(huán) P 向左移動(dòng)，F(xiàn)T 變小(2)還可以隔離環(huán) P，分析其受到的摩擦力的變化情況，P 環(huán)左移，F(xiàn)T 變小，細(xì)繩與 OA 的夾角變大，故 FT 的水平分量變小，P 環(huán)的靜摩擦力變小4(雙選)如圖 719 所示，疊放的 a、b、c 三塊粗糙物塊，其上面的接觸處均有摩擦，但摩擦系數(shù)不同，當(dāng) b 物體受到一水平力 F 作用時(shí)，a 和 c 隨 b 保持相對(duì)靜止，做向右的加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)()Aa 對(duì) c 的摩擦力的方向向右Bb 對(duì) a 的摩擦力的方向向右Ca 對(duì) b、a 對(duì) c 的摩擦力大小相等圖 719D桌面對(duì) c 的摩擦力大于 a、b 間的摩擦力解析：本題考查運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)結(jié)合問題及“整體法”與“隔離法”的綜合應(yīng)用根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況判斷物體的受力情況，再根據(jù)物體間的相互作用關(guān)系判斷另一物體的受力情況解此題的關(guān)鍵是選好研究對(duì)象先隔離 c 物體，受力如圖 56 所示，整體向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，因此 a 對(duì) c 的摩擦力方向向右，所以 A 正確；再隔離 a 物體，根據(jù)牛頓第三定律，c 對(duì) a 的摩擦力方向向左，而 a 的加速度方向向右，根據(jù)牛頓第二定律可知，b 對(duì) a 的摩擦力方向應(yīng)向右，并且Fba Fca，故 B 正確，而 C 不正確；通過研究 c 物體可以看出，桌面對(duì)c 的摩擦力小于 a、c 間的摩擦力，故 D 不正確正確選項(xiàng)為AB.圖 56答案：AB