等效法在物理解题中的应用

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1、等效法在物理解题中的应用　　【摘要】在解物理题的过程中灵活地运用等效法，将复杂问题简单化、抽象问题形象化，从而有效、快速地研究和解决许多疑难问题。本文通过对等效法的简单认识，再通过应用等效法辅以例题方法分析进行全面讲述如何运用等效法来处理疑难问题。　　【关键词】等效法物理量物理过程物理模型方法分析　　等效法这种思维方法的实质就是在效果相同的条件下，将复杂的情景或过程变换为简单的情景或过程。在物理学中，合力与分力、合运动与分运动、总电阻与分电阻、总电容与分电容、平均值与有效值……都是根据等效的概念引入的，从而使所研究的问题由繁变简，由难变易。　　用等效法研究问题时，并非指事物的各个方面效果都相

2、同，而是强调某一方面的效果.因此一定要明确不同事物在什么条件、什么范围、什么方面等效.在中学物理中，我们通常可以把所遇到的等效分为：物理量等效、物理过程等效、物理模型等效等.所以应用等效法解答考题时，要明确两个不同的物理现象或物理过程的等效条件、范围及物理意义，否则就会出错。　　一、物理量等效4　　在高中物理中，小到等效劲度系数、合力与分力、合速度与分速度、总电阻与分电阻等；大到等效势能、等效场、矢量的合成与分解等，都涉及到物理量的等效.如果能将物理量等效观点应用到具体问题中去，可以使我们对物理问题的分析和解答变得更为简捷.　　在高中物理中，小到等效劲度系数、合力与分力、合速度与分速度、总电

3、阻与分电阻等；大到等效势能、等效场、矢量的合成与分解等，都涉及到物理量的等效.如果能将物理量等效观点应用到具体问题中去，可以使我们对物理问题的分析和解答变得更为简捷.　　例：如图所示，ABCD为表示竖立放在场强为E=104V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道，其中轨道的BCD部分是半径为R的半圆环，轨道的水平部分与半圆环相切A为水平轨道的一点，而且把一质量m=100g、带电q=10-4C的小球，放在水平轨道的A点上面由静止开始被释放后，在轨道的内侧运动。（g=10m/s2）求：　　（1）它到达C点时的速度是多大？　　（2）它到达C点时对轨道压力是多大？　　（3）小球所能获得的最大动能是多少？

4、　　方法分析：　　对与圆周运动结合的题目，一般要用到动能定理、牛顿第二定律以及速度最大或最小的临界条件，应记住在复合场中速度最大即等效“最低点”是物体能够平衡的位置，速度最小（等效最高点）位置则是最低点关于圆心的对称点。　　二、物理过程等效　　对于有些复杂的物理过程，我们可以用一种或几种简单的物理过程来替代，这样能够简化、转换、分解复杂问题，能够更加明确研究对象的物理本质，以利于问题的顺利解决.4　　高中物理中我们经常遇到此类问题，如运动学中的逆向思维、电荷在电场和磁场中的匀速圆周运动、平均值和有效值等.　　例：矩形裸导线框长边的长度为2l，短边的长度为l，在两个短边上均接有阻值为R的电阻，

5、其余部分电阻均不计.导线框的位置如图所示，线框内的磁场方向及分布情况如图，大小为B=B0cos（πχ2ι）.一电阻为R的光滑导体棒AB与短边平行且与长边始终接触良好.起初导体棒处于x=0处，从t=0时刻起，导体棒AB在沿x方向的外力F的作用下做速度为v的匀速运动.试求：　　（1）导体棒AB从x=0运动到x=2l的过程中外力F随时间t变化的规律；　　（2）导体棒AB从x=0运动到x=2l的过程中整个回路产生的热量.　　方法分析：　　导体棒在磁场中切割时，可将棒看成电源.同时求通过某截面的电量用电流的平均值.　　三、物理模型等效　　物理模型等效在物理学习中应用十分广泛，特别是力学中的很多模型可以

6、直接应用到电磁学中去，如卫星模型、人船模型、子弹射木块模型、碰撞模型、弹簧振子模型等.实际上，我们在学习新知识时，经常将新的问题与熟知的物理模型进行等效处理.　　例：如图所示，用两根等长的细线下悬挂一只小球组成了所谓的双线摆，若线长为L，两线与天花板的左右两侧的夹角均为α，当小球在垂直于纸面的平面内作简谐运动时，周期等于多少？4　　方法分析：本题的双线摆模型是我们不熟悉的，当然考察其运动发现完全可以用一个单摆来等效替代。其单摆的摆长为LSinα，所以一旦将双线摆模型等效为摆长为LSinα的单摆模型，运用单摆的周期公式T=2πLg很容易地可以求得本题的答案应为2πLSinαg　　等效法是科学思

7、维的基本方法之一，它是在保持对研究问题具有相同效果的前提下，通过对物理模型或过程的变换，将复杂的实际问题转化为简单的理想问题来研究的思维方法。作为教师在教学时能引导学生在形成物理概念、解答物理习题过程中运用等效法，找出问题的本质，学生就会在学习中逐渐尝试用等效法开创性地解决问题。等效思维具有一定的灵活性和技巧性，必须在认真分析物理特征的基础上，进行合适的等效变换，才能获得简捷的求解方法。　　参考文献　　[1]