在復習高中物理知識時,我們總是要面對大量的物理習題,其目的是讓同學們從練習中鞏固知識,尋求規(guī)律,同時摸索解題思路和方法。同學們所做的習題不在于多而在于精,千題萬題源于母題,通過教師的有效點撥,使學生融會貫通,舉一反三。其中一題多解會起到重要的作用,加強一題多解的訓練,可以幫助學生從不同的角度、不同的側(cè)面來思考物理問題,活化物理規(guī)律,活躍學生的解題思路,開闊視野,煅煉學生思維的敏捷性,提高學生的思維能力和靈活動用各種知識解決問題的能力,同時還可以加深對物理過程的理解,激發(fā)學生的學習興趣,從而在復習過程中達到事半功倍的效果。一題多解是學好高中物理的一種切實有效的方法。
1 “三個法寶”導致的一題多解
力學解題的三大法寶是即力學解題的三條路徑——力法、量法與能法
①牛頓運動定律與運動學公式相結合(力法)
②動量定理與動量守恒定律(量法)
③動能定律與機械能守恒、能量守恒(能法)
當然這三種方法不是相互獨立的,在解題時應注意三種解題方法的穿插運用!
例1 質(zhì)量為M的卡車,拖著質(zhì)量為m的拖車以速度v在平直公路上勻速行駛,已知阻力是車重的k倍;途中拖車突然脫鉤,從脫鉤到駕駛員發(fā)現(xiàn)已前進了L,這時駕駛員關閉發(fā)動機。當卡車和拖車都停止時,它們之間的距離是多少?
本題簡介 從脫鉤開始,卡車先作勻加速度運動,后作勻減速度運動到靜止。而拖車脫鉤后一直作勻減速運動到靜止。該題有多種方法求解,一題多解,優(yōu)化方法 。
解法1 運用牛二定律和運動學公式求解
脫鉤后拖車的加速度:am=kmgm=kg
卡車的加速度aM=kmgM
關閉發(fā)動機后卡車的加速度a′M=kg
拖車脫鉤后運動的位移:Lm=v22kg
卡車運動的總位移LM=L+L′=L+v2+2kmgM×L2kg=L+mML+v22kg
當卡車和拖車都停止時,它們之間的距離是
ΔL=LM-Lm=M+mML
解法2 對卡車和拖車分別應用動能定理:
對拖車有:-kmgLm=0-12mv2
對卡車有:k(M+m)gL-kMgLM=0-kmgmMv2
當卡車和拖車都停止時,它們之間的距離是
ΔL=LM-Lm=M+mML
解法3 根據(jù)能量守恒定律求解
卡車為什么會比拖車多運動一段距離呢?如果當時拖車突然脫鉤時,駕駛員就立即關閉發(fā)動機,那么當它們靜止時它們之間的距離應該是0。當卡車和拖車都??ㄜ嚺c拖車卡車發(fā)動機牽力力多做L距離的功,轉(zhuǎn)化為克服阻力所多做的功,因此有
k(M+m)gL=kMg×ΔL
解得ΔL=M+mML
2 過程與系統(tǒng)導致的一題多解——整體法與隔離法
學生在解答物理綜合題時,肯定要運用定理與定律列出具體的公式。在列式時,他們首先要考慮的是研究對象,也就是對誰列方程,用物理語言來說就是此物理問題中所涉及的系統(tǒng),系統(tǒng)中有幾個物體。其二,從一個物理狀態(tài)到另一個狀態(tài),把兩個狀態(tài)鏈接在一起的就是物理過程。也就是說,學生每列一個物理公式,必須非常明確這個公式是對誰(系統(tǒng))列方程,是對哪個過程列方程,而方程左右兩邊對應的是哪兩個物理狀態(tài)。
2.1 能把子過程從總過程中劃分出來
與力學規(guī)律相關的物理過程變化多端,由于過程的多變性,必然使問題趨于復雜性,但復雜多變的物理過程又常常具有階段性。過程的各個階段,即各個子過程,相對總過程來說,問題通常都要簡單得多。因此,把構成過程整體的若干子過程劃分出來研究,就可以把全過程看來是十分復雜的問題加以簡化,使問題逐步得到解決。當然,如果整個物理過程比較簡單,那就用整個物理過程來解題顯得更加簡單。
2.2 要能把子系統(tǒng)從大系統(tǒng)中分離出來
有時組成力學系統(tǒng)的物體數(shù)目過多,對整個力學系統(tǒng)應用守恒定律,問題過于復雜,無從下手。比如運用動量守恒或機械能守恒時,如果在特定的條件下,其中一些子系統(tǒng)的動量守恒或機械能守恒可以不受整個系統(tǒng)中其它物體的影響,就可以把這樣的子系統(tǒng)從大系統(tǒng)中分離出來,就可以使問題在很大程度上得到簡化,這給守恒定律的應用創(chuàng)造了條件??梢哉f,這也是隔離法的一種推廣應用。當然,如果整個大系統(tǒng)能滿足相關的定理條件,那就首先可考慮運用整個系統(tǒng)來列方程,這就是通常我們所說的整體法。
例2 一水平的淺色長傳送帶上放置一煤塊(可視為質(zhì)點),煤塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ。初始時,傳送帶與煤塊都是靜止的。現(xiàn)讓傳送帶以恒定的加速度α0開始運動,當其速度達到v0后,便以此速度做勻速運動。經(jīng)過一段時間,煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后,煤塊相對于傳送帶不再滑動。求此黑色痕跡的長度。
本題簡介 煤塊與傳送帶都從靜止開始做勻加速運動,最終都以速度v0作勻速度直線運動。只不過煤塊的加速度小于傳送帶的加速度,正是在相對運動的過程中留下了黑色的痕跡。
解法1 運用圖象求解
根據(jù)題意可知,煤塊的加速度a小于傳送帶的加速度a0,可在同一坐標中畫出它們的v-t圖象,如圖1所示。傳送帶上黑色痕跡的長度就是圖1中畫有斜線部分的面積。具體解法如下:
煤塊的速度從0增加到v0的整個過程中煤塊移動的位移S就是三角形的面積,而運動的時間為t,則有
s=v02t t=v0μg
傳送帶經(jīng)時間t1速度等于v0
v0=a0t1
在運動時間t的過程中傳送帶的位移s0就是圖象中梯形的面積:
s0=(t+t-t1)2v0
傳送帶上留下的黑色痕跡的長度
L=s0-s=t-t02v0=v202μg-v202a0
解法2 運用相對運動的知識求解
根據(jù)題意可知,只有當煤塊與傳送帶有相對運動時,煤塊才會在傳送帶上留下一段黑色痕跡。
傳送帶經(jīng)時間t1速度等于v0,此時煤塊的速度為 ,在這個過程中如果以煤塊作為參照物,傳送帶的相對位移為s1,則有
s1=(v0-v)22(a0-μg)且有
t1=v0a0 v=μgt1=v0μga0
在此后的運動過程中,傳送帶作勻速運動,煤塊繼續(xù)作加速運動直至速也為v0,在這個運動過程中傳送帶的相對位移為s2,則有
s2=(v0-v)22μg
傳送帶上留下的黑色痕跡的長度
L=S1+S2=v20(a0-μg)2μga0
解法3 運用運動學公式與牛頓運動定律求解
根據(jù)題意可知,煤塊的加速度a小于傳送帶的加速度a0
由牛頓定律,可得煤塊的加速度為a=μg
設經(jīng)歷時間t,傳送帶的速度等于v0,煤塊的速度為v
v0 = a0t v = at
由于a< a0,故v< v0,煤塊繼續(xù)受到滑動摩擦力的作用。再經(jīng)過時間t′,煤塊的速度由v增加到v0
v0=v+at
此后,煤塊與傳送帶運動速度相同,相對于傳送帶不再滑動,不再產(chǎn)生新的痕跡。
設在煤塊的速度從0增加到v0的整個過程中,傳送帶和煤塊移動的距離分別為s0和s,有
s0=12a0t2+v0t′ s=v202a
傳送帶上留下的黑色痕跡的長度
L= s0- s
由以上各式解得:L=v20(a0-μg)2μa0g