楊志宇 孫麗娜

(望奎縣第一中學(xué) 黑龍江 綏化 152100)

轉(zhuǎn)換法，就是把要解決的復(fù)雜難解的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之相關(guān)的簡(jiǎn)單、容易的物理問(wèn)題，從而順利解決，達(dá)到化難為易，化繁為簡(jiǎn)的效果.

1 對(duì)象轉(zhuǎn)換

在處理物理問(wèn)題時(shí)，一般只關(guān)注與問(wèn)題相關(guān)的物體或者系統(tǒng).但由于各種原因，關(guān)注的物理對(duì)象所處的情境過(guò)于復(fù)雜，從而使所研究的問(wèn)題進(jìn)入“死胡同”.如能靈活地轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，往往可使研究的問(wèn)題得到順利解決.

【例1】如圖1所示，條形磁鐵放在桌面上.一條通電的直導(dǎo)線由S極的上端平移到N極的上端過(guò)程中，導(dǎo)線保持與磁鐵垂直.導(dǎo)線的通電方向如圖1.則這個(gè)過(guò)程中磁鐵受到的摩擦力(磁鐵保持靜止)

A．為零

B．方向由向左變?yōu)橄蛴?/p>

C．方向保持不變

D．方向由向右變?yōu)橄蜃?/p>

解析：由于本題研究的是磁鐵的受力情況，很多學(xué)生選擇了以磁鐵為研究對(duì)象，然而磁鐵電流間作用力并沒(méi)有固定的公式及規(guī)律，從而導(dǎo)致問(wèn)題無(wú)法解決.這時(shí)如能把研究對(duì)象轉(zhuǎn)換成通電導(dǎo)線，再根據(jù)牛頓第三定律，得出磁鐵的受力情況，問(wèn)題很容易得以解決.正確選項(xiàng)為選項(xiàng)B.

圖1

2 過(guò)程轉(zhuǎn)換

我們習(xí)慣于正向思考物理過(guò)程，往往忽略了對(duì)物理過(guò)程的逆向思考.

【例2】如圖2所示，一充電的平行板電容器，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間距為d.現(xiàn)將一帶電微粒(重力不計(jì))從下極板的左邊緣射入電場(chǎng)中，結(jié)果帶電微粒剛好從上極板的右邊緣水平射出.試確定帶電微粒射入電場(chǎng)時(shí)，速度方向與下板的夾角θ應(yīng)是多少.

圖2 圖3

解析：若將微粒從上極板右邊緣以v0cosθ沿水平射入，帶電微粒在電場(chǎng)中做的是類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，如圖3所示.此時(shí)的運(yùn)動(dòng)與原題的運(yùn)動(dòng)顯然是可逆的;這樣就將原運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成新的運(yùn)動(dòng).

由題意可知L=v0tcosθ

3 圖形轉(zhuǎn)換

在解決某些物理問(wèn)題時(shí)，要多考慮能否把抽象的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)換成直觀的圖像；這樣的好處不但可以幫助分析題意，甚至可以直接得出結(jié)論.

【例3】如圖4所示，輕彈簧一端與豎直墻壁連接，另一端與一質(zhì)量為m的木塊連接，放在光滑水平面上，彈簧的勁度系數(shù)為κ，處于自然狀態(tài).用水平力向右緩慢拉物體，使物體前進(jìn)x.求這一過(guò)程中拉力對(duì)物體做了多少功.

解析:緩慢拉動(dòng)物體，可認(rèn)為物體處于平衡態(tài)，故拉力等于彈力大小，即F=κx.畫(huà)出F與x的關(guān)系圖像，如圖5所示.F與x所圍成的面積的意義表示F所做的功.易得

圖4 圖5

4 等效轉(zhuǎn)換

等效轉(zhuǎn)換就是將一個(gè)物理問(wèn)題、物理量、物理方法，轉(zhuǎn)換成等效果的物理問(wèn)題、物理量、物理方法，以到達(dá)快速處理問(wèn)題的目的.

【例4】如圖6所示，設(shè)有兩面均垂直于地面的豎直光滑墻A和B，兩墻水平距離為1．0 m.從距地面高19．6 m處的一點(diǎn)C以初速度5．0 m/s沿水平方向拋出一個(gè)小球.設(shè)球與墻的碰撞為完全彈性碰撞.求小球落地點(diǎn)距墻A的水平距離和落地前與墻壁碰撞的次數(shù).(忽略空氣阻力，取g=9．8 m/s2)

圖6 圖7

解析：設(shè)小球與墻壁碰撞前的速度為v，因?yàn)槭菑椥耘鲎?，所以在水平方向上以原速率彈回，即v′=v.又因?yàn)閴Ρ诠饣?，所以在豎直方向上速率不變，從而小球與墻壁碰撞前、后的速度v和v′關(guān)于墻壁對(duì)稱(chēng)，以后的碰撞亦然.因此，可將小球的運(yùn)動(dòng)等效為連貫的平拋運(yùn)動(dòng)來(lái)處理，如圖7所示.由

可得碰撞次數(shù)為n=10次.由于n剛好為整數(shù)，故小球最后落在A墻腳，即落地點(diǎn)距離A的水平距離為零.

5 模型轉(zhuǎn)換

在解決物理問(wèn)題時(shí)，如能把研究的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉的物理模型，不但可以迅速解題，也能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，是一種很好的方法.

【例5】一汽車(chē)在軌道MN上行駛速度v1可達(dá)到50 km/h.在軌道外的平地上行駛速度v2可達(dá)40 km/h.與軌道的垂直距離為30 km的B處有一基地,如圖8.問(wèn)小車(chē)從基地B出發(fā)到離D點(diǎn)100 km 的A處的過(guò)程中,最短需要多長(zhǎng)時(shí)間?

圖8

解析：小車(chē)從B處到A處的運(yùn)動(dòng)可類(lèi)比為光的全反射現(xiàn)象的臨界狀態(tài).故有

由圖可知

小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)間

代入數(shù)據(jù)得

x=40 kmt=2.45 h

6 角度轉(zhuǎn)換

很多物理問(wèn)題涉及到三維(立體)角度.為了研究問(wèn)題方便或者簡(jiǎn)化問(wèn)題難度需要將三維角度轉(zhuǎn)換成二維(平面)角度，以求簡(jiǎn)單快捷的處理問(wèn)題.

【例6】如圖9所示，水平放置的光滑的金屬導(dǎo)軌M,N，平行地置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，間距為d.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面夾為α.金屬棒ab的質(zhì)量為m，放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌垂直.電源電動(dòng)勢(shì)為E，定值電阻為R，其余部分電阻不計(jì).則當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合的瞬間，金屬棒ab的加速度為多大？

圖9 圖10

解析：由于B，I，F(xiàn)三者垂直的關(guān)系，使得問(wèn)題處于三維角度.這時(shí)就需要把三維的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)換成二維問(wèn)題,如圖10所示.易得

整理得