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        探究高中物理電場及靜力問題解題的思路與方法

        2018-04-02 16:55:11張汝欣
        數(shù)理化解題研究 2018年31期
        關(guān)鍵詞:金屬板斜面摩擦力

        張汝欣

        (山東省濱州實驗中學(xué)2016級10班 256606)

        高中物理相對來說較為簡單,在我們的學(xué)習(xí)過程中會通過大量物理模型的建立幫助其進(jìn)行知識記憶和理解,同時這些模型也能為我們的解題過程提供指導(dǎo).但是當(dāng)前存在的主要問題為我們在解題時不知如何抓住解題重點(diǎn),或者一些綜合題目對知識的理解要求較高,這在很大程度上降低了我們的解題效率和正確率.

        一、高中物理電場問題解題思路和方法

        相較于靜力學(xué)知識,電場問題需要我們記憶的公式較少,但是對于這種“場”的問題,理解起來較為困難,所以本文建立的解題體系如下.

        1.找到問題考察的核心知識點(diǎn)

        高中電場考察過程中基本為靜電場知識考察,并且對于考察內(nèi)容來說,能夠滿足出題要求的范圍更少,主要為電容器和電容、靜電場強(qiáng)度、電勢能和電勢以及電勢差與電場強(qiáng)度關(guān)系,這些知識具有很強(qiáng)的區(qū)別性.

        2.與物理模型相聯(lián)系

        靜電場由于無法被人們直接觀測,為了能夠更好地學(xué)習(xí)和使用,靜電場物理模型主要包括平行金屬板、元電荷、點(diǎn)電荷電場、電場線和等勢線,其中平行金屬板相關(guān)模型為重點(diǎn)和難點(diǎn),因為在電場知識考察中,為了體現(xiàn)知識的綜合性通常在電場知識中融入能量守恒定律、動力學(xué)等相關(guān)知識,所以當(dāng)發(fā)現(xiàn)題目中涉及“兩塊平行金屬板”等關(guān)鍵詞時,需要立刻在心中檢索相關(guān)知識點(diǎn),并在頭腦中建立金屬板和帶電電荷模型,按照相關(guān)要求將電荷放置于金屬板的相關(guān)位置上,按題目要求進(jìn)行電荷運(yùn)動狀態(tài)的模擬,幫助解題.

        3.公式方程的有機(jī)變形

        當(dāng)前很多同學(xué)學(xué)習(xí)電場知識中只注重對基礎(chǔ)公式的背誦,但是電場知識考察中大多需要對這些方程進(jìn)行變形,并且需要與各類相關(guān)知識進(jìn)行結(jié)合.例如在電勢能學(xué)習(xí)中,電勢能的基本公式為:W=FcosθAB

        該公式中F為電荷所受的力,ABcosθ為電荷在力的方向上的移動距離.但是在實際考察過程中,該公式具有很大的局限性,通常電荷的移動路徑并不規(guī)則,需要采用積分學(xué)知識對電荷在力方向上的移動距離進(jìn)行計算,這種方程變形能力需要經(jīng)過較多練習(xí).

        4.找到限制條件

        當(dāng)前的電場問題考察時與其余知識的聯(lián)系越來越緊密,其中最常見的就是電場問題與動力學(xué)問題相結(jié)合,這就需要找到不同知識點(diǎn)間的限制條件進(jìn)行解題.以某個常見題型為例,該題型為兩塊水平放置的金屬板系統(tǒng)中,將電源正負(fù)極分別連接在兩塊金屬板上,同時在水平方向上施加均勻電場,一個帶電粒子初始位置為上金屬板的左端,問題為求水平電場的場強(qiáng)為多少時,該帶電粒子能夠正好從下金屬板的右端射出?在進(jìn)行問題解答時,首先需要根據(jù)電容器的原理求出平行金屬板豎直方向上的場強(qiáng),從而求出帶電粒子在豎直方向上的受力情況,繼而求出帶電粒子在豎直方向電場中的加速度,最終求出帶電粒子在豎直電場中的運(yùn)動時間,這個時間即為該題目中的限制條件.由于平行金屬板的長度已知,所以可以求出帶電粒子水平方向上的加速度,從而求出帶電粒子的受力情況,繼而求出水平方向上的場強(qiáng),最終得到問題答案.在這類題目的解題過程中,需要找到不同知識間的連接點(diǎn),將連接點(diǎn)看做是題目的限制條件,指導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)行解題.

        二、高中物理靜力問題解題思路和方法

        高中力學(xué)分為靜力學(xué)和動力學(xué)兩個方面,其中靜力學(xué)較為簡單,主要包括力的相互作用、力的合成與分解兩個方面,題目考察中也主要涉及這兩個方面.

        1.正確建立力學(xué)模型

        高中物理靜力學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)為彈力和摩擦力,而重點(diǎn)和難點(diǎn)為力的合成與分解,所以在解題時,需要建立正確的力學(xué)模型.力學(xué)模型主要分為以下兩種:(1)滑塊和水平面.該模型適用范圍為水平面上的力學(xué)分析,在建立模型時,需要注意題目中是否含有“光滑水平面”字眼,若沒有該關(guān)鍵詞,需要在建立模型時考慮摩擦力影響,另外一些題目會將摩擦力與滑塊壓力聯(lián)系,需要注意題目要求.(2)滑塊與斜面.這種問題較為復(fù)雜,力的分解對很多同學(xué)來說較為困難,并且大多數(shù)題目還涉及摩擦力,所以重力分解時需要按沿斜面方向和斜面垂直方向進(jìn)行分解,這是一種重要的分解模型.

        2.分析中保證力的完整性

        在進(jìn)行靜力分析過程中,需要嚴(yán)格保證物體受力的完整性,所以在解題時需要對物體所受的力進(jìn)行研究.在解題中,首先需要尋找關(guān)鍵詞“光滑平/斜面”、“勻速/靜止”,通過關(guān)鍵詞建立模型并判斷是否處于靜力平衡狀態(tài).其次對題目中涉及的力在模型上進(jìn)行表示,判斷已知的力能否使物體處于平衡狀態(tài).最后研究模型中是否含有摩擦力,若有,摩擦力的大小和方向如何,從而保證受力的完整性.另外當(dāng)前的靜力學(xué)問題中存在很多“陷阱”,這些陷阱主要體現(xiàn)在力的方向判斷以及所給參數(shù)是否能夠全部被使用上,例如某題目為,一個滑塊放置在非光滑水平面上,滑塊受到壓力FN,滑塊右端受到向右拉力F1,滑塊左端受到向左拉力F2,該滑塊最終在水平面上保持靜止,問該滑塊是否受到摩擦力作用(該題目中滑塊受到的力大小為具體數(shù)值)?當(dāng)看到問題時,第一反應(yīng)為該滑塊必然受到摩擦力,接下來需要進(jìn)行受力分析,要保持滑塊靜止,說明F1+Ff=F2,當(dāng)Ff小于零時,說明摩擦力方向向右,反之則向左,該題目中滑塊受到的壓力參數(shù)并未被使用.所以同學(xué)們在做題中,需要對這一點(diǎn)有清醒認(rèn)識,一些題目中并非所有參數(shù)都能夠被使用,需要對力的性質(zhì)有充分了解.

        3.力的分解、合成規(guī)則研究

        力的分解與合成規(guī)則為平行四邊形/三角形法則,但是在高中物理解題過程中,通常分解、合成方式為矩形分解.在力的分解與合成過程中,對于水平面的力學(xué)模型,考察過程中通常會在滑塊上施加一個不規(guī)則方向的力,需要對該力進(jìn)行水平和豎直方向上的分解,進(jìn)而將滑塊水平方向、豎直方向上的力進(jìn)行合成,合成過程設(shè)定參考方向,與參考方向相同的為正方向,反之為負(fù)方向,根據(jù)符號加減即可.斜面滑塊力的分解只要為重力和另外施加力的分解,分解方向為沿斜面方向和斜面垂直方向,進(jìn)而進(jìn)行力的合成.

        綜上所述,高中物理電場和靜力解題中,對于電場知識,首先需要進(jìn)行狠心知識點(diǎn)研究,其次進(jìn)行模型建立,最后進(jìn)行計算.而對于靜力學(xué)知識,首先需要進(jìn)行合理的模型建立,并在該過程中對力的完整性進(jìn)行審查,其次進(jìn)行力的分解與合成,從而解決問題.

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