联系实际应用中物理方法

联系实际应用中的物理方法物理学中蕴藏着诸多的研究方法、技巧。惟有掌握了研究问题的方法，才能深刻理解物理学的奥秘，下面我结合具体的事例跟同学们一块来赏析。一：放大法1、坚硬的物体也会发生形变吗？用手拉橡皮筋和压弹簧，橡皮筋和弹簧都会发生形变，这是毫无疑问的。但是用手压铁块，用手握住玻璃杯，这些坚硬的物体也会发生形变吗？取玻璃做的椭圆截面的药水瓶（或大号墨水瓶）、细的塑料管（吸蜂皇浆的细管或圆珠笔芯管）、有色水备用。在瓶塞上钻一小孔，将细塑料管紧紧地插人瓶塞的孔中，再把瓶塞塞紧在装满有色水的瓶口上。实验时用手从瓶的前后两侧挤压玻璃瓶，你可以看到细管内的水面上升。松开手，水面又降回原处，如果你用手从瓶的左右两侧向内按压，细管内的水面就会下降。（这可是一个有趣的数学问题，你能解释这一现象吗？）你亲手做一下这个实验，对“任何物体都能够发生形变”这个结论，就有了一定的感性认识。评估：可能有同学要怀疑是否液体的热胀冷缩在起作用？为消除热胀冷缩的干扰，我们可在厚壁椭圆形的玻璃瓶内装入温度较体温略高的温水即可。对微小的形变，除了以上介绍的方法外，还可用光“放大”的方法去观察它的存在。让一束光依次被两平面镜反射，最后射到刻度尺L上形成一个光点，若在两镜间的桌面施加力F下压，MN将向中间倾斜，由于法线均向下倾斜，光点会在刻度尺下移。应用：科学研究表明：金属杆受到拉力会伸长，在一定范围内，金属杆的伸长与它所受到的拉FMLN图2图1力成正比。现有一金属杆L，长为4m，横截面积为0.8cm2，实际使用时要求金属杆受到拉力后的伸长不超过O．4cm。由于直接对这一金属杆测试有困难，故选用同种材料制成的样品进行测试，测试时样品所受的拉力始终为1000N。通过测试取得数据如下：请分析表中数据，回答下列问题：(1)在对样品进行测试时，采用如图所示的装置。这样设计有何优点？(2)分析样品测试数据可知，金属杆伸长的长度还跟什么因素有关？(3)金属杆L，能够承受的最大拉力为多大？二：虚设法1、虚设模型虚设物理模型能帮助我们把复杂的问题转化为简单的问题、把新异的问题转化为熟悉的问题，从而完成问题的求解。例2.如图所示，粗细均匀的蜡烛长l1，它底部粘有一质量为m的小铁块．现将它直立于水中，它的上端距水面h．如果将蜡烛点燃，假定蜡烛燃烧时油不流下来，且每分钟烧去蜡烛的长为Δl，则从点燃蜡烛时开始计时，经时间蜡烛熄灭（设蜡烛的密度为ρ，水的密度为ρ1，铁的密度为ρ2）．我们不妨进行虚设分析：当蜡烛熄灭时剩余蜡烛在水中悬浮。设想将燃烧掉的蜡烛补上，长度l(m)横截面积S(cm2)伸长⊿l(cm)10.050.1620.050.3210.100.0840.100.3240.200.16hl0hl0图3图4图6图5得到图4。我们进步设想在图3的基础上大胆沿图5虚线划一刻线（即图4位置）。我们可得到燃烧掉的蜡烛实际在水中是自由漂浮。∵shlgsgl010∴0110hl∴tll0=lh011虚设物理模型在处理力学、热学和电磁学等问题中也经常用到。2.虚设物理条件有些物理问题在求解的过程中缺少必要的条件，而问题的结果又与这些“似乎必要”的条件无关。例如在“计算将质量为m的物体以其底边的棱为轴翻转S的距离至少做多少功”的问题中，立方体的边长就是这样“似乎必要”的条件。因些，虚设这些求解条件便是有效解决该类物理问题的前提。例3.如图所示，密度为1体积为1V，半径为r的半球形金属，放在柱形容器底部（半球形金属与容器底面紧密接触）。半球形金属顶部栓者一个密度为2的木球，容器内盛有密度为0，深度为h的液体（201，不考虑大气压的作用）。问：所栓木球的体积至少多大，才能将半球形金属拉离容器底部？分析：因为半球各处所处的深度不完全相同，我们遇到的难题是无法求出半球受到向下的水的压力，不妨虚设此半球与容器底接触不密合（想一想：这样做有什么道理？），其实这样并不影响该半球在水中所处的深度，也就并不影响半球所受到向下的压力。∵下上浮FFF∴1020gVrghFFF浮上下木球需提供向上的拉离应至少为：111020gVgVrghF∵11102020gVgVrghgVgV∴20021011hrVVVh三：等效法例3．如图所示的木块浸没在水中，细线对木块的拉力是2N．剪断细线，待木块静止后，将木块露出水面的部分切去，在剩余的木块上加1N向下的压力时，木块有20cm3的体积露出水面．求木块的密度．（g取10N/kg）分析：我们可以根据题意画出相应的图示。图2是绳子剪断后的图示，图3是V1切去后的图示，图4是施加1N压力后的图示。我们分析时可以运用逆向思维：要想让V1浸入水中，可采取哪些方法？（同学们你知道哪些具体的方法）实际不管哪种方案作用效果都是相同的，就是要克服V1受到的浮力。即：Ｎ水211gVF同理要让V2浸入水中，我们还可以在上面加V1体积的该材料的木块，也可以施加压力。当我们施加1N的压力后，尚露出20cm3,要使这20cm3也浸入水中，还应该加多大的力呢？我们不难求出：30.2NFgV水我们根据等效原理知：11.2NgV木我们解两方程：3106.0＝木㎏/m3。（2011年青岛）问题解决一-测量翠玉手镯的密度：叶子姐姐有一只翠玉手镯，她想知道手镯的密度。现在给你一个水槽和足量的水、细线、刻度尺、一个正方体木块。(1)推导出测量翠玉手镯密度的数学表达式；(2)说明测量步骤。(配图说明，图画在方框内)(1)推导方法：TV1V2FV2图1图2图3图4V3)h-(h)h-(h)h-S(h)h-S(hgVgVgV32123212水水排水浮FgVGVm(2)测量步骤：①将木块放入水槽中，用刻度尺测出它的下表面到水面的距离h1，如案图10；②将翠玉手镯放在木块上，用刻度尺测出它的下表面到水面的距离h2．如案图1l；③用细线将翠玉手镯系在木块下方，然后放入水中，用刻度尺测出它的下表面到水面的距离h3，如案图12。④将上述数据代入公式中，计算ρ镯四：逆推法在物理教学中，经常可以发现学生对有些概念、定律、定理不容易理解，在解题时应用常规方法碰到困难，或由于思维定势的影响，解题过程繁杂。在教学过程中，引导学生应用逆向思维的方法，就可以达到事半功倍的效果。所谓逆向思维就是反过来思考问题，逆转时间和空间顺序，把过程、条件和目标、原因和结果都沿着相反方向去思考。逆向思维是创造性思维的基本方法，逆向思维也是提出问题、分析问题、解决问题的一种重要方法。在物理概念建立过程中运用逆向思维的方法，使学生养成逆向思维的习惯。在科学的预测中应用逆向思维的方法培养学生逆向思维的兴趣。在物理解题中应用逆向思维的方法，提高解题能力。例4．如图所示，把一个凸透镜固定在薄壁玻璃筒中间，在焦点F处放一个点光源S，然后向筒内注水，使水面处于点光源S和凸透镜之间，为使折射光线是一束平行光。则光源位置应________。分析：我们可运用逆向思维，可迅速得出光源位置应适当降低。应用：如图所示，有一障碍物，较大平面镜AB在某高度水平放置，试用作图法画出眼睛位于S点能观察到障碍物后方地面的范围。FF)h-(h)h-(h3212水分析：我们不妨运用光路可逆进行分析，虚设S点是一发光点，能照亮障碍物后的区域是MN。我们只要把光路的方向改变即可。五：极端法所谓的极端法实质就是一种夸张，可根据题目特点可夸大或夸小，将问题推到极端状态或极端条件下进行分析，这样会使问题变得明朗而简单化。但应根据题目的特点进行适当的夸大或夸小，切不可盲目的乱夸！例5．两个完全相同的容器中装有等质量的水和酒精，在距容器底等高的A、B两点。试比较：BApp____分析：我们可以抓住题目特点，巧妙的将A、B两点同时向上平移相同的高度，直至A到达水面为止。例6．甲、乙二人同时从同一地点A出发沿直线同向到达地点B，甲在前一半时间和后一半时间内的速度分别是1v和2v（21vv）；乙在前一半路程和后一半路程内的速度分别是1v和2v。则_____先到达B点。分析：我们可虚设21vv，这样乙到达B点的时间将是无限长！六：模型法例7．一个飞轮质量为120Kg,由实验法测得飞轮重心偏离转动轴线4mm,采用挖孔的方法，水酒精ABABOABS地面ABS地面S/MN在离轴线24cm处，挖掉一圆柱体，使重心移到轴线上，求挖去部分的质量？分析：我们可综合采用虚设—补偿法、模型法进行分析。BOgmABmg.120.2mKg七：作图法作图法运用得当，往往能使问题一目了然，思路开阔！再如例6：我们就可以巧妙地运用作图的方法。具体过程如下：21vv∴甲先到达。例8．在水平桌面上叠放两块等大的砖，上面的砖伸出L41。求：下面的砖最多可伸出多长？分析：我们可以采用割补法、模型法进行分析。不难得出：要使整体平衡，重力作用线必过支点，割补后下面的砖的总长为L45，所以伸出的长度LLLL834185/例9．两完全相同的缩口容器装有等质量的不同液体21，试比较容器底所受压强的大小与21pp。分析：我们进行割补，这样保证液体的质量、液体深度不改变，我们很合理地转化为柱形的液柱就很顺利地进行分析了。111SGSFp222SGSFpL85L411s2s1v2v1v2v1v2v∵21SS∴21pp结论：看见缩口容器中装等质量的液体时，当21时，21pp。拓展：一缩口容器装有0℃的水，用酒精灯加热到10℃，试分析容器底所受压强大小的变化情况？