高中物理常考题型的总结和解题方法

时间:2024.5.2

高中物理常考题型的总结和解题方法 高中物理考试常见的类型无非包括以下16种,祥龙教育的老师们总结整理了这16种常见题型的解题方法和思维模板,还介绍了高考各类试题的解题方法和技巧,提供各类试题的答题模版,飞速提升你的解题能力,力求做到让你一看就会,一想就通,一做就

对!

题型1 直线运动问题

题型概述:直线运动问题是高考的热点,可以单独考查,也可以与其他知识综合考查.单独考查若出现在选择题中,则重在考查基本概念,且常与图像结合;在计算题中常出现在第一个小题,难度为中等,常见

形式为单体多过程问题和追及相遇问题.

思维模板:解图像类问题关键在于将图像与物理过程对应起来,通过图像的坐标轴、关键点、斜率、面积等信息,对运动过程进行分析,从而解决问题;对单体多过程问题和追及相遇问题应按顺序逐步分析,再根据前后过程之间、两个物体之间的联系列出相应的方程,从而分析求解,前后过程的联系主要是速度关系,两个物体间的联系主要是位移关系.

题型2 物体的动态平衡问题题型概述:物体的动态平衡问题是指物体始终处于平衡状态,但受力不断发生变化的问题.物体的动态平衡问题一般是三个力作用下的平衡问题,但有时也可将分析三力平衡的方

法推广到四个力作用下的动态平衡问题.

思维模板:常用的思维方法有两种.(1)解析法:解决此类问题可以根据平衡条件列出方程,由所列方程分析受力变化;(2)图解法:根据平衡条件画出力的合

成或分解图,根据图像分析力的变化.

题型3 运动的合成与分解问题

题型概述:运动的合成与分解问题常见的模型有两类.一是绳(杆)末端速度分解的问题,二是小船过河的问题,两类问题的关键都在于速度的合成与分解.

思维模板:(1)在绳(杆)末端速度分解问题中,要注意物体的实际速度一定是合速度,分解时两个分速度的方向应取绳(杆)的方向和垂直绳(杆)的方向;如果有两个物体通过绳(杆)相连,则两个物体沿绳(杆)方向速度相等.(2)小船过河时,同时参与两个运动,一是小船相对于水的运动,二是小船随着水一起运动,分析时可以用平行四边形定则,也可以用正交分解法,有些问题可以用解析法分析,有些问题则需要用图解

法分析.

题型4 抛体运动问题

题型概述:抛体运动包括平抛运动和斜抛运动,不管是平抛运动还是斜抛运动,研究方法都是采用正交分解法,一般是将速度分解到水平和竖直两个方向

上.

思维模板:(1)平抛运动物体在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做匀加速直线运动,其位移满足x=v0t,y=gt2/2,速度满足vx=v0,vy=gt;(2)斜抛运动物体在竖直方向上做上抛(或下抛)运动,在水平方向做匀速直线运动,在两个方向上分别列相应的运动方

程求解

题型5 圆周运动问题

题型概述:圆周运动问题按照受力情况可分为水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动,按其运动性质可分为匀速圆周运动和变速圆周运动.水平面内的圆周运动多为匀速圆周运动,竖直面内的圆周运动一般为变速圆周运动.对水平面内的圆周运动重在考查向心力的供求关系及临界问题,而竖直面内的圆周

运动则重在考查最高点的受力情况.

思维模板:(1)对圆周运动,应先分析物体是否做匀速圆周运动,若是,则物体所受的合外力等于向心力,由F合=mv2/r=mrω2列方程求解即可;若物体的

运动不是匀速圆周运动,则应将物体所受的力进行正交分解,物体在指向圆心方向上的合力等于向心力.

(2)竖直面内的圆周运动可以分为三个模型:①绳模型:只能对物体提供指向圆心的弹力,能通过最高点的临界态为重力等于向心力;②杆模型:可以提供指向圆心或背离圆心的力,能通过最高点的临界态是速度为零;③外轨模型:只能提供背离圆心方向的力,物体在最高点时,若v<(gR)1/2,沿轨道做圆周运动,

若v≥(gR)1/2,离开轨道做抛体运动.

题型6 牛顿运动定律的综合应用问题

题型概述:牛顿运动定律是高考重点考查的内容,每年在高考中都会出现,牛顿运动定律可将力学与运动学结合起来,与直线运动的综合应用问题常见的模型有连接体、传送带等,一般为多过程问题,也可以考查临界问题、周期性问题等内容,综合性较强.天体运动类题目是牛顿运动定律与万有引力定律及圆周运动的综合性题目,近几年来考查频率极高. 思维模板:以牛顿第二定律为桥梁,将力和运动联系起来,可以根据力来分析运动情况,也可以根据运动情况来分析力.对于多过程问题一般应根据物体的受力一步一步分析物体的运动情况,直到求出结果

或找出规律.

对天体运动类问题,应紧抓两个公式:

GMm/r2=mv2/r=mrω2=mr4π2/T2 ①。

GMm/R2=mg ②.对于做圆周运动的星体(包括双星、三星系统),可根据公式①分析;对于变轨类问题,则应根据向心力的供求关系分析轨道的变化,再根据轨

道的变化分析其他各物理量的变化.

题型7 机车的启动问题

题型概述:机车的启动方式常考查的有两种情况,一种是以恒定功率启动,一种是以恒定加速度启动,不管是哪一种启动方式,都是采用瞬时功率的公式P=Fv和牛顿第二定律的公式F-f=ma来分析. 思维模板:(1)机车以额定功率启动.机车的启动过程如图所示,由于功率P=Fv恒定,由公式P=Fv和F-f=ma知,随着速度v的增大,牵引力F必将减小,因此加速度a也必将减小,机车做加速度不断减小的加速运动,直到F=f,a=0,这时速度v达到最大值

vm=P额定/F=P额定/f.

这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算,

不能用W=Fs计算(因为F为变力).

(2)机车以恒定加速度启动.恒定加速度启动过程实际包括两个过程.如图所示,“过程1”是匀加速过程,由于a恒定,所以F恒定,由公式P=Fv知,随着v

的增大,P也将不断增大,直到P达到额定功率P额定,功率不能再增大了;“过程2”就保持额定功率运动.

过程1以“功率P达到最大,加速度开始变化”为结束标志.过程2以“速度最大”为结束标志.过程1发动机做的功只能用W=F·s计算,不能用W=P·t计算

(因为P为变功率).

题型8 以能量为核心的综合应用问题

题型概述:以能量为核心的综合应用问题一般分四类.第一类为单体机械能守恒问题,第二类为多体系统机械能守恒问题,第三类为单体动能定理问题,第四类为多体系统功能关系(能量守恒)问题.多体系统的组成模式:两个或多个叠放在一起的物体,用细线或轻杆等相连的两个或多个物体,直接接触的两个或多

个物体.

思维模板:能量问题的解题工具一般有动能定理,能量守恒定律,机械能守恒定律.(1)动能定理使用方法简单,只要选定物体和过程,直接列出方程即可,动能定理适用于所有过程;(2)能量守恒定律同样适用于所有过程,分析时只要分析出哪些能量减少,哪些能量增加,根据减少的能量等于增加的能量列方程即可;(3)机械能守恒定律只是能量守恒定律的一种特殊

形式,但在力学中也非常重要.很多题目都可以用两种甚至三种方法求解,可根据题目情况灵活选取.

题型9 力学实验中速度的测量问题

题型概述:速度的测量是很多力学实验的基础,通过速度的测量可研究加速度、动能等物理量的变化规律,因此在研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒等实验中都要进行速度的测量.速度的测量一般有两种方法:一种是通过打点计时器、频闪照片等方式获得几段连续相等时间内的位移从而研究速度;另一种是通过光电门等工

具来测量速度.

思维模板:用第一种方法求速度和加速度通常要用到匀变速直线运动中的两个重要推论:①vt/2=v平均=(v0+v)/2,②Δx=aT2,为了尽量减小误差,求加速度时还要用到逐差法.用光电门测速度时测出挡光片通过光电门所用的时间,求出该段时间内的平均速度,则认为等于该点的瞬时速度,即:v=d/Δt.

题型10 电容器问题

题型概述:电容器是一种重要的电学元件,在实际中有着广泛的应用,是历年高考常考的知识点之一,常以选择题形式出现,难度不大,主要考查电容

器的电容概念的理解、平行板电容器电容的决定因素

及电容器的动态分析三个方面.

思维模板:

(1)电容的概念:电容是用比值(C=Q/U)定义的一个物理量,表示电容器容纳电荷的多少,对任何电容器都适用.对于一个确定的电容器,其电容也是确定的(由电容器本身的介质特性及几何尺寸决定),与电容器是否带电、带电荷量的多少、板间电势差的大小等

均无关.

(2)平行板电容器的电容:平行板电容器的电容由两极板正对面积、两极板间距离、介质的相对介电常

数决定,满足C=εS/(4πkd)

(3)电容器的动态分析:关键在于弄清哪些是变量,哪些是不变量,抓住三个公式[C=Q/U、C=εS/(4πkd)及E=U/d]并分析清楚两种情况:一是电容器所带电荷量Q保持不变(充电后断开电源),二是两极板间的电

压U保持不变(始终与电源相连).

题型11 带电粒子在电场中的运动问题

题型概述:带电粒子在电场中的运动问题本质上是一个综合了电场力、电势能的力学问题,研究方法与质点动力学一样,同样遵循运动的合成与分解、牛

顿运动定律、功能关系等力学规律,高考中既有选择

题,也有综合性较强的计算题.

思维模板:(1)处理带电粒子在电场中的运动问题

应从两种思路着手

①动力学思路:重视带电粒子的受力分析和运动过程分析,然后运用牛顿第二定律并结合运动学规律

求出位移、速度等物理量.

②功能思路:根据电场力及其他作用力对带电粒子做功引起的能量变化或根据全过程的功能关系,确

定粒子的运动情况(使用中优先选择).

(2)处理带电粒子在电场中的运动问题应注意是否

考虑粒子的重力

①质子、α粒子、电子、离子等微观粒子一般不

计重力;

②液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子一般考虑重

力;

③特殊情况要视具体情况,根据题中的隐含条件

判断.

(3)处理带电粒子在电场中的运动问题应注意画好粒子运动轨迹示意图,在画图的基础上运用几何知识

寻找关系往往是解题的突破口.

题型12 带电粒子在磁场中的运动问题

题型概述:带电粒子在磁场中的运动问题在历年高考试题中考查较多,命题形式有较简单的选择题,也有综合性较强的计算题且难度较大,常见的命题形

式有三种:

(1)突出对在洛伦兹力作用下带电粒子做圆周运动的运动学量(半径、速度、时间、周期等)的考查;(2)突出对概念的深层次理解及与力学问题综合方法的考查,以对思维能力和综合能力的考查为主;(3)突出本部分知识在实际生活中的应用的考查,以对思维能

力和理论联系实际能力的考查为主.

思维模板:在处理此类运动问题时,着重把握“一找圆心,二找半径(R=mv/Bq),三找周期(T=2πm/Bq)

或时间”的分析方法.

(1)圆心的确定:因为洛伦兹力f指向圆心,根据f⊥v,画出粒子运动轨迹中任意两点(一般是射入和射出磁场的两点)的f的方向,沿两个洛伦兹力f作出其延长线的交点即为圆心.另外,圆心位置必定在圆中任

一根弦的中垂线上(如图所示).

看大图

(2)半径的确定和计算:利用平面几何关系,求出该圆的半径(或运动圆弧对应的圆心角),并注意利用一个重要的几何特点,即粒子速度的偏向角(φ)等于圆

心角(α),并等于弦AB与切线的夹角(弦切角θ)的2

倍(如图所示),即φ=α=2θ.

(3)运动时间的确定:t=φT/2π或t=s/v,其中φ为偏向角,T为周期,s为轨迹的弧长,v为线速度.

题型13 带电粒子在复合场中的运动问题 题型概述:带电粒子在复合场中的运动是高考的热点和重点之一,主要有下面所述的三种情况.

(1)带电粒子在组合场中的运动:在匀强电场中,若初速度与电场线平行,做匀变速直线运动;若初速度与电场线垂直,则做类平抛运动;带电粒子垂直进入匀强磁场中,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.

(2)带电粒子在叠加场中的运动:在叠加场中所受合力为0时做匀速直线运动或静止;当合外力与运动方向在一直线上时做变速直线运动;当合外力充当向

心力时做匀速圆周运动.

(3)带电粒子在变化电场或磁场中的运动:变化的电场或磁场往往具有周期性,同时受力也有其特殊性,常常其中两个力平衡,如电场力与重力平衡,粒

子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.

思维模板:分析带电粒子在复合场中的运动,应仔细分析物体的运动过程、受力情况,注意电场力、重力与洛伦兹力间大小和方向的关系及它们的特点

(重力、电场力做功与路径无关,洛伦兹力永远不做

功),然后运用规律求解,主要有两条思路.

(1)力和运动的关系:根据带电粒子的受力情况,运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解.

(2)〖JP3〗功能关系:根据场力及其他外力对带电粒子做功的能量变化或全过程中的功能关系解决问题.(该部分内容在《试题调研》高分宝典系列之《高考决战压轴大题》第72页到114页有更详细的讲解,

请同学们参阅)

题型14 以电路为核心的综合应用问题

题型概述:该题型是高考的重点和热点,高考对本题型的考查主要体现在闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、电学实验等方面.主要涉及电路动态问题、电源功率问题、用电器的伏安特性曲线或电源的U-I图像、电源电动势和内阻的测量、电表的读数、滑动变阻器的分压和限流接法选择、电流表的内外接法选择等.有关实验的内容在《试题调研》第4辑中已

详细讲述过,这里不再赘述.

思维模板:

(1)电路的动态分析是根据闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律及串并联电路的性质,分析电路中某一电阻变化而引起整个电路中各部分电流、电压和功

率的变化情况,即有R分→R总→I总→U端→I分、

U分

(2)电路故障分析是指对短路和断路故障的分析,短路的特点是有电流通过,但电压为零,而断路的特点是电压不为零,但电流为零,常根据短路及断路特点用仪器进行检测,也可将整个电路分成若干部分,逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或

部分电路欧姆定律进行推理.

(3)导体的伏安特性曲线反映的是导体的电压U与电流I的变化规律,若电阻不变,电流与电压成线性关系,若电阻随温度发生变化,电流与电压成非线性关系,此时曲线某点的切线斜率与该点对应的电阻值

一般不相等.

电源的外特性曲线(由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,画出的路端电压U与干路电流I的关系图线)的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源

的内阻.

题型15 以电磁感应为核心的综合应用问题 题型概述:此题型主要涉及四种综合问题

(1)动力学问题:力和运动的关系问题,其联系桥

梁是磁场对感应电流的安培力.

(2)电路问题:电磁感应中切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,这样,电磁感应的电路问题就涉及电

路的分析与计算.

(3)图像问题:一般可分为两类,一是由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图像;二是由给定的有关物理图像分析电磁感应过程,确定相

关物理量.

(4)能量问题:电磁感应的过程是能量的转化与守恒的过程,产生感应电流的过程是外力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能的过程;感应电流在电路中受到安培力作用或通过电阻发热把电能转化为

机械能或电阻的内能等.

思维模板:解决这四种问题的基本思路如下

(1)动力学问题:根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势,然后由闭合电路欧姆定律求出感应电流,根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向,进而求出安培力的大小和方向,再分析研究导体的受力情况,最后根据牛顿第二定律或运动学公式列出动力学

方程或平衡方程求解.

(2)电路问题:明确电磁感应中的等效电路,根据法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电动势的

大小和方向,最后运用闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串并联电路的规律求解路端电压、电功率

等.

(3)图像问题:综合运用法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则、右手定则、安培定则等规律来分析相关物理量间的函数关系,确定其大小和方向及在

坐标系中的范围,同时注意斜率的物理意义.

(4)能量问题:应抓住能量守恒这一基本规律,分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量参与了相互转化,然后借助于动能定理、能量守恒定律等规

律求解.

题型16 电学实验中电阻的测量问题

题型概述:该题型是高考实验的重中之重,每年必有命题,可以说高考每年所考的电学实验都会涉及电阻的测量.针对此部分的高考命题可以是测量某一定值电阻,也可以是测量电流表或电压表的内阻,还

可以是测量电源的内阻等.

思维模板:测量的原理是部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律;常用方法有欧姆表法、伏安法、等效

替代法、半偏法等.


第二篇:名师+高考状元总结高中物理解题方法。


高考状元+名师总结。

高中物理解题方法指导

物理题解常用的两种方法:

分析法的特点是从待求量出发,追寻待求量公式中每一个量的表达式,(当然结合题目所给的已知量追寻),直至求出未知量。这样一种思维方式“目标明确”,是一种很好的方

法应当熟练掌握。

    综合法,就是“集零为整”的思维方法,它是将各个局部(简单的部分)的关系明确以后,将各局部综合在一起,以得整体的解决。

综合法的特点是从已知量入手,将各已知量联系到的量(据题目所给条件寻找)综合在一起。

实际上“分析法”和“综合法”是密不可分的,分析的目的是综合,综合应以分析为基础,二者相辅相成。

正确解答物理题应遵循一定的步骤   

第一步:看懂题。所谓看懂题是指该题中所叙述的现象是否明白?不可能都不明白,不懂之处是哪?哪个关键之处不懂?这就要集中思考“难点”,注意挖掘“隐含条件。”要养成这样一个习惯:不懂题,就不要动手解题。

    若习题涉及的现象复杂,对象很多,须用的规律较多,关系复杂且隐蔽,这时就应当将习题“化整为零”,将习题化成几个过程,就每一过程进行分析。

    第二步:在看懂题的基础上,就每一过程写出该过程应遵循的规律,而后对各个过程组成的方程组求解。

    第三步:对习题的答案进行讨论.讨论不仅可以检验答案是否合理,还能使读者获得进一步的认识,扩大知识面。

一、静力学问题解题的思路和方法

    1.确定研究对象:并将“对象”隔离出来-。必要时应转换研究对象。这种转换,一种情况是换为另一物体,一种情况是包括原“对象”只是扩大范围,将另一物体包括进来。

    2.分析“对象”受到的外力,而且分析“原始力”,不要边分析,边处理力。以受力图表示。

    3.根据情况处理力,或用平行四边形法则,或用三角形法则,或用正交分解法则,提高力合成、分解的目的性,减少盲目性。

    4.对于平衡问题,应用平衡条件∑F=0,∑M=0,列方程求解,而后讨论。

    5.对于平衡态变化时,各力变化问题,可采用解析法或图解法进行研究。

    静力学习题可以分为三类:

    ①  力的合成和分解规律的运用。

②      共点力的平衡及变化。

③      固定转动轴的物体平衡及变化。

认识物体的平衡及平衡条件

对于质点而言,若该质点在力的作用下保持静止或匀速直线运动,即加速度为零,则称为平衡,欲使质点平衡须有∑F=0。若将各力正交分解则有:∑FX=0,∑FY=0 。

对于刚体而言,平衡意味着,没有平动加速度即=0,也没有转动加速度即=0(静止或匀逮转动),此时应有:∑F=0,∑M=0。

这里应该指出的是物体在三个力(非平行力)作用下平衡时,据∑F=0可以引伸得出以下结论:

    ①  三个力必共点。

    ②  这三个力矢量组成封闭三角形。

③  任何两个力的合力必定与第三个力等值反向。

对物体受力的分析及步骤

(一)、受力分析要点:

1、明确研究对象

2、分析物体或结点受力的个数和方向,如果是连结体或重叠体,则用“隔离法”

3、作图时力较大的力线亦相应长些

4、每个力标出相应的符号(有力必有名),用英文字母表示

5、物体或结点:

6、用正交分解法解题列动力学方程

①受力平衡时

②受力不平衡时  

7、一些物体的受力特征:

8、同一绳放在光滑滑轮或光滑挂钩上,两侧绳子受力大小相等,当三段以上绳子在交点打结时,各段绳受力大小一般不相等。

(二)、受力分析步骤:

1、判断物体的个数并作图:①重力;②接触力(弹力和摩擦力);③场力(电场力、磁场力)

2、判断力的方向:

①根据力的性质和产生的原因去判;

②根据物体的运动状态去判;

a由牛顿第三定律去判;

b由牛顿第二定律去判(有加速度的方向物体必受力)。

二、运动学解题的基本方法、步骤

    运动学的基本概念(位移、速度、加速度等)和基本规律是我们解题的依据,是我们认识问题、分析问题、寻求解题途径的武器。只有深刻理解概念、规律才能灵活地求解各种问题,但解题又是深刻理解概念、规律的必需环节。

    根据运动学的基本概念、规律可知求解运动学问题的基本方法、步骤为

    (1)审题。弄清题意,画草图,明确已知量,未知量,待求量。

    (2)明确研究对象。选择参考系、坐标系。

    (3)分析有关的时间、位移、初末速度,加速度等。

    (4)应用运动规律、几何关系等建立解题方程。

    (5)解方程。

三、动力学解题的基本方法

我们用动力学的基本概念和基本规律分析求解动力学习题.由于动力学规律较复杂,我们根据不同的动力学规律把习题分类求解。

1、应用牛顿定律求解的问题,

这种问题有两种基本类型:(1)已知物体受力求物体运动情况,(2)已知物体运动情况求物体受力.这两种基本问题的综合题很多。

从研究对象看,有单个物体也有多个物体。

  (1)解题基本方法   

    根据牛顿定律解答习题的基本方法是

    ① 根据题意选定研究对象,确定m。

    ② 分析物体受力情况,画受力图,确定

    ③ 分析物体运动情况,确定a  。

    ④ 根据牛顿定律、力的概念、规律、运动学公式等建立解题方程。 

    ⑤ 解方程。

    ⑥ 验算,讨论。

    以上①、②、③是解题的基础,它们常常是相互联系的,不能截然分开。

 应用动能定理求解的问题

动能定理公式为,根据动能定理可求功、力、位移、动能、速度大小、质量等。

应用动能定理解题的基本方法是    ·

①  选定研究的物体和物体的一段位移以明确m、s。

②  分析物体受力,结合位移以明确

③  分析物体初末速度大小以明确初末动能。

然后是根据动能定理等列方程,解方程,验算讨论。

  (例题)如图4—5所示,木板质量,长3米。物体质量。物体与木板间摩擦系数,木板与水平地面间摩擦系数,开始时,物体在

木板右端,都处于静止状态。现用牛的水平恒力拉木板,物体将在木板上滑动,问经过2秒后(1)力F作功多少?(2)物体动能多大?(米/秒2

应用动量定理求解的问题

从动量定理知,这定理能求冲量、力、时间、动量、速度、质量等。

动量定理解题的基本方法是

①  选定研究的物体和一段过程以明确m、t。

②  分析物体受力以明确冲量。

⑧  分析物体初、末速度以明确初、末动量。

然后是根据动量定理等建立方程,解方程,验算讨论。

【例题8】  质量为10千克的重锤从3.2米高处自由下落打击工件,重锤打击工件后跳起0.2米,打击时间为0.01秒。求重锤对工件的平均打击力。

    应用机械能守恒定律求解的问题

机械能守恒定律公式是知,可以用来求动能、速度大小、质量、势能、高度,位移等。

应用机械能守恒定律的基本方法是

①  选定研究的系统和一段位移。  

②  分析系统所受外力、内力及它们作功的情况以判定系统机械能是否守恒。

③  分析系统中物体初末态位置、速度大小以确定初末态的机械。

然后根据机械能守恒定律等列方程,解方程,验算讨论。

四、电场解题的基本方法

    本章的主要问题是电场性质的描述和电场对电荷的作用,解题时必须搞清描述电场性质的几个物理量和研究电场的各个规律。

    1、如何分析电场中的场强、电势、电场力和电势能

    (1)先分析所研究的电场是由那些场电荷形成的电场。

    (2)搞清电场中各物理量的符号的含义。

    (3)正确运用叠加原理(是矢量和还是标量和)。

    下面简述各量符号的含义:

    ①电量的正负只表示电性的不同,而不表示电量的大小。

    ②电场强度和电场力是矢量,应用库仑定律和场强公式时,不要代入电量的符号,通过运算求出大小,方向应另行判定。(在空间各点场强和电场力的方向不能简单用‘+’、‘-’来表示。)

    ③电势和电势能都是标量,正负表示大小.用进行计算时,可以把它们的符号代入,如U为正,q为负,则也为负.如U1>U2>0,q为负,则

④  电场力做功的正负与电荷电势能的增减相对应,WAB为正(即电场力做正功)时,电荷的电势能减小,;WAB为负时,电荷的电势能增加。所以,应用时可以代人各量的符号,来判定电场力做功的正负。当然也可以用求功的大小,再由电场力与运动方向来判定功的正负。但前者可直接求比较简便。

2、如何分析电场中电荷的平衡和运动

电荷在电场中的平衡与运动是综合电场;川力学的有关知识习·能解决的综合性问题,对加深有关概念、规律的理解,提高分析,综合问题的能力有很大的作用。这类问题的分析方法与力学的分析方法相同,解题步骤如下:

    (1)确定研究对象(某个带电体)。   

    (2)分析带电体所受的外力。

    (3)根据题意分析物理过程,应注意讨论各种情况,分析题中的隐含条件,这是解题的关键。

    (4)根据物理过程,已知和所求的物理量,选择恰当的力学规律求解。

    (5)对所得结果进行讨论。

  【例题4】 如图7—3所示,如果 (氚核)和(氦核)垂直电场强度方向进入同—偏转电场,求在下述情况时,它们的横向位移大小的比。(1)以相同的初速度进入,(2)以相同的初动能进入;  (3)以相同的初动量进入;  (4)先经过同一加速电场以后再进入。

 


    分析和解  带电粒子在电场中所受电场力远远大于所受的重力,所以重力可以忽略。带电粒子在偏转电场受到电场力的作用,做类似于平抛的运动,在原速度方向作匀速运动,在横向作初速为零的匀加速运动。利用牛顿第二定律和匀加速运动公式可得

              

    (1)以相同的初速度v0进入电场, 因E、l、v0都相同,所以

                    

    (2)以相同的初动能Ek0进入电场,因为E、l、mv2都相同,所以

                    

     (3)以相同的初动量p0进入电场,因为E、l、mv0都相同,由

           

           

(4)先经过同一加速电场加速后进入电场,在加速电场加速后,粒子的动能

                   (U1为加速电压)

       由   

       因E、l、U1是相同的,y的大小与粒子质量、电量无关,所以:  

                            

注意   在求横向位移y的比值时,应先求出y的表达式,由题设条件,找出y与粒子的质量m、电量q的比例关系,再列出比式求解,这是求比值的一般方法。

3、如何分析有关平行板电容器的问题

在分析这类问题时应当注意 

(1)平行板电容器在直流电路中是断路,它两板间的电压与它相并联的用电器(或支路)的电压相同。

(2)如将电容器与电源相接、开关闭合时,改变两板距离或两板正对面积时,两板电正不变,极板的带电量发生变化。如开关断开后,再改变两极距离或两板正对面积时,两极带电量不变,电压将相应改变。

(3)平行板电容器内是匀强电场,可由求两板间的电场强度,从而进—步讨论,两极板问电荷的叫平衡和运。    

4、利用电力线和等势面的特性分析场强和电势

电力线和等势面可以形象的描述场强和电势。电荷周围所画的电力线数正比于电荷所带电量。电力线的疏密,方向表示电场强度的大小和方向,顺电力线电势降低,等势面垂直电力线等……可以帮助我们去分析场强和电势   

【例题】 有一球形不带电的空腔导体,将一个负电荷—Q放入空腔中,如图所示。问:

(1)由于静电感应,空腔导体内、外壁各带什么电?空腔内、导体内、导体外的电场强度,电势的大小有何特点,电场强度的方向如何?

(2)如将空腔导体内壁接地;空腔导体内外壁各带什么电?空腔内、导体内、导体外的场强,电势有何变比?

(3)去掉接地线,再将场电荷-Q拿走远离空腔导体后,空腔导体内、外壁各带什么电?空腔内、导体内、导体外部的场强、电势又有什么变化?

分析和解  本题利用电力线进行分析比较清楚

(1)把负电荷放人空腔中,负电荷周围将产生电场,(画出电力线其方向是指向负电荷)自由电子由低电势到高电势(电子逆电力线运动)发生静电感应,使导体内壁带有电量为Q的正电荷,导体外壁带有电量为Q的负电荷,如图7所示。空腔导体里外电力线数一样多(因电力线数正比于电量)空胶外电力线指向金属导体(电力线止于负电荷)。越靠近空腔导体场强越大。导体中无电力线小,电场强度为零,空腔内越靠近负电荷Q电力线越密,电场强度也越大。顺电力线电势降低,如规定无穷远电势为零,越靠近空腔导体电势越低,导体内部电势相等,空腔内越靠近负电荷Q电势越低。各处的电势均小于零。

(2)如把空腔导体内壁接地,电子由低电势到高电势,导体上的自由电子将通过接地线进入大地,静电平衡后导体内壁仍带正电,导体外壁不带电。由于电力线数正比于场电荷,场电荷-Q未变所以空腔内的电力线分布未变,空腔内的电场强度也不变。导体内部场强仍为零。由于导体外壁不带电,导体外部无电力线,导体外部场强也变为零。(要使导体外部空间不受空腔内场电荷的影响,必须把空腔导体接地。)

在静电平衡后,导体与地电势相等都等于零,导体内部空腔中电势仍为负,越靠近场电荷电势越低,各处电势都比  导体按地以前高。

(3)如去掉接地线,再把场电荷拿走远离空腔导体时,由于静电感应,导体外表面自由电子向内表面运动.到静电平衡时,导体内表面不带电,外表面带正电,带电量为Q。

这时导体内部和空腔内无电力线,场强都变为零,导体外表面场强垂直导体表面指向导体外,离导体越远,电力线越疏,场强越小。顺电力线电势减小,无穷远电势为零,越靠近导体电势越高。导体上和空腔内电势相等,各点电势均大于零。

当导体接地时,导体外表面不带电,也可用电力线进行分析。如果外表面带负电,就有电力线由无穷远指向导体,导体的电势将小于零,与导体电势为零相矛盾。如果导体外表面最后带正电,则有电力线由导体外表面指向无穷远,则导体电势将大于零,也与地等电势相矛盾.所以,本题中将导体接地时,导体外表面不再带电。

3、利用等效和类比的方法进行分析

当我们研究某一新问题时,如果它和某一学过的问题类似,就可以利用等效和类比的方法进行分析。

【例题】  摆球的质量为m,带电量为Q,用摆长为Z的悬线悬挂在场强为E的水平匀强电场中。求:(1)它在微小摆动时的周期;(2)将悬线偏离竖直位置多大角度时,小球由静止释放,摆到悬线为竖直位置时速度刚好是零。

五、电路解题的基本方法

1、解题的基本方法、步骤

本章的主要问题是研究电路中通以稳恒电流时,各电学量的计算,分析稳恒电流的题目,步骤如下:

(1)确定所研究的电路。

(2)将不规范的串并联电路改画为规范的串并联电路。

(使所画电路的串、并联关系清晰)。对应题中每一问可分别画出简单电路图,代替原题中较为复杂的电路图。

(3)在所画图中标出已知量和待求量,以利分析。

(4)应注意当某一电阻改变时,各部分电流、电压、功率都要改变。可以认为电源电动势和内电阻及其它定值电阻的数值不变。必要时先求出、r和定随电阻的大小。

(5)根据欧姆定律,串、并联特性和电功率公式列方程求解。

(6)学会用等效电路,会用数学方法讨论物理量的极值。

2、将不规范的串并联电路加以规范

搞清电路的结构是解这类题的基础,具体办法是:

(1)确定等势点,标出相应的符号。因导线的电阻和理想安培计的电阻都不计,可以认为导线和安培计联接的两点是等势点。

(2)先画电阻最少的支路,再画次少的支路……从电路的一端画到另一端。

3、含有电容器的电路解题方法

在直流电路中,电容器相当电阻为无穷大的电路元件,对电路是断路。解题步骤如下:(1)先将含电容器的支路去掉(包括与它串在同一支路上的电阻),计算各部分的电流、电压值。

(2)电容器两极扳的电压,等于它所在支路两端点的电压。

(3)通过电容器的电压和电容可求出电容器充电电量。

(4)通过电容器的电压和平行板间距离可求出两扳间电场强度,再分析电场中带电粒子的运动。

4、如何联接最省电

用电器正常工作应满足它要求的额定电压和额定电流,要使额外的损失尽可能少,当电源电压大于或等于两个(或两个以上)用电器额定电压之和时,可以将这两个用电器串联,并给额定电流小的用电器加分流电阻,如电源电压大于用电器额定电压之和时,应串联分压电阻。

【例】  三盏灯,L1为“110V  100W”,L2为“110V  50W”,L3为“110V  40W”电源电压为220V,要求:①三盏灯可以单独工作;②三盏灯同时工作时额外损耗的功率最小,应怎样联接?画出电路图,求出额外损耗功率。

5、在电路计算中应注意的几个问题

(1)在电路计算中,可以认为电源的电动势、内电阻和各定值电阻的阻值不变,而各部分的电流、电压、功率(或各种电表的示数)将随外电阻的改变而收变。所以,在电路计算中,如未给出电源的电动势和内电阻时,往往要先将其求出再求变化后的电流、电压、功率。

(2)应搞清电路中各种电表是不是理想表。作为理想安培计,可以认为它的电阻是零,作为理想伏特计,可以认为它的电阻是无穷大。也就是说,将理想安培计、伏特汁接入电路,将不影响电路的电流和电压。可以把安培计当成导线、伏特计去掉后进行电路计算。但作为真实表,它们都具有电阻,它们既显示出电路的电流和电压,也显示它自身的电流值或电压值。如真实安培计是个小电阻,真实伏特计是一个大电阻,将它们接入电路将影响电路的电流和电压值。所以,解题时应搞清电路中电表是不是当作理想表。

二、解题的基本方法

 1、磁场、磁场力方向的判定

(1)电流磁场方向的判定——正确应用安培定则

对于直线电流、环形电流和通电螺线管周围空间的磁场分布,要能熟练地用磁力线正确表示,以图示方法画出磁力线的分布情况——包括正确的方向和大致的疏密程度,还要能根据解题的需要选择不同的图示(如立体图、纵剖面图或横断面图等)。其中,关于磁场方向走向的判定,要能根据电流方向正确掌握安培定则的两种用法,即:

①  对于直线电流,用右手握住导线(电流),让伸直的大拇指所指方向跟电流方向一致,则弯曲的四指所指方向即为磁力线环绕电流的方向。

②  对于环形电流和通电螺线管,应让右手弯曲的四指所指方向跟电流方向一致,则伸直的大拇指所指方向即为环形电流中心轴线上磁力线方向,或通电螺线管内部磁力线方向(亦即大拇指指向通电螺线管滋力线出发端——北极)。

③  对于通电螺线管,其内部的磁场方向从N极指向S极;而内部的磁场方向从S极指向N极。从而形成闭合的曲线。

(2)安培力、洛仑兹力方向的判定——正确应用左手定则

①  运用左手定则判定安培力的方向,要依据磁场B的方向和电流I的方向.只要B与IL的方向不平行,则必有安培力存在,且与B、IL所决定的平面垂直。对于B与IL不垂直的一般情况来说,则需先将B矢量分解为两个分量:一个是垂直于IL的,另一个是平行于IL的,如图9—2所示,再依据的方向和电流I的方向判定安培力的方向。

在磁场与通电导线方向夹角给定的前提下,如果在安培力F磁场B和通电导线IL中任意两个量的方向确定,就能依据左手定则判断第三个量的方向。

②  运用左手定则判定洛仑兹力的方向,同样要依据磁场B的方向和由于带电粒子运动形成的电流方向(带正电粒子运动形成的电流,方向与其速度v方向一致,带负电粒子运动形成的电流,方向与其速度v方向相反)。只要B与v的方向不平行,则必有洛仑兹力存在,且与B、v所决定的平面垂直。对于B与v不垂直的一般情况来说,则仍需先将B矢量分解为两个分量:一个是垂直于v的,另一个是平行于v的,如图9-3①所示,(或将u矢量分解为两个分量:一个是垂直于B的,另一个是平行于B的,如图9—3②所示。)再依据的方向和v的方向(或B的方向和的方向)正确判定洛仑兹力的方向。

在磁场B与已知电性粒子的运动速度v的方向夹角给定的前提下,如果在洛仑兹力f、磁场B和粒子运动速度中任意两个量的方向确定,也就能依据左手定则判断第三个量的方向。

2、磁场力大小的计算及其作用效果

(1)关于安培力大小的计算式,其中为B与IL的方向夹角(见图9—2),由式可知,由于角取值不同,安培力值将随之而变,其中值时F为零,时F值最大。本式的适用条件,一般地说应为一般通电直导线IL处于匀强磁场B中,但也有例外,譬如在非匀强磁场中只要通电直导线段IL所在位置沿导线的各点B矢最相等(B值大小相等、方向相同),则其所受安培力也可运用该式计算。

关于安培力的作用效果,解题中通常遇到的情况举例说明如下:

① 平行通电导线之间的相互作用;同向电流相吸,反向电流相斥。这是电流问磁相互作用的一个重要例证。

② 在安培力与其他力共同作用下使通电导体处于平衡状态,借以测定B或I等待测值。如应用电流天平测定磁感应强度值,应用磁电式电流表测量电流强度。

【例题2)】 图9-5所示是一种电流天平,用以测定匀强磁场的磁感应强度。在天平的一端挂一矩形线圈,其底边置于待测匀强磁场B中,B的方向垂直于纸面向里。已知线圈为n匝,底边长L当线圈通以逆时针方向,强度为I的电流时,使天平平衡;将电流反向但强度不变,则需在左盘中再加砝码,使天平恢复平衡。试列出待测磁场磁感应强度B的表达式。

分析和解  本题应着眼于线圈底边在安培力作用下天平的平衡以及电流方向变化后天平调整重新平衡等问题.因此需对线圈及天平进行受力分析,根据平衡条件确定有关量的量值关系。

对于第一种情况,即线圈(设线圈质量为M)通以逆时针方向电流时,根据左手定则判定其底边所受安培力F的方向竖直向上。如果这时左盘中置砝码m可使天平平衡,则应有                                                         ①

第二种情况,即线圈改通顺时针方向电流后,显然其底边所受安培力方向变为竖直向下。左盘需再加砝码,以使天平重新平衡,这时则有

                                    ②

    由①、②两式可得

根据安培力的计算式,并考虑到线圈的匝数,有。所以待测磁场的磁感应强度,即为所求。

(2)关于洛仑兹力大小的计算式,其中为B与的方向夹角(见图9-3),由式可知,由于取值不同,洛仑兹力值亦将随之而变,其中值时为零,值最大。本式的适用范围比较广泛,但在中学物理教学中只讨论带电粒子在匀强磁场中的运动,而且大纲规定,洛仑兹力的计算,只要求掌握跟B垂直的情况。   

关于洛仑兹力的作用效果,解题中通常遇到的情况举例说明如下:

 ①  在匀强磁场中带电粒子的运动。

a、如果带电粒子的运动速度垂直于磁场B,即,如图9—9所示,则带电粒子将在垂直于B的平面内做匀速圆周运动,这时洛仑兹力起着向心力的作用.根据牛顿第二定律,应为  

由此可得,圆运动半径。角速度。周期。粒子动量的大小。粒子的动能

    b、如果带电粒子的运动速度与磁场B不垂直,臂如锐角,如图9-10所示。则可将分解为,其中带电粒子q一方面因而受洛仑兹力的作用,在垂直于B的平面内做一个匀速圆周运动;同时,还因而做一平行于磁场的与苏直线运动。两分运动的合运动为如图9-10所示的沿一等距螺旋线运动,其距轴的半径

螺距

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