我們先理解“程序”這個詞的定義,它是指“ 為進行某項活動或過程所規定的途徑。”程序是整治細節最好的工具。程序法是解決物理問題的一種非常有效的方法,符合學生對物理問題進行探究的思維和推理流程,一先一後,一步一趨,逐漸深入。
1程序法的定義:
程序法是指按照物理過程或狀态的先後順序、針對題目給出的物理情景,選擇恰當的方法進行逐個分析的解題方法。
2程序法的要求
2.1仔細讀題和審題,
2.2把題設中的物理情景劃分成多個不同的過程或狀态,
2.3分析每個過程或狀态的物理特點和滿足的物理條件,
2.4根據不同的條件所對應的物理規律來選取不同的解題方法(包括定律或者公式),
2.5分階段列方程,聯立求解,得出題目所需的答案。
3程序法的優點:
3.1使用程序法解題,便于快速理解物理情景,尤其是複雜的多段運動過程,
3.2使用程序法解題,猶如庖丁解牛,可以逐個擊破,達到事半功倍的效果。
4程序法的适用情況:
4.1複雜的力學多段運動過程:可以選擇直線運動學公式、動能定理、動量定理機械能守恒、動量守恒、平抛運動公式等多種方法分階段列方程來求解.這事最主要的方面;
4.2變化的熱學狀态或者熱平衡變化過程,比如等溫過程、等壓過程、等容變化絕熱變化等,按照題目給定的變化過程,一個階段一個階段的分析清楚,最後達到求解的目的;
4.3涉及力學和電磁學綜合計算題目,可以分成不同的物理闆塊,理清物理情景特點,再進行綜合計算。
5程序法解題的基本步驟:
5.1讀題審題,分析運動過程或者物理情景.
5.2分析每個階段的條件及特點
5.3按照每個階段的特點,選擇合适的解題方法
5.4按照題目要求列出方程,聯立求解.
5.5對照題目,綜合把握,看方程及答案是否滿足題目所給條件或生活及生産特點。
典例1
【分析】
(1)曲面軌道光滑,小滑塊在軌道上下滑的過程中,不受摩擦力且軌道對它的支持力不做功,故機械能守恒,可以根據機械能守恒定律求出滑塊到達軌道底端時的速度大小.
(2)小車表面題意中沒有說明是光滑狀态,故滑塊滑上小車後,因受摩擦力作用,故滑塊做減速運動,
小車所在的水平面是光滑的,小車在摩擦力的作用下,做初速度為零的加速運動,
當滑塊和小車兩者速度達到相同時,兩者一起做勻速運動,此時小車的速度最大,根據動量守恒定律就可求出小車的速度.
(3)根據能量守恒定律求出系統産生的内能.
詳解如下:
小結:1本題綜合考查了以下三個物理規律,也是高中階段最為重要的三個物理規律
1.1機械能守恒定律,
1.2動量守恒定律,
1.3能量守恒定律,
2本題關鍵是要能分析物體的運動情況,把握物理規律、綜合性較強,對學生的能力要求較高,因此需多加強這方面的訓練。
3分析本題,領悟程序法解題的基本思想,再具體探究可以分為以下兩個過程,
3.1第一過程由靜止開始下滑到水平出口,此過程滿足機械能守恒;
3.2第二過程是小滑塊與平闆小車相互作用,并停在平闆車上,此過程滿足動量守恒.
3.3第二個問題要用到第一個問題解出的結果,而第三個問題要用到第一、二兩個問解出的結果,依次解出這些未知量,便可使問題得到解答,程序法解題的思想體現得淋漓盡緻。
典例2
【分析】
1小球開始釋放的瞬間狀态分析:
1.1小球此時速度為零,受力情況為:
1.1.1小球受到豎直向下的重力 mg,
1.1.2水平向右的電場力 qE,
1.1.3棒對球水平向左的彈力 FN,
1.1.4豎直向上的摩擦力Ff
1.2受力示意圖如下圖所示:
1.3因小球初速度為零,則此狀态下小球不受洛倫茲力,即F洛=0
1.4各力之間的關系為:因為小球沿杆下落,故
1.4.1水平方向小球平衡,則有 qE =FN;
1.4.2豎直方向有mg >μqE,由牛頓運動定律知小球将沿棒做初速度為0加速下滑運動.
2小球沿棒加速下滑的過程:
2.1小球運動後,速度不再為0,故産生洛倫茲力F洛=qvB,根據左手定則
2.1.1磁場方向垂直紙面向外,
2.1.2小球運動方向沿杆豎直向下,
2.1.3洛倫茲力方向向左
2.2受力示意圖如下圖所示
則有
FN qvB =qE (1)
mg-uFN=ma (2)
由(1)和(2)式解得
a= mg uqvB /m (3)
3臨界狀态:
3.1随着小球速度v的增大,小球所受洛倫茲力F洛=qvB亦增大,
3.2與此同時,小球所受的摩擦力在減小,這可以由(1)式
FN qvB =qE
推知FN= qE-qvB,qE不變,v越大,FN越小,亦即摩擦力Ff= uFN
在減少。
3.3由以上可知,小球的加速度在增大.當小球的速度增大到一定值時,FN=0,小球所受的摩擦力Ff=0,
3.4受力分析圖如下圖 所示,
3.5小球下滑的最大加速度為amax=g
4小球繼續加速的過程:
4.1由于在上述臨界狀态下小球仍做加速運動,所以速度将繼續增大,洛倫茲力繼續增大.由于在水平方向小球始終處于平衡狀态,所以棒對球的支持力 FN重新出現,但與原來反向,摩擦力也随即出現,
4.2小球受力如下圖 所示示
4.3在這一過程中有
qvB=qE FN (4)
mg-uFN =ma (5)
由(4)、(5)式解得
a=mg-uqvB uqE/m (6)
5收尾狀态:
5.1由(6)式可見,當小球的速度不斷增加時,小球的加速度不斷減小,當加速度為零時,小球的速度最大,最大速度為
Vmax=mg uqE/uqB
5.2以後小球将沿棒以Vmax做
勻速運動。
6領悟程序法解題的具體過程:
6.1程序法首先要求從讀題開始,就要注意把題設物理情景劃分為多個不同的過程或狀态,
6.2其次分析各個過程或狀态所滿足的條件,盡量畫出物理過程示意圖,準确、形象地展示整個物理過程及各量之間的物理關系,使複雜的物理過程變得邏輯順序化、情景形象化、具體化。
6.3第三在分析中要注意題給的關鍵字所包合的内涵,如本題中“很長的絕緣直棒”,有兩層含義:“很長”意指小球不會脫離直棒;“絕緣”意指小球所帶電荷量不變.
6.4最後根據條件選擇對應的物理規律(包括定律、公式),列方程聯立求解。
6.5千萬謹記不要憑直覺去解決物理問題.
詳解如下圖
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