物理问题分析基本步骤理工期刊征稿

 

　　【关键词】 物理问题;模型;过程; 分析; 物理期刊投稿

 

　　【中图分类号】G633.7 【 文献 标识码】B【文章编号】1001-4128（2011）03-0142-01

 

　　一个物理问题，都有一定的物理情景，涉及一定的物理过程，要想正确地解答物理问题，必须把有关的物理内容分析清楚。一般说来，分析一个物理问题的基本步骤如下：

 

　　1 选取研究对象

 

　　不论是力学问题、热学问题，电学问题或其他问题，都有一个选择和确定研究对象的问题。研究对象可以是一个物体，也可以是一个物体系（两个或多个相关联的无论组成的系统）。有的物理问题始终都是一个研究对象，而有的问题在不同阶段应该选取不同的研究对象。可以说：研究对象选取的恰当与否直接关系到我们解决物理问题的难易程度，正确选取研究对象，能提高解题的准确性和效率。

 

　　例1：一架直升飞机质量为m，悬停在空中，桨翼下风速为v，求它的发动机的输出功率P。

 

　　该题容易出现的错误解法是：

 

　　由于飞机在空中静止，因此发动机的输出功率为

 

　　P=Fv=mgv

 

　　错误的原因主要是没有明确研究对象是谁。第一步显然是以飞机为研究对象，对飞机进行受力分析：受重力G和空气对它的向上的作用力F，由于飞机悬停， G和F是一对平衡力，这一步是正确的。但下一步则属于乱套公式了，若以飞机为研究对象，则飞机的速度为零；若以空气为研究对象，那又是哪一部分空气呢？

 

　　正确的分析与解答过程如下：

 

　　设发动机每秒钟把质量为的空气从静止加速到，发动机对这部分空气的作用力为F，由动量定理得

 

　　F×1=Mv

 

　　根据动能定理，发动机对这部分空气每秒钟做功（即功率）为

 

　　P=12Mv2

 

　　又根据牛顿定律及飞机处于平衡状态知道

 

　　F=mg

 

　　即Mv=mg

 

　　所以，发动机的输出功率为:

 

　　P=12mgv

 

　　2 建立物理模型

 

　　实际中的物理现象一般都很复杂，为了解决它，常常需要忽略一些次要因素，物理模型就是忽略次要因素的产物，如：质点、点电荷、光滑平面、轻绳、轻弹簧、理想变压器、弹性碰撞等等，都是理想模型。对一个具体物理问题，在确定了研究对象后，首先要考虑的就是建立怎样的物理模型。

 

　　例2：如图示，质量为m的小车静止在光滑的水平轨道上，长为L的细线一端固定在小车上，另一端拴一质量也为m的小球。现给小球一水平初速度v，求小球能上升的最大高度h为多少？

 

　　解析：小球和小车一起的运动可以建立为碰撞模型，当小球上升到最高点时，二者具有共同速度。系统减少的动能ΔEK全部转化为小球的重力势能ΔEp=m球gh

 

　　那么:m球v=(m球+m车)v共

 

　　ΔEK=12m球v2-12(m球+m车)v2共=m球gh

 

　　代入m车=m球=m,

 

　　即可求出 h=v24g

 

　　3 分析物理过程和状态

 

　　状态是与某一时刻相对应的，过程则与某一段时间相对应。任何一个过程，都有一个初始状态和一个末状态（还包括无数中间状态），对于某一确定的状态，要用状态参量来描述。一个具体的物理问题，简单的可能只讨论某一确定的状态下各物理量间的关系，复杂的问题则要涉及到物理过程。而对于一个变化方向和路径都确定了的物理过程，要注意分析这个过程遵循的物理 规律 ，可能它是一个较简单的过程，始终按同一规律变化；也可能它是一个较复杂的过程，在不同的阶段遵循不同的规律。对于一个始、末状态确定了的物理过程，则可能存在着不止一种的变化路径。对一个物理问题，如果能把相应的状态和过程分析清楚，问题一般说来就已基本上解决了。

 

　　例3：如下图所示，长为l的轻绳一端系于固定点O，另一端系质量为m的小球，将小球从O点正下方14处以一定的初速度水平向右抛出，经一定的时间，绳被拉直，以后小球在竖直平面内摆动，已知绳刚被拉直时，绳与竖直方向成60°角，求：

 

　　（1）小球水平抛出的初速度v0；

 

　　（2）小球摆到最底点时，绳所受到的拉力FT。

 

　　解析：本题的解决思路与上题大致相同，研究对象仍然是小球，建立质点模型，也是一个初、末状态都确定的过程，但从初状态A到末状态C的两个阶段小球共经历三个不同的过程。即①平抛运动,从A到B；②在B点小球克服绳的拉力做功，速度发生变化；③小球在竖直面内的圆周运动，从A到C。

 

　　（1）绳被拉直时，小球的水平位移为lsin60°，竖直位移为lcos60°-14l，设初速度为v0，由平抛运动 规律

 

　　lsin60°=v0t

 

　　lcos60°-14l=12gt2

 

　　得v0=3gl/2

 

　　（2）小球由抛出点到绳刚好被拉直，这一过程机械能守恒，取绳伸直时的速度为v，小球所在位置势能为零，则有

 

　　12mv2+mgl(cos60°-14)=12mv2