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。
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。
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