我们先理解“程序”这个词的定义,它是指“ 为进行某项活动或过程所规定的途径。”程序是整治细节最好的工具。程序法是解决物理问题的一种非常有效的方法,符合学生对物理问题进行探究的思维和推理流程,一先一后,一步一趋,逐渐深入。
1程序法的定义:
程序法是指按照物理过程或状态的先后顺序、针对题目给出的物理情景,选择恰当的方法进行逐个分析的解题方法。
2程序法的要求
2.1仔细读题和审题,
2.2把题设中的物理情景划分成多个不同的过程或状态,
2.3分析每个过程或状态的物理特点和满足的物理条件,
2.4根据不同的条件所对应的物理规律来选取不同的解题方法(包括定律或者公式),
2.5分阶段列方程,联立求解,得出题目所需的答案。
3程序法的优点:
3.1使用程序法解题,便于快速理解物理情景,尤其是复杂的多段运动过程,
3.2使用程序法解题,犹如庖丁解牛,可以逐个击破,达到事半功倍的效果。
4程序法的适用情况:
4.1复杂的力学多段运动过程:可以选择直线运动学公式、动能定理、动量定理机械能守恒、动量守恒、平抛运动公式等多种方法分阶段列方程来求解.这事最主要的方面;
4.2变化的热学状态或者热平衡变化过程,比如等温过程、等压过程、等容变化绝热变化等,按照题目给定的变化过程,一个阶段一个阶段的分析清楚,最后达到求解的目的;
4.3涉及力学和电磁学综合计算题目,可以分成不同的物理板块,理清物理情景特点,再进行综合计算。
5程序法解题的基本步骤:
5.1读题审题,分析运动过程或者物理情景.
5.2分析每个阶段的条件及特点
5.3按照每个阶段的特点,选择合适的解题方法
5.4按照题目要求列出方程,联立求解.
5.5对照题目,综合把握,看方程及答案是否满足题目所给条件或生活及生产特点。
典例1
【分析】
(1)曲面轨道光滑,小滑块在轨道上下滑的过程中,不受摩擦力且轨道对它的支持力不做功,故机械能守恒,可以根据机械能守恒定律求出滑块到达轨道底端时的速度大小.
(2)小车表面题意中没有说明是光滑状态,故滑块滑上小车后,因受摩擦力作用,故滑块做减速运动,
小车所在的水平面是光滑的,小车在摩擦力的作用下,做初速度为零的加速运动,
当滑块和小车两者速度达到相同时,两者一起做匀速运动,此时小车的速度最大,根据动量守恒定律就可求出小车的速度.
(3)根据能量守恒定律求出系统产生的内能.
详解如下:
小结:1本题综合考查了以下三个物理规律,也是高中阶段最为重要的三个物理规律
1.1机械能守恒定律,
1.2动量守恒定律,
1.3能量守恒定律,
2本题关键是要能分析物体的运动情况,把握物理规律、综合性较强,对学生的能力要求较高,因此需多加强这方面的训练。
3分析本题,领悟程序法解题的基本思想,再具体探究可以分为以下两个过程,
3.1第一过程由静止开始下滑到水平出口,此过程满足机械能守恒;
3.2第二过程是小滑块与平板小车相互作用,并停在平板车上,此过程满足动量守恒.
3.3第二个问题要用到第一个问题解出的结果,而第三个问题要用到第一、二两个问解出的结果,依次解出这些未知量,便可使问题得到解答,程序法解题的思想体现得淋漓尽致。
典例2
【分析】
1小球开始释放的瞬间状态分析:
1.1小球此时速度为零,受力情况为:
1.1.1小球受到竖直向下的重力 mg,
1.1.2水平向右的电场力 qE,
1.1.3棒对球水平向左的弹力 FN,
1.1.4竖直向上的摩擦力Ff
1.2受力示意图如下图所示:
1.3因小球初速度为零,则此状态下小球不受洛伦兹力,即F洛=0
1.4各力之间的关系为:因为小球沿杆下落,故
1.4.1水平方向小球平衡,则有 qE =FN;
1.4.2竖直方向有mg >μqE,由牛顿运动定律知小球将沿棒做初速度为0加速下滑运动.
2小球沿棒加速下滑的过程:
2.1小球运动后,速度不再为0,故产生洛伦兹力F洛=qvB,根据左手定则
2.1.1磁场方向垂直纸面向外,
2.1.2小球运动方向沿杆竖直向下,
2.1.3洛伦兹力方向向左
2.2受力示意图如下图所示
则有
FN+qvB =qE (1)
mg-uFN=ma (2)
由(1)和(2)式解得
a= mg+uqvB /m (3)
3临界状态:
3.1随着小球速度v的增大,小球所受洛伦兹力F洛=qvB亦增大,
3.2与此同时,小球所受的摩擦力在减小,这可以由(1)式
FN+qvB =qE
推知FN= qE-qvB,qE不变,v越大,FN越小,亦即摩擦力Ff= uFN
在减少。
3.3由以上可知,小球的加速度在增大.当小球的速度增大到一定值时,FN=0,小球所受的摩擦力Ff=0,
3.4受力分析图如下图 所示,
3.5小球下滑的最大加速度为amax=g
4小球继续加速的过程:
4.1由于在上述临界状态下小球仍做加速运动,所以速度将继续增大,洛伦兹力继续增大.由于在水平方向小球始终处于平衡状态,所以棒对球的支持力 FN重新出现,但与原来反向,摩擦力也随即出现,
4.2小球受力如下图 所示示
4.3在这一过程中有
qvB=qE+ FN (4)
mg-uFN =ma (5)
由(4)、(5)式解得
a=mg-uqvB +uqE/m (6)
5收尾状态:
5.1由(6)式可见,当小球的速度不断增加时,小球的加速度不断减小,当加速度为零时,小球的速度最大,最大速度为
Vmax=mg+uqE/uqB
5.2以后小球将沿棒以Vmax做
匀速运动。
6领悟程序法解题的具体过程:
6.1程序法首先要求从读题开始,就要注意把题设物理情景划分为多个不同的过程或状态,
6.2其次分析各个过程或状态所满足的条件,尽量画出物理过程示意图,准确、形象地展示整个物理过程及各量之间的物理关系,使复杂的物理过程变得逻辑顺序化、情景形象化、具体化。
6.3第三在分析中要注意题给的关键字所包合的内涵,如本题中“很长的绝缘直棒”,有两层含义:“很长”意指小球不会脱离直棒;“绝缘”意指小球所带电荷量不变.
6.4最后根据条件选择对应的物理规律(包括定律、公式),列方程联立求解。
6.5千万谨记不要凭直觉去解决物理问题.
详解如下图
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