著名机构高三物理春秋班讲义第1讲.物理思想与物理方法
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1、第1讲 物理思想与物理方法1.1定性与半定量方法 知识点睛物理学的发展过程中,物理学家常常从定性或半定量的方法入手,力求对问题的性质、解的概貌取得一个总体的估计和理解。定性与半定量的方法具体包括:对称性与守恒量的利用、量纲分析、数量级估算、极限情形和特例讨论、简化模型的选取、以及概念方法的类比等。这是一种重要的物理思想方法,也是近年高考的热点问题。1量纲分析法由于物理量之间存在着规律性的联系,我们不必对每个物理量的单位都独立地予以规定。物理学中规定了“基本物理量”,并为每个基本物理量规定一个“基本量度单位”,其他物理量的量度单位则可按照它们和基本量之间的关系式(定义或定律)导出,这些物理量称为
2、“导出量”,它们的单位称为“导出单位”。物理关系式不仅反映了物理量之间的关系,也确定了单位间的关系。2估算法估算的常见方法有:某些物体的尺度未知,如跳高运动员的身高,子弹的长度等,这类题需要同学了解常见物体的尺度量级,根据这个数据进行计算;有些问题的计算并不需要精确地计算,可采用一些近似计算的方法,如油膜法测分子直径;在某些问题的计算过程中往往更关注的是数量级,所以只需要计算数量级即可。常见的量级:大量:十、百、千、兆、吉、太;小量:分、厘、毫、微、纳、皮【附录1】 物质的空间尺度【附录2】 基本物理常量(单位)光速:普朗克常量:阿伏加德罗常数:万有引力常量:静电力常量:基本电荷:电子质量:
3、电子伏:原子质量:()3类比法所谓类比就是“触类旁通”“举一反三”,它是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其它方面也可能相同或相似的一种逻辑思维,从而可以帮助我们理解较复杂的实验和较难的物理知识。类比是一种推理方法,不同事物在属性、数学形式及其他量描述上有相同或相似的地方就可以来用类比推理。类比法是提出科学假说做出科学预言的重要途径,物理学发展史上的许多假说是运用类比方法创立的,例如:电势与地势、电流与水流、内能与机械能、原子结构与太阳系、机械波与电磁波、功率概念与速度概念的形成。例题精讲 量纲分析法【例1】 物理关系式不仅反映了物理量之间的关系,也确定了单位间的关系。如
4、关系式既反映了电压、电流和电阻之间的关系,也确定了(伏)与(安)和(欧)的乘积等效。现有物理量单位:(米)、(秒)、(牛)、(焦)、(瓦)、(库)、(法)、(安)、(欧)和(特),由它们组合成的单位都与电压单位(伏)等效的是A和 B 和C和 D和【答案】 B【例2】 (2013福建)在国际单位制(简称SI)中,力学和电学的基本单位有:m(米)、kg(千克)、s(秒)、A(安培)。导出单位V(伏特)用上述基本单位可表示为( )ABCD【答案】 B【例3】 物理关系式不仅反映了物理量之间的数值关系,也确定了单位间的关系。对于单位的分析是帮助我们检验研究结果正确性的一种方法。下面是同学们在研究平行板
5、电容器充电后储存的能量EC与哪些量有关的过程中得出的一些结论,式中为电容器的电容、为电容器充电后其两极板间的电压、为两极板间的电场强度、为两极板间的距离、为两极板正对面积、为两极板间所充介质的相对介电常数(没有单位)、为静电力常量。请你分析下面给出的关于的表达式可能正确的是A B C D【答案】 C 估算法【例4】 由于内部发生激烈的热核聚变,太阳每时都在向各个方向产生电磁辐射,若忽略大气的影响,在地球上垂直于太阳光的每平方米的截面上,每秒钟接收到的这种电磁辐射总能量约为。已知日地间的距离,普朗克常量,假设把这种电磁辐射均看成由波长为的光子组成,那么由此估算太阳每分钟向外辐射的光子总数的数量级
6、约为A. B. C. D. 【答案】 A 可能解问题常用方法:由量纲(单位)判定结果对错;由对称、特殊值判定结果对错【例5】 (量纲、极限法)物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证,有时只需要通过一定的分析就可以判断结论是否正确。如图所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为和的圆环,两圆环上的电荷量均为(),而且电荷均匀分布。两圆环的圆心和相距为,联线的中点为,轴线上的点在点右侧与点相距为()。试分析判断下列关于点处电场强度大小的表达式(式中为静电力常量)正确的是ABCD【答案】 D【例6】 (2013丰台二模)设电子质量为m,电荷为e,以角速度绕带正电的质子作圆周运动。当加上磁场方向与
7、电子轨道平面垂直、磁感应强度为B的磁场时,设电子轨道半径不变,而角速度发生变化。你可能不会求角速度的变化,但仍可运用物理学中常用的方法,在下列选项中,判断的值可近似等于A B C D【答案】 B【例7】 (对称法)图甲中,为很大的薄金属板(可理解为无限大),金属板原来不带电。在金属板的右侧,距金属板的距离为的一个位置上放入一个带正电、电荷量为的点电荷,由于静电感应产生了如图甲所示的电场分布。是点电荷右侧与点电荷之间的距离也为的一个点,几位同学想求出点的电场强度大小,但发现问题很难。几位同学经过仔细研究,从图乙所示的电场得到了一些启示,经过查阅资料他们知道:图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电
8、场分布是一样的。图乙中两异号点电荷电荷量的大小均为,它们之间的距离为,虚线是两点电荷连线的中垂线。由此他们分别求出了点的电场强度大小,一共有以下四个不同的答案(答案中为静电力常量)其中正确的是A. B. C. D.【答案】 A【例8】 (2013安徽、对称法)如图所示,平面是无穷大导体的表面,该导体充满的空间,的空间为真空。将电荷为q的点电荷置于轴上处,则在平面上会产生感应电荷。空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的。已知静电平衡时导体内部场强处处为零,则在轴上处的场强大小为(k为静电力常量)ABCD 【答案】 D 类比法【例9】 类比是一种有效的学习方法,通过归类
9、和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是A机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用B机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播D机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有纵波【答案】 D【例10】 有质量的物体周围存在着引力场。万有引力和库仑力有类似的规律,因此我们可以用定义静电场强度的方法来定义引力场的场强。由此可得,与质量为的质点相距处的引力场场强的表达式为 _(万有引力恒量用表示)。 【答案】【例11】 为了验证电荷之间的引力
10、与电荷间距离的平方成反比的规律,库仑还设计了一个电摆实验,其装置如图所示:为绝缘金属球,为虫胶做的小针,悬挂在尺长的蚕丝下端,端放一镀金小圆纸片。、间的距离可调。实验时使、带异号电荷,则小针受到电引力作用可以在水平面内做小幅摆动。测量出、在不同距离时,摆动同样次数的时间,从而计算出每次振动的周期。库仑受万有引力定律的启发,把电荷之间的吸引力和地球对物体的吸引力加以类比,猜测电摆振动的周期与带电小纸片到绝缘带电金属球之间的距离成正比。 库仑记录了三次实验数据如下表:实验次数小纸片与金属球心的距离15次振动所需的时间19202184132460关于本实验及其相关内容,有以下几种说法: 根据牛顿万有
11、引力定律和单摆的周期公式可以推断:地面上单摆振动的周期正比于摆球离开地球表面的距离。 从表格中第1、第2组数据看,电摆的周期与纸片到球心之间的距离可能存在正比例关系。 假如电摆的周期与带电纸片到金属球球心距离成正比,则三次测量的周期之比应为 ,但是实验测得值为 ,因此假设不成立。 第3组实验测得的周期比预期值偏大,可能是振动时间较长,两带电体漏电造成实验有较大的误差造成的。则下列选项正确的是A B C D【答案】 A1.2 其他物理思想方法 知识点睛除了定性与半定量的方法外,还有一些常用的物理思想与物理方法,如控制变量法、比值定义法、放大法、累积法、等效法等等。1控制变量法“控制变量法”是物理
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- 著名 机构 物理 春秋 讲义
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