物理題目中信息的獲取

常月梅

(宣化第一中學 河北 張家口 075100)

信息的快速、準確獲取是中學物理教學要求學生具備的一項重要能力,也是制約學生物理解題效率或關(guān)系學生解題成敗的瓶頸.下面就高中階段常遇到的幾種獲取信息的方法做些分析,希望有助于學生解題.

1 從文字中獲取信息

傳統(tǒng)的物理題目多是通過文字方式給出信息的,這些文字通常描述一幅物理情境,交待一定的已知條件.仔細研讀、關(guān)注這些文字表面及背后的意義,將能準確獲取有益信息.

【例1】已知O,A,B,C為同一直線上的四點,AB間的距離為l1,BC間的距離為l2,一物體自O(shè)點由靜止出發(fā),沿此直線做勻加速運動,依次經(jīng)過A,B,C三點,已知物體通過AB段與BC段所用的時間相等.求O與A的距離.

圖1

解析:設(shè)物體的加速度為a,到達 A的速度為v0,通過AB段和BC段所用的時間為t,將題目告知的條件展示在圖1中,則對AB段

設(shè)O與A的距離為l,則有

聯(lián)立以上各式可得

由于通過文字給出的信息直觀性較差,故適時地將這些信息標注在情境圖中,使物理過程展示清晰,一目了然,以便規(guī)律的選擇.

2 從物理圖形中獲取信息

與從文字中獲取信息相比,從圖形中獲取信息是近年來高考的一個新的命題趨勢.究其原因,可能是圖形與文字相比更接近生活,是人眼、儀器能從自然界中直接捕捉到的信息,是物理現(xiàn)象的直觀、真實體現(xiàn),同時也是考查學生觀察能力的一種途徑.

【例2】有一擺長為L的單擺,懸點正下方某處有一小釘,當擺球經(jīng)過平衡位置向左擺時,擺線的上部將被小釘擋住,使擺長發(fā)生變化.現(xiàn)使擺球做小幅度擺動,擺球從右邊最高點M到左邊最高點N運動過程的閃光照片,如圖2所示(懸點和小釘未被攝入).P為擺動中的最低點,已知每相鄰兩次閃光的時間間隔相等,由此可知,小釘與懸點的距離為

圖2

解析:設(shè)閃光照片中每相鄰兩次閃光的時間間隔為Δt.由于P是單擺的最低點,所以小球在從M向N擺動過程中,由M向P是某個擺長的單擺,其周期與Δt間滿足;從 P到N是另一擺長的單擺,其周期與 Δt間滿足,由單擺周期公式

3 從物理圖像中獲取信息

圖像法是描述物理現(xiàn)像及規(guī)律的基本方法之一,從圖像中獲取數(shù)據(jù)也是近年來的又一種出題方式,它在高考題中的頻頻出現(xiàn)可看出這種方式日益受到青睞.圖像中除了兩坐標軸間的直接關(guān)系外,斜率、面積、截距的物理意義不容忽視.

【例3】如圖3(a)所示,固定光滑細桿與地面成一定傾角,在桿上套有一個光滑小環(huán),小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動,推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖3(b)、(c)所示,取重力加速度g=10 m/s2.求

(1)小環(huán)的質(zhì)量m;

(2)細桿與地面間的傾角 .

圖3

解析:小環(huán)運動的前2 s,由圖3(b)可得F1=5.5N,由圖3(c)可得.由牛頓第二定律有

小環(huán)運動2 s后,由圖3(b)可得F2=5N,由圖3(c)可知小環(huán)勻速直線運動.由平衡力可知F2=mg sin代入數(shù)據(jù)可解得

4 從表格中獲取信息

表格是記錄數(shù)據(jù)的最基本的方法,也是歸納總結(jié)規(guī)律的必經(jīng)之路;但由于表中數(shù)據(jù)的不連續(xù),故也存在直觀性差的缺點,必要時輔之以圖像會使問題簡明些.

【例4】如圖4所示,物體從光滑斜面上的A點由靜止開始下滑,經(jīng)過B點后進入水平面(設(shè)經(jīng)過B點前后速度大小不變),最后停在C點.每隔0.2 s通過速度傳感器測量物體的瞬時速度,表1給出了部分測量數(shù)據(jù).(重力加速度g=10 m/s2)

表1 時間-速度數(shù)據(jù)

求:(1)斜面的傾角 ;

(2)物體與水平面之間的動摩擦因數(shù)μ;

(3)t=0.6 s時的瞬時速度v.

圖4

解析:(1)由表1中前三列數(shù)據(jù)可知物體在斜面上勻加速下滑且加速度為,又由mg sin =ma1,可得 =30°.

(2)由后兩列數(shù)據(jù)可知物體在水平面上勻減速滑行且加速度大小為,又由 μmg=ma2,可得μ=0.2.

(3)設(shè)物體從A點下滑t1時刻到達B點,其速度v1=a1t1.B點是前后兩種運動的銜接點,故v1也是勻減速的初速度.

從t1到t2=1.4 s速度由v1減到v2=0.7m/s,所以

將a1,a2,v2,t2數(shù)值代入得

故t=0.6 s時物體在水平面上做勻減速運動,由B點減速,(t-t1)=0.1 s,速度為v=v1-a2(t-t1)=(2.5-2×0.1)m/s=2.3m/s

5 從函數(shù)公式中獲取信息

公式是表述物理規(guī)律的最簡潔的方法,也是學生比較習慣或喜歡的方法.但從公式中獲取信息屬于對公式的逆向應用,故有一定的難度.

【例5】在平直公路上,自行車與同方向行駛的一輛汽車在t=0時同時經(jīng)過某一個路標,它們的位移s隨時間t變化的規(guī)律為:汽車為s=自行車為s=6t,則下列說法正確的是

A.汽車做勻減速直線運動,自行車做勻速運動

B.不能確定汽車和自行車各做什么運動

C.開始經(jīng)過路標后較小時間內(nèi)自行車在前,汽車在后

D.當自行車追上汽車時,它們距路標96m

解析:由題目中給出汽車的函數(shù)式

與勻變直線運動位移公式

對照可得到關(guān)于汽車的如下信息:

(1)汽車做勻減速直線運動.

(2)t=0時的速度是10m/s.

由題目給出的函數(shù)式s=6t可得到關(guān)于自行車的如下信息:

(4)自行車做勻速直線運動.

(5)自行車速度是6 m/s.

利用上面的信息,可知在開始經(jīng)過路標后較小時間內(nèi),汽車的速度大于自行車速度,故汽車在前,自行車在后;當自行車追上汽車時,兩物體位移相等,即,得

故選A,D.

6 從數(shù)字上獲取信息

在物理題目中,數(shù)字不僅僅是用于計算的條件,更是幫助學生分析判斷物理問題的重要依據(jù).數(shù)字決定著物體的運動狀態(tài)和運動過程;題目中是此數(shù)據(jù)而非彼數(shù)據(jù),可能不僅僅是量的區(qū)別,還可能對物理現(xiàn)象的發(fā)生有質(zhì)的影響.

【例6】如圖5(a)所示為一直角棱鏡的橫截面,∠bac=90°,∠abc=60°.一平行細光束從O點沿垂直于bc面的方向射入棱鏡.已知棱鏡材料的折射率n=2,若不考慮原入射光在bc面上的反射光,則有光線

A.從 ab面射出

B.從ac面射出

C.從bc面射出,且與bc面斜交

D.從bc面射出,且與bc面垂直

圖5

解析:光線在棱鏡中如何傳播,取決于入射光線的方向、折射率、棱鏡的形狀等具體數(shù)值,依賴入射角與臨界角的定量比較.在本題中,由,得到光線在ab及ac界面上的臨界角θC=45°.平行細光束從O點沿垂直于bc面的方向射入棱鏡后,在ab面上入射角為α=60°>45°,故發(fā)生全反射,反射光線在ac面上的入射角β=30°<45°,故既有折射光線射出ac面,又有反射光線垂直射向bc面并射出.故選B,D.

上面各題目側(cè)重的是以某一種方式獲取信息.對于任何一道題目,信息的獲取往往不僅僅是一種方式,而可能是上面多種方式的組合.只要熟練掌握、靈活應用以上獲取信息的方法,就可以對解決物理問題提供極大幫助.