好的解法是思维的奇葩

2016-11-11 08:43崔继峰崔博勋
中学物理·高中 2016年10期
关键词:坐标系磁场粒子

崔继峰 崔博勋

有些属应答式问题的回答,不用详细的说明推导,只要采用言简意赅的说明,就可以让人满意.

例题1万用表中的电池用久了,电动势有所减小.现用此表测量一电阻的阻值,先选择好量程,再用调零电阻使表的指针归零,测量电阻时,表的指针在中值电阻附近,那么测出电阻的阻值相比准确值(填偏大,不变,偏小).

解析本题若应用全电路欧姆定律来推导给出答案,则太过于繁复,高射炮打蚊子,不值.若使用端值的方法解之就非常简明,解法如下,题目中讲电动势有所减小,那就让它减小到零,电动势等于零时指针指在欧姆表∞的位置,这值比准确值一定大.所以本题中的空白处应填写上偏大.

也有属于小计算或选择式问题的解答,解法或有多种,选择解法时,应尽量的筛选出直观简单的解法,以求迅捷.

例题2如图1示为甲、乙两灯泡的I-U图象.已知甲、乙两灯泡正常发光时的电压均为220 V,现根据所给图象,计算甲、乙两灯泡串联在220 V的电路中时,它们实际发光的功率各为多少?

解析由图象可以发现两只灯泡的电阻都随电压的增大而增大,是非线性电阻.现将两只灯泡串联在220 V的照明电路中,两灯各分得的电压之和为220 V,由于通过两灯的电流相等,可以将图象中的一条图线在220 V电压内做180°的翻转,和另一条图线相交,其交点即为两灯在串联状态下的工作点(图2),工作电流为0.14 A,乙灯分得的电压为78 V,甲灯分得的电压为142 V;所以

P乙=U1I1=78 V×0.14 A=10.92 W,

P甲=U2I2=142 V×0.14 A=19.88 W.

有些计算题目本身就有坐标系的图象信息,选择解法的时候,容易受到了相应的提示,但有些习题在给出时并没有坐标系的图象,这时若能引入坐标系来进行解答,往往会收到一种迅捷的效果.

例题3图3所示为四端十字形.二维电子气半导体,当电流从1端进入时,通过控制磁场的作用,可使电流从2,3或4端流出.对下面摸拟结构的研究,有助于理解电流在上述四端十字形导体中的流动.

在图4 中,a、b、c、d为四根半径都为R的圆柱体的横截面,彼此靠得很近,形成四个宽度极窄的狭缝1、2、3、4,在这些狭缝和四个圆柱所包围的空间(设为真空)存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面指向纸里.以B表示磁感应强度的大小.一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,在纸面内以速度v0沿与a、b都相切的方向由缝1射人磁场内,设粒子与圆柱表面只发生一次碰撞,碰撞是弹性的,碰撞时间极短,且碰撞不改变粒子的电荷量,也不受摩擦力作用.试求B为何值时,该粒子能从缝2处且沿与b、c都相切的方向射出.

解析本题若选用一般的思路,用几何的方法确定圆心,计算半径,再数理结合的进行求解,不仅计算艰辛,且极易出现因作图的失误而无所斩获.但若引入坐标系用解析几何的方法求解,则顺畅快捷.

在图中纸面内取Oxy坐标(如图5),原点在狭缝1处,x轴过缝1和缝3.粒子从缝1进入磁场,在洛伦兹力作用下作圆周运动,圆轨道在原点与x轴相切,故其圆心必在y轴上,若以r表示粒子圆的半径,其圆心坐标为(0,r).则圆方程为

x2+(y-r)2=r2.

根据题的要求和对称性可知,粒子在磁场中作圆周运动时应与d的柱面相碰于缝3、4间的圆弧中点处,碰撞处的坐标为

凡看似棘手的问题,都藏有叫人叹服的简便解法,只要肯于留意,借鉴,钻研,必有思维的奇葩应运而生,坚持此念,思维的空间定能花团锦簇.

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