巧析物理過程,突破思維瓶頸

對物理過程的分析和推理，是培養(yǎng)考生思維能力、綜合分析問題能力的有效途徑．考生能否準確地分清物理過程是解決物理問題的關鍵，反映出考生分析、解決物理問題能力的高低．因此，歷年高考試卷都設置有一系列物理過程分析的試題．

方法指要

1.解決思路：（1）審——初步了解全過程，構建大致過程圖景；（2）分——將全過程進行分解，分析每個過程的規(guī)律；（3）解——找到子過程的聯(lián)系，尋找解題方法．

2.分析要點：（1）題目中有多少個物理過程?（2）每個過程有什么特點?（3）每個過程滿足什么物理規(guī)律?

典例分析

一、動態(tài)變化過程題

描述物理現(xiàn)象的各物理量之間常存在著相互依賴、相互制約的關系，當其中某個物理量或物理條件發(fā)生變化時，其他物理量也按照物理規(guī)律發(fā)生變化，這樣的問題通常稱之為動態(tài)變化問題．突破該類問題的關鍵在于首先區(qū)分出變量和不變量，進而挖掘變量間的相互依賴、相互制約關系；其次通過統(tǒng)籌分析，依據(jù)物理規(guī)律判斷和預測變量的變化趨勢，從而找到解題思路．

【例1】如圖1所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略．開關S閉合后，在變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中（ ）

A. 電壓表與電流表的示數(shù)都減小

B. 電壓表與電流表的小數(shù)都增大

C. 電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小

D. 電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大

解析：變阻器R0的滑動端向下滑動的過程中，連入電路中的R0阻值減小， 整個電路的電阻減小，電路中的電流I增大，路端電壓U = EIr減小，即電壓表的示數(shù)減小，又R2與R0并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在R0減小時，使得R2兩端電壓減小，R2中的電流減小，即電流表示數(shù)減?。时绢}正確選項為A．

點評：從本題分析可以看出，在閉合電路中，只要外電路中的某一電阻發(fā)生變化，這時除電源電動勢、內(nèi)電阻和外電路中的定值電阻不變外，其他的如干路中的電流及各支路的電流、電壓的分配，可謂“牽一發(fā)而動全身”．應用閉合電路歐姆定律定性分析電路中各部分電流、電壓的變化情況，應按以下步驟進行：

（1）電路中不論是串聯(lián)還是并聯(lián)部分，只有一個電阻的阻值變大時，整個電路的總電阻也變大，只有一個電阻的阻值變小時，整個電路的總電阻都變小；

（2）根據(jù)總電阻的變化，由閉合電路歐姆定律可判定總電流、電壓的變化；

（3）判定固定支路電流、電壓的變化；

（4）判定變化部分的電流、電壓變化，如變化部分是并聯(lián)回路，那么仍應先判定固定電阻部分的電流、電壓的變化，最后變化電阻部分的電流、電壓就能確定了．

【例2】（2011新課標卷）一質(zhì)點開始時做勻速直線運動，從某時刻起受到一恒力作用．此后，該質(zhì)點的動能可能（ ）

A. 一直增大

B. 先逐漸減小到零，再逐漸增大

C. 先逐漸增大到某一最大值，再逐漸減小

D. 先逐漸減小至某一非零的最小值，再逐漸增大

解析：本題特點是只有一個物體，在恒力作用下做勻變速運動．但由于不能確定初速度與恒力夾角的關系，因此要分多種可能性進行分析．

若該恒力與開始時勻速運動的方向夾角小于90°，則該恒力做正功，該質(zhì)點的動能一直增大，選項A正確；若該恒力與開始時勻速運動的方向相反，則該恒力先做負功，待速度減小到零后該恒力做正功，該質(zhì)點的動能先逐漸減小到零，再逐漸增大，選項B正確；若該恒力與開始時勻速運動的方向夾角大于90°，則該恒力先做負功，后做正功，該質(zhì)點的動能先逐漸減小至某一非零的最小值，再逐漸增大，選項D正確．故本題正確選項為ABD．

點評：許多物理過程復雜多變，有些題目的物理過程含而不露，如果不仔細分析物理過程，挖掘不出這些條件，要么失去迅速解題的機會，要么將自己的思維引入錯誤的方向．此時就需結合已知條件，應用有關知識，進行具體分析，將實際的物理過程明朗化.

二、分階段過程題

這類問題涉及的幾個過程是先后出現(xiàn)的，解題的方法是按時間先后順序?qū)⒄麄€過程拆成幾個子過程，或從空間上將復雜過程拆分成幾個子過程，，然后對每個子過程運用規(guī)律列式求解．

【例3】（2011新課標卷）一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落，至最低點時距水面還有數(shù)米距離．假定空氣阻力可忽略，運動員可視為質(zhì)點，下列說法正確的是（ ）

A. 運動員到達最低點前重力勢能始終減小

B. 蹦極繩張緊后的下落過程中，彈力做負功，彈性勢能增加

C. 蹦極過程中，運動員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機械能守恒

D. 蹦極過程中，重力勢能的改變與重力勢能零點的選取有關

解析：本題特點是只有一個物體（或者運動員）運動，運動員到達最低點過程中，可分為三個階段的運動：開始僅在重力作用下做自由落體運動，當彈性蹦極繩拉直后在重力大于彈力這一段過程中做加速度減小的加速運動，在重力小于彈力這一段過程中做加速度增大的減速運動．

重力做功決定重力勢能的變化，隨著高度的降低，重力一直做正功，重力勢能一直減小，故A選項正確；彈性勢能的變化取決于彈力做功，當蹦極繩張緊后，隨著運動員的下落彈力一直做負功，彈性勢能一直增大，故B選項正確；在蹦極過程中，由于只有重力和蹦極繩的彈力做功，故由運動員、地球及蹦極繩組成的系統(tǒng)機械能守恒，故選項C正確；重力勢能的大小與勢能零點的選取有關，而勢能的改變與勢能零點選取無關，故選項D錯誤．本題正確選項為ABC．

點評：在分析物體某一運動過程中，要養(yǎng)成一個科學分析的習慣，即這一過程可否劃分為兩個或兩個以上的不同小過程，中間是否存在轉(zhuǎn)折點，找出了轉(zhuǎn)折點就可以知道物體的前后過程是怎樣運動了. 如此題中彈性蹦極繩拉直前后、彈力等于重力就是兩個轉(zhuǎn)折點，以這兩個轉(zhuǎn)折點為界把運動員的運動分為三個階段進行分析．

【例4】（2011新課標卷）甲乙兩輛汽車都從靜止出發(fā)做加速直線運動，加速度方向一直不變．在第一段時間間隔內(nèi)，兩輛汽車的加速度大小不變，汽車乙的加速度大小是甲的兩倍；在接下來的相同時間間隔內(nèi)，汽車甲的加速度大小增加為原來的兩倍，汽車乙的加速度大小減小為原來的一半．求甲乙兩車各自在這兩段時間間隔內(nèi)走過的總路程之比．

解析：設汽車甲在第一段時間間隔末（時間t0）的速度為v，第一段時間間隔內(nèi)行駛的路程為s1，加速度為a，在第二段時間間隔內(nèi)行駛的路程為s2．由運動學公式得

，，．

設汽車乙在時間t0的速度為，在第一、二段時間間隔內(nèi)行駛的路程分別為、．同樣有

，，．

設甲、乙兩車行駛的總路程分別為s、，則有

，．

聯(lián)立以上各式解得，甲、乙兩車各自行駛的總路程之比為．

點評：本題有甲乙兩輛車，解題時在空間上畫出兩個不同的物體進行比較．每個物體從時間上又各分為兩個子過程，把兩個過程聯(lián)系起來的是中間速度.

三、狀態(tài)變化過程題

這類問題涉及的是物體從一個狀態(tài)過渡到另一個狀態(tài)．解題的方法是著重分析其按什么規(guī)律過渡，分析整個過程的性質(zhì)、細節(jié)和特征，選用相應的狀態(tài)方程列式求解．

【例5】（2011海南卷）如圖2，容積為V1的容器內(nèi)充有壓縮空氣．容器與水銀壓強計相連，壓強計左右兩管下部由軟膠管相連．氣閥關閉時，兩管中水銀面等高，左管中水銀面上方到氣閥之間空氣的體積為V2．打開氣閥，左管中水銀下降；緩慢地向上提右管，使左管中水銀面回到原來高度，此時右管與左管中水銀面的高度差為h．已知水銀的密度為，大氣壓強為p0，重力加速度為g；空氣可視為理想氣體，其溫度不變．求氣閥打開前容器中壓縮空氣的壓強p1．

解析：打開氣閥，緩慢地向上提右管，使氣體從一個狀態(tài)通過等溫變化過渡到另一個狀態(tài)，可選用玻意耳定律列式求解．

根據(jù)，

解得.

點評：這是一種狀態(tài)變化的過程題，在解題時要注意列狀態(tài)方程．高中物理常用的狀態(tài)方程有機械能守恒定律、動量守恒定律、理想氣體狀態(tài)方程等．力學部分中，常見的過程有勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動、機械振動等基本過程．在平時的學習中都必須進行認真分析，對每個過程的特點和遵循的基本規(guī)律要充分理解

錦囊妙計

對物理過程的分析，就是要找出聯(lián)系兩個狀態(tài)的過程量，或者是將一個復雜的物理過程分解成幾個簡單的有規(guī)律的、自己熟知的子過程，并找出幾個子過程之間的相互聯(lián)系和制約條件．一般的解題步驟如下：

1.畫示意圖，展示物理圖景

要搞清物理過程，必須根據(jù)題中各已知量的數(shù)量關系充分想象、分析、判斷，畫出草圖以展示完整的過程圖景，把“冷冰冰的表述”轉(zhuǎn)化為“活生生”的物理情景，便于我們從整體上把握問題，從而使物理情景直觀化，便于找出題目關鍵，能使物理量之間的關系更明顯，這是解題中最重要的環(huán)節(jié)．

2.依題意，排列物理過程

在中學階段所涉及的物理過程很多，我們要重視對基本物理過程的分析，因為每一種特定的物理過程都有自己特定的解題方法．運動學題中，常見的過程有勻變速運動、勻速圓周運動；力的平衡題中，常見的有“緩慢”過程；有關功率的題中，常見的有加速度恒定的過程、功率恒定的過程；熱學中有等壓變化過程、等溫變化過程、等容變化過程；帶電粒子在電場中有加速過程、偏轉(zhuǎn)過程；帶電粒子在磁場中常是勻速圓周運動過程等．物理題一般是由簡單的物理過程、簡單的物理知識疊加而成的，我們解題時則要把它按物理事件發(fā)生的時間順序一一拆開排列出來，將題目涉及的整個過程恰當?shù)貏澐譃槿舾呻A段．

3.關注臨界狀態(tài)，找出有聯(lián)系的物理量

對多過程問題解決的基本方法是將一個復雜的物理過程分解成幾個簡單的有規(guī)律的子過程，確定各個階段的鏈接點，并找出子過程之間的相互聯(lián)系和制約的條件或者其臨界條件，結合相應的物理知識，列出方程或方程組，從而使問題得以解決．