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  • 浅谈高中物理极值问题的求解方法

    日期:2004-01-10  地址:  作者:
      

       极值问题,就是求某物理量在某过程中的极大值或极小值。极值问题在高中物理的力学、热学、民学等部分均经常出现,且解题方法变化多样,是考查学生能力的重要题型之一,也是学生普遍感到困难的题型之一。本文就极值问题分四部分加以分析和总结。

    一、通过对物理过程的分析,根据物理概念和规律,进行判断,

    列出物理方程直接求题。

    例1,  光滑的半径为R的半球固定在地面上,一小球放在A点

    偏离后沿球面滑下,小球在什么地方离开球面。

    例2,  一定质量理想气体,由状态A沿直线AB变化到状态B,

    已知TA=300K,求由状态A到B过程中,气体最高温度?

    例3,  图中电源电动势 ,内电阻r=1/4R,两个定值电阻和滑动

    变阻器的阻值均为R。试求安培表和伏特表的最大示数。

    二、根据物理概念和规律列出方程,利用数学知识求解。

    1、利用三角函数知识。

    例4,  电灯重G,悬于天花板上A点,用D拉绳OB,使电线AO

    段与竖直方向夹角α不变,角β取何值时,OB绳张力最小。

    2、      利用不等式性质

    若a+b=b(定值)则a=b=c/2时,abmax=c2/4

    若a﹒b=c(定值)则a=b=√c,(a+b)min=2√D

    例5,如图一端封闭的细长玻璃管长96cm,用20cm水银柱封闭60cm

    的空气柱,温度为27℃,现对玻璃管加热,使水银从玻璃管中全部溢出,求这个过程中最高温度.

    3、      利用变量三角形性质

    若变量A、B和一定,且A(或B)的方向一定,AB夹角小于π/2

    时,则B(或A)有最小值,当且仅当A与B垂直时最小。

      见例4

     

      矢量三角形求相值简明,直观,类似问题是力学的较多。

    例6,如图已知河水的流速值为V,要使船沿AB方向过河,求船

    相对水的速度至少多大?

    4、利用一元二次方程求极值。

    例7,甲、乙两汽车同向行驶,当t=0时,两车恰好对齐,它们

    的仿移随时间变化关系,S=10k,S=2t+k2,试问在什么时候,甲在乙前时两车相距最远?

    5、利用物理图象求极值

    见例7,

    解:作用乙两车v-l图象

    当V=V时,两车相距最远,

    大小为图中阴影面积。

    △ Smax=8×4×1/2=16(m)

    除了以上5种常用数学方法外,还有一些特殊方法。

    6、用拉密定理

    见例4

    7、利用数学归纳法

    例8,水球从高h0=120米处自由下落,落地后跳起又落下,每与

    地相碰量次,速度减少1/n(n=2),求小球下落到停止总路程。

    三、灵活运用物理概念和数学知识可解决一些较难问题。

    例9,两公路正交于C点,A1B1两车相距C点各为a、b,各以

    V1V2速度向C前进,问经多少时间两车相距最近,相距多少?

       注:此题用了相对速度概念。

       例10,如图匀强磁场中,位于水平面面的两条平行导轨相距l=0.3米,电源电动势 =6V,内阻不计,R=5Ω,一金属棒置于导轨上,并和导轨垂直,在其上运动时所受摩擦阻力f=0.1N,求合上K后金属棒运动时最大速度Vmax(棒和导轨电阻不计)

    四、求极值问题应注意几点

    1、利用一元二次方程时应注意解的物理意义判定。

    2、 同一题有多种解法,应注意各种方法的优劣。

    3、 注意思维的严密性。

    例11,用一轻绳牵引质量m=4.8kg的物体,使它在光滑水平面

    上做直线运动,绳与水平方向夹角θ=37°保持不变,若绳可能承爱的最大拉力Tm=100n,试求物体沿水平运动的最大加速度。

      注:注意拉力F方向可向上,也可向下。

      4,灵活运用数学知识,各种方法的结合,可解一些较难习题,应注意全面提高解题能力。

      通过以上向部分分析可,解决极值问题的关键是扎实掌握高中物理基本概念,基本规律,在分析清物体的物理过程后,再灵活运用所学的高中数学知识,熟能生巧,举一反三。


    Tags:浅谈
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