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物理学科中的微元法的解题应用探究

出处:论文网
时间:2016-08-14

物理学科中的微元法的解题应用探究

  一、“微元法”的基本概念

  “微元法”是现阶段较为普及的一种解决物理问题的形式,此解题形式能够解决一些复杂的物理题,利用此方法去解决物理题能够把问题整体简易化。利用“微元法”去解决物理题时,要将问题整合为很多个十分微小的“元过程”, “元过程”对原题目予以拆分后,我们在解题环节,只需要对拆分出的“元过程”予以合理的分析,再将“元过程”中存在的物理思想予以相应的处理,进而去解决物理题中所给出的问题。通过“微元法”解决物理题时,我们要构建起必要的先决条件,此解题形式一定要把我们已获取的物理定律予以深化,再对其进行深入的思考,进而起到巩固知识、完善能力的作用。

  “微元法”在解决物理问题时,主要分为下述几个环节:(1)明确分析对象,构建“微元”,(2)再把这一概念渗透到整体,根据物理规律建模同时予以求解,(3)去掉“微元”,得出普遍结果。

  二、“微元法”解题的相关例子

  1.应用于质量元.

  关于质量元的物理题其中一些规律都是大同小异的。按照“微元法”的解题脉络,第一步我们要把问题予以拆分,得到一些小的质量元,在小的质量元中择取一个予以分析,在此基础上按照质量元间的联系对其予以全面分析,进而得出解题过程与题目的结果。

  2.应用于电磁感应.

  例1:如图1,水平放置的光滑平行导轨上放一质量为m的金属杆,导轨的距离是L,导轨的一边连接上阻值是R的电阻,不计其余电阻,磁感应强度是B的匀强磁场垂直在导轨平面,现给金属杆一个水平向右的起始速度 ,再让其进行运动,导轨无限长,求金属杆在导轨上向右移动的最大距离为多远?

  第一步我们要对此题目中的金属杆予以受力分析,见图1,在水平面上从a到h的方向来分析,金属杆会受到三个方向力的作用,其中受到的重力作用来自于竖、直、下,同时其受到竖直向上的支持力,还有电磁场予以金属杆水平向左的安培力,因此金属杆受到的是三个方向的力,同时三力没有制衡,金属杆所受的重力与支持力是相对平衡的力,唯一会让金

  属杆出现位置改变的力就是安培力,因为安培力是变力,也就是金属杆做的是加速度降低的减速直线运动,利用已知的物理知识内容不可能解决此题,所以,我们要换一种模式进行解题。

  金属杆的加速度为:

  又 所以可以得出 若把整个过程拆分为很多个非常微小的“元过程”,那么金属杆在每个“元过程”的起始速度为0,因为“元过程”时间趋于零,那么我们可以得出这段时间内的运动是匀速直线运动,也就是每段“元过程”的位移为 全部“元过程”要依附的物理规律都一样,位移的多少和此段“元过程”的速度改变有实质性的联系,因此全过程的位移也就是所有“元过程”的位移求和,那么我们就能够得出

  3.应用于力做功.

  将“微元法”晕用到物理的变力做功提之中,也是十分有效的解决物理变力做功问题的手段.

  例3:若用一个强弱无变化的力F把某一物体按着一个半径为R的圆周运动,力F的作用方向是一直沿着切线的方向,怎样求解力F所做的功的多少?

  求解力F做功的多少时,1X = FLcosa此公式只能够应用到恒力做功,因此此题不适用。若按照“微元法”的解题方式先对此题目与问题予以分析,在实际的情况中,因为力F的方向与物体的运动方向相统一,所以,变力F为动力做功,在此题目中,力F在一周圆周运动中的做功我们可以看作为正功.

  根据“微元法”的概念我们能够将物体的曲线圆周运动问题分解为很多△L的“元过程”,同时因为这些小元段属于无限小,所以,能够将这些小元段看做是直线,这样我们就能够将变力F的做功变为恒力F做功,在此基础上按照功的恒力求解公式W=F. △L,再按照所有小元段的做功多少求解总的变力F的做功多少,此题的公式为:

  通过上述公式就可以求出变力F做功的多少了。

  “微元法”是一种极限化的形式,“微元法”以对微小变量的研究为先决条件,根据数学中的极端思想和叠加概念,进而延伸出常规形式无法直接求出的结果.

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