高中物理中圖形面積法的研究與應用.docx
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高中物理中圖形面積法的研究與應用 作者名 (單位,城市與郵編) 摘要:本文在高中物理學習的基礎上,從圖形的“面積”所含物理意義入手,闡述圖形面積法在中學物理中的多方應用。并通過例題來說明其在具體問題中的使用方法,對比傳統(tǒng)方法得出其優(yōu)勢。最后總結了圖形面積法的特點及應用范圍,在解答相關問題中具有一定的應用價值。 關鍵詞:高中物理;圖形面積法 1 引言 高中物理是高中理科(自然科學)基礎科目之一,與初中物理相比不僅加深了知識深度、廣度,同時也提高了知識應用能力的要求。 學習好高中物理不僅提升對自然界客觀物理現(xiàn)象的認識,同樣,物理也是高考中不可或缺的重要科目之一。所以,學好高中物理的重要性不言而喻。 工欲善其事,必先利其器。達爾文也曾說過:“有價值的知識是關于方法的知識?!?所以,進行必要的總結可以在以后的學習中達到事半功倍的效果。本文在高中物理學習的基礎上,針對圖形面積法進行了歸納總結,在一定程度上幫助理解某些物理過程,并給出了快速有效的解題思路。 2 圖形面積法 圖形給人的感覺是直觀、形象,在我們的學習中也經常通過圖形來描述某些規(guī)律和方法。高中物理中的圖形面積法是針對一個動態(tài)的物理過程,通過圖形曲線描述其具體過程,最終利用圖形的面積求解得到我們需要的相關物理量。其基本原理是微分法(微元法),我們這里利用v-t曲線作為例子來說明圖形面積法的原理: 某質點在t時間段內的速度如圖1所示,在極短時間段tx~tx+Δt(Δt無限趨 作者名(19**-),性別,學歷,研究方向,E-mail: ; *通訊作者:(簡介與上述作者類似)。 近為0s)內可以認為其速度不變,為vx。那么在這段時間內質點的位移sx = vxΔt,即圖中斜線陰影區(qū)域的面積。同理,若將時間t劃分為無數(shù)Δt時間段,那么每個時間段內的位移為其對應的面積。所以,在總時間t的時間段內,質點的總位移為其速度曲線投影至x軸方向上的陰影面積總和,即點陰影區(qū)域面積。 0 tx tx+Δt t v v0 圖1 v-t函數(shù)曲線 具體在使用圖形面積法解決問題時需要注意:1)圖形面積法中的面積具有正負屬性,在橫坐標上側為正,下側為負;2)圖形面積法所求得的物理量為坐標軸所代表物理量的乘積結果。 高中物理中有很多物理過程可以利用圖形面積法描述,例如上面提到的v-t:位移之外,還有f-s:做功、f-t動量變化等等。下面我們通過兩個例題來更為深入的了解圖形面積法的具體過程。 3 例題分析 例1:跳水運動員從高于水面H=10m的跳臺自由落下假設運動員的質量m=60Kg,其體形可等效為一長度L=1.0m、直徑d=0.30m的圓柱體,略去空氣阻力.運動員入水后,水的等效阻力F作用于圓柱體的下端面,F(xiàn)的量值隨入水深度Y變化的函數(shù)曲線如圖2所示,該曲線可近似看作橢圓的一部分,該橢圓的長、短軸分別與坐標軸OY和OF重合。橢圓與Y軸相交于Y=h處,與F軸相交于5mg/2處,為了確保運動員的安全,試計算水池中水的深度h至少等于多少?(水的密ρ=1.0103Kg/m3)[1] 解析:運動員的初末速度都為零,則WG+Wf+WF=0,重力做功WG=mg(H+h) ,浮力做功WF=-ρLπd22gL2-ρLπd22gh-L. 阻力做的功相當于曲線與坐標圍成的面積Ef=π52mgh4. 解得:h=mH+18πρL2d258πm+18πρLd2-m=4.9m 本題的基本思路是能量法,但是其中難點在于阻力做功的大小。利用圖形面積法可以方便、快速的得到其大小,相對于傳統(tǒng)方法優(yōu)勢明顯。 0 h y F 5mg/2 圖2 F-Y函數(shù)曲線 例2::一定質量的理想氣體處于標準狀態(tài)下的體積為V0,分別經過3個不同的過程使體積都增大到V0:(1)等溫膨脹變?yōu)?V0,再等容升壓使其恢復成一個大氣壓,總共吸收熱量為Q1;(2)等壓膨脹到2V0,吸收熱量為Q2;(3)先等容降壓到0.5 個大氣壓,再等壓膨脹到2V0,最后等容升壓恢復成一個大氣壓,總共吸收熱量為Q3。則Q1、Q2、Q3的大小關系是()[2] A.Q1=Q2=Q3 B.Q1>Q2>Q3 C.Q1- 配套講稿:
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- 高中物理 圖形 面積 研究 應用
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