的N极会吸引扁磁铁S极,因此可判断出线圈向左运动。【点拨】等效磁针或磁铁的知识,在高中物理解题中得到广泛而有效的应用。但是,涉及等效法的“抽象”,不是从同类习题解决过程中抽象出共同的、本质的属性来,而是从多种解题或思维方法中,“汰三取一”,抽象出最优化的某种方法来。系统思维的广阔性、灵活性、创新性、形象性、偶然性和准确性,即反映在等效转换思维的应用之中。
三.由求同思维到模型推论思维
当我们某种思维方法或称解题模型分析和解决物理习题时,常常会发现某些习题与此具有类同或类似性,于是我们会得到一大类具有类同或类似性的物理习题。通过对此一大类物理习题的归纳或总结,我们就获得分析和解决这类物理习题的解题或思维方法,这种方法可称为解题模型或物理模型。应用某种解题模型或物理模型的思维方法,称作模型方法,模型法的进一步优化,则可产生出更模型的推论方法来。下面两例,属于高中物理解题中“柱体模型”的应用问题。【例题4】水力采煤就是利用从高压水枪喷出来的强力水柱冲击煤层而使煤层破裂。设所用水枪的出水口截面积为S,水的射速为v,水的密度为ρ,射到煤层上后,水速度为零,求水对煤层的冲力。【解析】如图6为水流的柱体模型,也可视为水的微元。
图5
设在△t时间内射到煤层上的水的质量为△m,以S表示水柱的截面积,则△mρSv△t这部分水经△t时间,其动量由△mv变为零,设煤层对水的作用力为F,以水速方向为正方向,根据动量定理,有
fF△t0-△mv由此解得F-ρSv2根据牛顿第三定律,水柱对煤层的作用力为F’-FρSv2【点拨】两例采用“柱体模型”分析和解答,而柱体也可视为一个微元,因而两例也可看做微元法在高中物理中的具体应用。【例题5】两端封闭的均匀玻璃管内,有一段水银柱将管内气体分为两部分。玻璃管与水平面成角。将玻璃管整体浸入较热的水中,重新达到平衡,试论证水银柱的位置是否变化。如果变化,如何变?
,上面气体压强分【解析】设前后温度分别为T和T,下面气体压强分别为p1和p1,假定上下水银柱不移动,即为等容过程,有别为p2和p2
图6
,TTp2p2TTp1p1p1p2p2p1p2p1p2p1p2pp1p2p。知温度变化时,下面气体与其中p是水银柱压强。因为TT,故p1
上面气体的压强差必然大于水银柱产生的压强差。水银柱向上移动。【点拨】此例应用了理想气体模r