新课程高中物理疑难问题解析技巧(新)

新课程高中物理疑难问题解析技巧福建泉州永春华侨中学李昭明TEL:0595-23889859E-mail:[e-mail]一、黑箱问题探究方法二、电路故障分析检测三、电路动态分析方法四、仪器读数估读方法五、复杂电路简化方法六、巧用作图法解难题七、巧用转换法解繁题八、巧用特值法解难题物理疑难问题解答技巧一、黑箱问题探究方法1.电学黑盒基本类型2.电学黑盒判断依据3.电学黑盒判断思路4.电学黑盒判断步骤5.电学黑盒实例分析探究性实验是新高考中的亮点，高中物理课程标准将“物理实验”的提法变为“物理实验科学探究”，探究性学习，探究能力的培养越来越受到人们的关注，近几年高考实验题每年都有体现。探究性实验十分有利于锻炼逻辑推理、分析判断和发散求异思维能力，对培养学生科学研究能力具有重要作用。电学黑盒基本类型一是纯电阻黑盒，二是纯电源黑盒，三是由电阻和电源组成的闭合电路黑盒，四是含电容器、二极管的黑盒。黑箱电路也叫黑盒子电路，不同的内部结构，其外观表现往往相同，在无条件限制时，可能存在多解性，属于探究性实验问题。在熟悉电路基本规律基础上，根据黑盒外部接线柱测试结果，判定黑盒内部元件的种类和电路连接方式，关键是必须善于利用多用电表的电压挡和欧姆挡进行测试。当然，使用欧姆表测试之前必须用电压表判定盒内无电源后才能进行，否则会损坏多用电表。电学黑盒判断依据若电阻为零，则两接线柱由无阻导线短接；若任意两接线柱之间电压为零，则盒内必无电源；若两接线柱之间电压为零，则可能两接线柱中至少有一个与电源断路，也可能两接线柱之间有反串电池组，且电动势代数和为零；若电压不为零且最大，则两接线柱之间有电源；若正向和反向电阻差值很大，则两接线柱之间有二极管；若有充放电现象(即欧姆表指针先顺时针偏转，然后又逆时针回到“∞”刻度)，则两接线柱之间有电容器。电学黑盒判断思路U=0用电压挡测量任意两端电压U内含电源否用欧姆表测量待测两端电阻是否否否是是是R→0R→∞R=C(定值)反向R→0？反向R→∞？反向R=C？可能是二极管定值电阻可能是二极管断路短路电学黑盒分析步骤(1)先测量电压，确定是否存在电源，再进行探索。(2)从最小值入手，寻找接线柱间的最大和最小物理量之间的比例关系N，先推测最小值电路，然后从小到大对每一电路逐一推测。(3)把N个元件串接到具有最大量值的接线柱之间，画出草图(必要时可依题意增画元件)装入黑盒里。探索过程为“寻找比值，画出草图，装入黑盒。”电学黑盒分析实例二、电路故障检测1.仪器检测方法2.假设判断方法3.串反并同方法电路故障种类很多，最常见的故障是局部断路或短路。局部断路的特点是局部无电流，但局部两端有电压，表现为电源电压不为零而电流为零，所以当外电路中任意两点间电压不为零时，则这两点间必有断点，而这两点外与电源连接部分无断点；局部短路的特点是局部有电流，但局部两端无电压，表现为有电流通过电路而电压为零。1.仪器检测法。即用电压表测量电源正常时，依次用电压表测量电路中某两点间的电压，若电压不为零，则说明这两点与电源的连接完好，断路点就在这两点之间，逐渐缩小测量范围，就不难把断路点准确地确定；若电压为零，则短路点所在处不难判断出。如图所示，当S闭合后灯L不亮，电流表无示数。如何检测故障所在？解析：由于灯不亮，且电流表无示数，说明电路出现断路。现采用仪器检测法。首先用电压表检查电源有无输出，当电压表并在电源正、负极上时有示数，说明电源正常。只要把电压表两表笔逐段(如ab、bc、cd、de、ef、fg)并联在电路上，若与哪一段电路并联时电压表指针偏转，说明此段电路断路。原因是如果电路中仅有一处断路，那么整个电路的电势差全部降落在断路之处，其余各处电压均为零。ALSabcdefg如果电路中有多处断路(电源正常)，电压表逐段检测的结果又会如何呢？我们不妨假设ab、de两段断路，测得Uab=0(因de同时断路，b与电源负极g不通)；Ubc=0(因b、c与电源正、负极均不通)；同理，Ucd=0，Ude=0，Uef=0，Ufg=0。由此可见，逐段测量时的电压表测试点应改变一下，即将电压表的正表笔保持与电源正极a相接，电压表负接线柱触头依次触g、f、e……时，若电压表指针偏转，说明此段电路(ag、af、ae……)正常，若电压表指针不偏转，说明此段电路(ag、af、ae……)断路，先接通此段电路后再继续往下测，就能依次查出第二个、第三个……断路点。ALSabcdefg2.假设法判断。即已知电路发生某种故障，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设各部分电路发生故障，运用电路知识进行正向推理，再看推理结果是否符合题述现象，从而确定故障发生在何处。如图所示电路中，由于某一电阻突然被烧断，使得电压表和电流表示数均变大，则一定是电阻______被烧断。解析：用假设法判断如下：假设R1被烧断，则电流表必无示数，更不可能变大，所以说R1不可能被烧断；假设R3被烧断，电压表必无示数，更不可能变大。所以假设不符合题意，故只能R2被烧断。ErAVR1R2R33.“串反并同”法。当闭合电路中电源内阻不可忽略时，由于外电路某一电阻值发生单调变化时，凡是与该变化电阻有直接或间接串联关系的所有用电器的电流、电压、功率(或者说电流表、电压表示数、灯泡的发光亮度等)的变化规律均与该电阻变化规律步调相反；而与该变化电阻有直接或间接并联关系的所有用电器的电流、电压、功率(或者说电流表、电压表示数、灯泡的发光亮度等)的变化规律均与该电阻变化规律步调相同。此法对于电路故障的检测以及电路的动态分析十分简捷方便，必能收到事半功倍的功效。串反并同法分析实例三、闭合电路动态分析1.串反并同法分析要领2.串反并同法分析实例“串反并同”法对于电路的动态分析十分简捷方便。所谓“串反并同”法是指：当闭合电路中电源内阻不可忽略时，由于外电路某一电阻值发生单调变化时，凡是与该变化电阻有直接或间接串联关系的所有用电器的电流、电压、功率(或者说电流表、电压表示数、灯泡的发光亮度等)的变化规律均与该电阻变化规律步调相反；而与该变化电阻有直接或间接并联关系的所有用电器的电流、电压、功率(或者说电流表、电压表示数、灯泡的发光亮度等)的变化规律均与该电阻变化规律步调相同。“串反并同”法只须知道待分析物理量与变化电阻的串、并联(包括间接串、并联)关系即可，避免了从总电阻变化→总电流变化→各部分电路的电压(或电流)变化等逐步分析的繁琐过程，它不仅能起到“事半功倍”的效果，还能有效减少繁琐的分析过程所容易导致出错的可能性，尤其是较复杂的电路动态分析问题更容易造成混乱。闭合电路动态分析实例四、仪器读数估读方法1.仪器读数规则2.仪器读数方法3.仪器读数实例电学中的基本仪器有多用电表、电压表、电流表、电阻箱、滑动变阻器等，特别要掌握其读数规则，要明确哪些仪器是需要估读，哪些不需要估读(中学阶段游标卡尺、秒表、电阻箱三种仪器不必估读，欧姆表由于刻度非均匀一般不估读或按半刻度估读，测量结果只取两位有效数字，其余仪器均必须估读)。使用电流表、电压表等仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字，但是是有效数字的不可缺少的组成部分)；凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读；读数规则是估读到最小分度的以下。一般地说，所使用的仪器最小分度最后一位为2的(包括0.2，0.02等)，采用估读；最小分度最后一位为5的(包括0.5，0.05等)，采用估读；最小分度最后一位为1的(包括0.1，0.01等)，采用估读。仪器读数估读实例121511012五、复杂电路简化方法1.取出法简化电路概述2.取出法简化电路步骤3.取出法简化电路实例物理中的等效法是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种科学思维方法，它是物理学研究的一种重要方法。在中学物理中，合力与分力、合运动与分运动、总电阻与分电阻、平均值、有效值等，都是根据等效概念引入的。在学习过程中，若能将等效法渗透到对物理过程的分析中去，不仅可以使我们对物理问题的分析和解答变得简捷，而且对灵活运用知识，促使知识、技能和能力的迁移，都会很有帮助。电学中如何对较复杂电路进行简化是一难点，简化电路就是利用等效法，寻找出串、并联关系一目了然的简单电路去取代复杂电路，产生的效果与原电路相同。下面介绍简化电路的一种方法——“取出法”。所谓“取出法”，就是将电路中某个(或某几个)电路元件(电阻)暂时取出，再将取出电路元件(电阻)后的电路画成规则的串、并联电路，最后把取出的电路元件(电阻)接回原处。运用“取出法”简化电路的步骤：1、分析电路的联接情况，将准备取出的电阻两端标上字母，究竟取出哪一个或哪几个电阻为好可以灵活掌握，但要求以取出电阻后的电路为一明确的串、并联电路为原则。2、画出取出电阻后的电路。3、整理成规则的串、并联电路。4、将取出的电阻依次接回原处之间。“取出法”简化电路实例六、用作图法解难题1.作图法解题概述2.作图法解题实例“图”在物理中有着十分重要的地位，它是将抽象物理问题直观化、形象化的最佳工具。中学物理常用的“图”有示意图、过程图、函数图、矢量图、电路图和光路图等。若题干和选项中已给出函数图，需从图像纵、横坐标的物理意义，图线中“点”、“线”、“斜率”、“截距”和“面积”等诸多方面寻找解题的突破口，达到化繁为简，化难为易之目的。用图象法解题不但快速、准确，而且还可以避免繁杂的中间运算过程，图象法常能产生一望而解、化繁难为易和开拓思路的不可代替的独到作用，甚至可以解决用计算分析法无法解决的问题。作图法解题实例七、用转换法解繁题1.转换法解题概述2.转换法解题实例有些问题用常规的思维方法求解很繁琐，而且容易陷入困境。如果我们能灵活地转换一下研究对象，或者利用逆向思维，或者采用等效变换等思维方法，则往往可以“绝处逢生”。【例1】如图甲所示，MN为很大的薄金属板(可理解为无限大)，金属板原来不带电。在金属板右侧与板距离为d处，放入一个带正电、电荷量为q的点电荷，由于静电感应产生图甲所示的电场分布。P是位于点电荷右侧，与点电荷距离也为d的一个点，某学习小组的同学想求出P点电场强度的大小，但发现问题很难。几位同学经过仔细研究，从图乙所示的电场得到了一些启示，经过查阅资料知道：图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的。图乙中两异种点电荷电荷量大小均为q，它们之间的距离为2d，虚线是两点电荷连线的中垂线。由此他们分别求出了P点的电场强度大小，以下四个不同答案(其中的k为静电力常量)中正确的是()A.B.C.D.-q+q乙2dM+qddP甲N234kqd289kqd2kqd2109kqd解析：依题意，甲图中P点的电场强度可等效为乙图中等量异种点电荷连线上，距离某一点电荷q为d处的电场强度，如图丙所示，根据矢量的叠加原理，EP=，故B选项正确。222893qqkqkkddd-q+qd2dP丙【例2】如图所示，一轻弹簧右端固定在长木板m2的右端，左端与小木块m1相连接，且m1与m2及m2与地面之间接触面均光滑，开始时m1和m2均静止，现同时对m1和m2施加等大反向的水平恒力F1和F2，从两物体开始运动以后的整个过程中，对m1、m2和弹簧组成的系统(整个过程中弹簧形变不超过其弹性限度)，以下说法正确的是()A.由于F1、F2等大反向，系统机械能守恒B.由于F1、F2大小不变，故m1、m2一直各自做匀加速运动C.由于F1、F2一直对m1、m2做正功，系统机械能不断增加D.弹簧弹力大小与F1、F2大小相等时，m1、m2的动能最大m1F1F2m2解析：依题意可将原图转换为图示情况分析，对m1和m2以及弹簧组成的系统而言，F1、F2对系统做功，机械能不守恒，A选项错；由于弹力是变力，m1和m2所受合力是变化的，不会做匀加速运动，B选项错；由于m1和m2分别满足F1-F弹=m1a1和F2-F弹=m2a2，m1和m2分别先向左和向右做变加速直线运动，当弹力大小等于F1(或