以新物理量為背景的考題解答

◇　河北　薛久存

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以新物理量為背景的考題解答

◇河北薛久存

隨著新課程改革的不斷推進(jìn),高考不僅重視基礎(chǔ)知識(shí)、基本方法的考查,更重視創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的考查．在近年高考試題中經(jīng)常出現(xiàn)我們從沒(méi)有學(xué)過(guò)的新的物理量或者從沒(méi)有遇到過(guò)的物理情景．雖然這些物理量我們沒(méi)有學(xué)過(guò),但是根據(jù)已學(xué)過(guò)的類(lèi)似的物理量,就可以找到新物理量的物理意義,從而實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解答．這類(lèi)考題要求考生不僅要有扎實(shí)的基本功,更要能靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)分析問(wèn)題．

圖1

(1) 忽略電子所受重力,求電子射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)初速度v0和從電場(chǎng)射出時(shí)沿垂直版面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy.

(2) 分析物理量的數(shù)量級(jí)是解決物理問(wèn)題的常用方法．在解決(1)問(wèn)時(shí)忽略了電子所受重力,請(qǐng)利用下列數(shù)據(jù)分析說(shuō)明其原因．已知U=2.0×102V,d=4.0×10-2m,m=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C,g取10 m·s-2．

(3) 極板間既有電場(chǎng)也有重力場(chǎng)．電勢(shì)反映了靜電場(chǎng)各點(diǎn)的能的性質(zhì),請(qǐng)寫(xiě)出電勢(shì)φ的定義式．類(lèi)比電勢(shì)的定義方法,在重力場(chǎng)中建立“重力勢(shì)ΦG”的概念,并簡(jiǎn)要說(shuō)明電勢(shì)和“重力勢(shì)”的共同特點(diǎn)．

1　背景分析

由于重力和電場(chǎng)力對(duì)物體做功都跟物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)關(guān)，只跟物體的初末位置有關(guān),類(lèi)比描述電場(chǎng)的物理量——電勢(shì),我們可以定義一個(gè)跟電勢(shì)相似的物理量——重力勢(shì)．電勢(shì)的定義式是φ=Ep/Q,即電勢(shì)能跟電荷量的比值,因此我們也可以定義重力勢(shì)為ΦG=EG/m,也就是重力勢(shì)能跟質(zhì)量的比值．

2　問(wèn)題解答

(2) 考慮電子所受重力和電場(chǎng)力的數(shù)量級(jí),有重力mg≈10-29N,電場(chǎng)力F=eU/d≈10-15N,由于F?mg,因此不需要考慮電子所受的重力．

(3) 電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)φ定義為電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能Ep與其電荷量Q的比值,即φ=Ep/Q.由于重力做功與路徑無(wú)關(guān),類(lèi)比靜電場(chǎng)電勢(shì)的定義,將重力場(chǎng)中物體在某點(diǎn)的重力勢(shì)能EG與其質(zhì)量m的比值,叫作重力勢(shì),即ΦG=EG/m,電勢(shì)φ和重力勢(shì)ΦG都是反映場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量,僅僅由場(chǎng)自身因素決定．

3　解題規(guī)律總結(jié)

解決這類(lèi)題時(shí)我們一定要注意找出新的物理情景與我們熟悉的物理情景中哪些物理量是類(lèi)似的,處于相同的地位．例如例題新情景中的重力勢(shì)能與電場(chǎng)中的電勢(shì)能是對(duì)應(yīng)的,而與電場(chǎng)中的電荷量Q相對(duì)應(yīng)的是質(zhì)量而不是重力加速度g或者其他的什么量．要想找對(duì)具有相同地位的物理量,則要求我們具有扎實(shí)的基本功,準(zhǔn)確理解各個(gè)物理量的物理意義．

4　拓展探究

變式若萬(wàn)有引力常量為G,中心天體的質(zhì)量為m0,質(zhì)量為m的物體距中心天體r時(shí)具有的引力勢(shì)能為Ep=-Gm0m/r(以無(wú)窮遠(yuǎn)處勢(shì)能為0),請(qǐng)你仿照電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度的定義求出萬(wàn)有引力勢(shì)和萬(wàn)有引力場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式．

總之,以新物理量為背景的考題,“新”往往只在表面,解題時(shí)只要我們深入探究新物理量的本質(zhì),將其轉(zhuǎn)化為已學(xué)知識(shí)或已經(jīng)解決過(guò)的問(wèn)題,以不變應(yīng)萬(wàn)變,實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的完美解答．

河北省灤平縣第二中學(xué))