例谈补偿法在高中物理解题中运用概述

周 威

前言:高中物理补偿法其实是一种在保持原题条件不改变的情况下,利用相关物理量、模型等为题目给予适当补偿,从而使相对复杂的物理问题变得简单化,实现物理情境熟悉化的转化,然后再进行求解的重要解题方法。

一、补偿法在力学问题中的应用

力学问题是高中物理学科当中比较重要的内容之一。随着学科教学的逐渐深入,关于力学的相关问题及各种定律层出不穷,有时候经常让高中生面露难色。尤其是在解题的过程中,总是被题干中的相关物理量或需要运用到的公式弄得晕头转向。而补偿法在物理力学解题中的有效应用,能够帮助学生正确的理解和解决一些比较复杂、抽象的问题.这一点非常关键,学生在物理学科的习得过程中,经常会被比较抽象的问题搞得晕头转向而无从下手,尤其是在解题的过程中不能第一时间利用好补偿法来进行转化,从而给自己的学习过程设置了很多障碍。因此,通过这种方法的有效利用,从而准确地找到解题思路,顺利完成解题步骤,得到正确答案。

举例说明:总质量为M的列车正在沿着水平线做匀速行驶运动,行驶到中途时,由于机械故障原因,车厢的最后一节与主体之间脱离,脱离车厢的质量是m。L是列车行驶的已知距离,在这一距离时,司机才有所察觉,并同时松开油门,采取的“除去牵引力”的相关措施。假设列车牵引力保持不变,其运动阻力与质量之间是正比。请问,列车停止运动时脱节车厢与列车之间距离是多远? 一般来说,学生需要对机车的两部分进行不同过程的不同分析,列出方程进行联合求解。或者列动能定理和运动公式,但这种解法相对比较烦琐,浪费时间。因此,学生不妨运用补偿法来尝试作答,本题即需要使用功能补偿法,解题过程只需要通过精准的补偿分析即可利用一个方程实现解答。当车厢脱节与发动机关闭一起发生,车身的初始运动速度与车厢保持一致(V),车身与脱节车厢所承受的阻力和车重呈正比,同时,两者的加速度也保持一致。所以,列车主体与脱节车厢在理论上,它们在停止行驶后的行驶距离相同。而对于现实来说,车身要比脱节车厢行驶的距离远一些,ΔL为列车多行驶路程。而车身比脱节车厢多克服的阻力所做的功就是k(M-m)gΔL。

二、补偿法在电磁学问题中的应用

在解题教学中,高中物理电磁学也是十分重要的内容之一。其中,磁感应强度、电位等量的大小、电场强度与电荷及电流分布等都有着密不可分的关系。无论是电荷分布还是电流分布具有一定的对称性,同时,电场与磁场的分布也具有一定的对称性特征。根据相应的规律对电场强度、磁感应强度进行求解,是高中物理教学中常见的题目类型之一。在这种类型的问题解答过程中,问题总是会比较复杂难解,学生可以尝试运用缺损补偿的方式进行求解。

例如:如右图所示,AB是呈圆弧状的金属丝,r是圆弧半径,长度为1m,d为AB之间的宽度,长度为2cm,电荷量Q的正电荷,在金属丝上呈均匀分布状态,求O处电场强度? (O是圆心)对于本题来说,直接求解有一定难度,学生不妨先尝试将金属丝的缺口补上,并且电荷线密度不变,从而构成了一个电荷分布均匀的带电环。依据在圆心处电场叠加后的场强为零,以及对称性的有关知识,从而得出圆心处的总场强亦为零,即为E。通过探究,学生可以假设原有的缺口环的电荷线密度是P≈Q/2πr,空缺处被补上后带电荷量Q1=Q/2πr。然后,学生可以顺利地计算出最终答案。在这一教学过程中,教师最重要的是做好对学生的引导学习作用,激发学生们的思维活力,争取在教会方法后运用一些类似的习题让学生进行巩固练习,从而掌握补偿法的解题真谛。

三、补偿法在光学问题中的应用

在物理光学的相关问题中,学生会接触到光程问题,如迈克尔逊干涉仪就是光学实验中比较常用的测量仪器。在这个仪器当中,存在两个相同材料、相同厚度且均匀的玻璃片。此外,仪器最重要的补偿板构件是关键,玻璃片的安装主要是为了补偿光程,从而构建出一列同心圆环。当去掉补偿板后,两臂光程也就丧失了对称性的特征,造成光程差的相应变化,由此学生便无法观察到形状随光程差变化的等倾干涉原图样。最终证明补偿法对于光程问题的研究以及光学类问题的研究具有相当重要的作用。

举例说明:将曲率半径相对较大的凸透镜放置在玻璃上,并保持弯曲朝下,单色光从上方射入,如果我们俯身观看就可以看到明暗相间的同心环,也叫牛顿环。为了让同一级圆环的半径变大,我们应通过什么样的方式进行操作。选项A:让凸透镜的曲率半径变大;选项B:让凸透镜的曲率半径变小;选项C:照射的单色光波长变长;选项D:照射单色光的波长变短。首先,学生需要运用本题的相关知识做出分析,反射的两列相干光由空气层的上下表面进行照射,由于光程差为波长的整数倍是亮条纹,光程差为半个波长的奇数倍是暗条纹。然后,学生再运用排除法对每一个选项进行相应判断分析,选项A是凸透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光相互干涉而成;选项C的内容违反了光沿直线传播的原理,是泊松亮斑;选项D,使用白光进行照射,干涉所形成的圆环还是会存在。在所有选项完成分析后,可以轻松进行排出错误选项。类似的问题解题过程中,学生除了要充分掌握相应的光学理论知识外,还要对补偿法的有关知识和解题技巧予以充分理解,并对相关光学仪器的原理以及牛顿环等产生的机理拥有扎实的理解能力。为此,教师在运用补偿法对学生的解题能力开展教学时,一定要确保对物理学中相关的知识结构进行梳理,从而帮助学生构建起物理学习的知识体系,并有能力运用补偿法来实现思维能力的转化与运用,从而增强自身的物理问题的解题能力。

结语:总而言之,通过本文的几道例题,学生可以更好地对补偿法在高中物理解题中的应用有所理解和掌握。这种方法,主要需要学生拥有一定的思维转化能力、分析判断能力,在原有问题条件不变的基础上,懂得运用合理的物理量、物理模型等去将问题化简。而不是一味地盯着题目不知变通,那样不仅在考试中会浪费大量时间,影响整体成绩。更对学生在学习物理知识过程中所存在的解题能力以及解题信心存在巨大威胁,影响学生的信心。从而随着学习的不断深入,学生们对于物理学科的知识学习会越来越没有兴趣。所以,教师需要将补偿法的解题技巧教给学生,然后再结合物理学相关知识的练习题帮助学生进行强化训练。