浅析一道例题的三种解法

浅析一道例题的三种解法

关键词:物理;分析;细节

作者简介:罗君飞,任教于浙江省宁波市鄞州区同济中学。

高中物理在学习必修2第六章《万有引力和航天》时,很多参考用书都会选如下一道题作为例题或习题:

将半径为R,质量为M的均匀大球左侧挖去一个半径为,质量为的小球,将该小球置于距大球球心3R处,如图所示,则剩下的大球与小球之间的万有引力的大小为多少?

有如下三种解决方案供交流讨论:

解析一:被挖去小球后的大球已不再是均匀球体,重心位置偏移,重心位置不是大球的中心位置,先用力矩平衡求解剩余大球的重心位置。再利用万有引力定律计算剩下的大球与小球之间的万有引力F。

大球的中心是平衡的支点,左侧挖去的小球产生逆时针方向的力矩,剩下的产生顺时针方向的力矩,设剩下的大球重心到支点的距离为X,根据力矩平衡,解得,故。

解析二:被挖去小球后的大球已不再是均匀球体,重心位置偏移,重心位置不是大球的中心位置,假设在与左侧对称的右侧也挖去一个与左侧完全相同的小球,两小球挖去后,球体的剩余部分仍具有很好的对称性和均衡性,重心在中心,可求出挖去两球后球体的剩余部分与距大球球心3R处的小球的万有引力F1,再求出右侧挖去小球与距大球球心3R处的小球的万有引力F2,所求引力F=F1+F2。

解析三:被挖去小球后的大球已不再是均匀球体,重心位置偏移,重心位置不是大球的中心位置,先假设没有挖去小球而在离大球球心3R处放一半径为的小球,可求出此大球与小球之间的万有引力F1,在假设被挖去的小球仍在原地,而在距大球球心3R处,放另一半径为的小球,可求出这两个小球之间的万有引力F2,所求引力F=F1-F2。

以上三种解析,出现了三种不同的答案,到底哪种解答才是正确的呢?

为了回答这个问题,我们还是首先研究万有引力定律。万有引力定律告诉我们:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比,与他们之间距离r的二次方成反比。“两个物体的距离”到底是指物体哪两部分的距离?对于可以看做质点的物体,当然就是这两个质点间的距离,如果是地球、月球等球体,牛顿利用微积分的方法得知,这个距离应该是球心间的距离。也就是说万有引力定律的适用条件是两个质点间引力的计算,如果不能被看作质点,两个质量分布均匀的球体也能适用。

原来如此,上述题目的大球和小球因为相距较近并且涉及大球分割,不能被看作质点处理,但是作为质量分布均匀的球体,万有引力定律还是可以使用的。解析一和解析二的大球因为挖去小球后,已经不是质量分布均匀的球体,因此,万有引力定律在这两种情况下不能应用,所以解析一和解析二产生了错误的解答。相反,解析三中的大球补上割去部分,重新形成了完整球体,满足了万有引力定律的计算条件。解析三的解答是正确的!

物理解题,细节决定成败。为了能帮助学生在考试中取得高分,以下几点需要注意:

1.填空题:要想不丢分,所写答案必须完整、准确。例如,“电流表的量程选小了”和“电流表的量程选错了”含义是不一样的;“保持电压不变”和“保持电阻R电压不变”是不同的。

2.选择题:看题一定要细,一要看清楚题目要求,二要分析为什么选择这个答案,而不选另外几个?例如,“以下说法错误的是”不要看成了“以下说法正确的是”;选了A答案,B、C、D连看也不看,导致多选题当成了单选;需要计算的,不习惯动笔,凭心算导致失误。

3.实验作图题:耐心分析题目要求,按要求做题最重要。例如,“用所给器材设计光学实验”,你设计了力学实验,再正确也不得分;“滑动变阻器”在不同的实验中,作用是不一样的,不看清题意回答就容易丢分;要求只画出拉力,你把物体受到的力全画出来了,不但费力不讨好,还要扣分。

4.简答题:必须把原因写清、叙述全,还要条理清晰。例如,“使用大功率用电器,会导致导线发热”,既要把电路中电流增大的原因写清,还要根据焦耳定律分析出电流增大为什么产生的热量增多;要求“分析台灯的调光原理”,就要既分析出如何调节灯光变亮(暗),还要分析灯光为什么会变亮(暗)?

5.计算题:步骤一定要完整,既要求公式正确,还要求写出必要的文字分析。例如,“不写公式”、“没有带数过程”、“漏掉单位”、“运算错误”等,稍不注意,就会丢分。

现在学生,普遍的“眼高手低”,每次考试都觉得不难,可就是失分严重。对教老师强调一遍又一遍的“细心、规范、准确、完整”,总是不当回事,这些还需教师在日常教学中多要求。

物理解题需要精辟分析,需要关注细节。

作者单位:浙江省宁波市鄞州区同济中学

邮政编码:315175

ThreeSolutionstoanExampleinPhysics

LuoJunfei

Abstract:Problem-solvinginphysicsneedspenetratinganalysisandconcerningdetails.Thispapermakesananalysisofthreesolutionstoaphysicalexample,hopingtoremindusattachingimportancetopenetratinganalysisandthegraspingofdetails.

Keywords:physics;analysis;details

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