Методы, способы, приемы решения физических задач

Рефераты / Педагогика / Методы, способы, приемы решения физических задач

Задача: однородная тонкая палочка шарнирно укреплена за верхний конец. Нижняя часть её погружена в воду, причем равновесие достигается тогда. когда она расположена наклонно к поверхности воды и в воде находится её половина. Какова плотность материала палочки.

рис.45

За нулевой уровень U выберем гориз

онталь через О (рис.45).

Потенциальная энергия надводной части палочки U1= - , а подводной U2= () . Условие равновесия палочки , откуда

Задача: На гладкое проволочное кольцо радиуса R надет маленький шарик массой m (рис.46) Кольцо вместе с шариком вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через диаметр кольца с угловой скоростью . Где находится шарик?

рис.46

За нулевой уровень u примем нижнюю точку кольца. Тогда потенциальная энергия шарика в поле тяжести u1=mgR (1-Cos), а потенциальная энергия в поле центробежных сил инерции u2=-. Но в положении равновесия шарика Поэтому при при.

Метод экспоненты

Метод экспоненты в некотором роде является комбинацией методов дифференцирования и интегрирования и операции аналогии.

Экспонента обладает следующим свойством: её производная повторяет саму функцию (

Задача: Найти зависимость давления атмосферы от высоты.

Пусть давление столба воздуха единичной площади на высоте h=0 равно Ро (начальные условия).

При увеличении высоты на dh давление уменьшается на dP: dP=. Плотность воздуха выразим из уравнения Менделеева - Клапейрона.

откуда dP=-P

Далее, разделив переменные с учетом начальных условий получим:

P=Po

Полученная формула называется барометрической (или формулой Больцмана).

Задача: В схеме, изображенной на рис.47 в момент t=0, когда заряд конденсатора равен q0, замыкают ключ. Найти зависимость q=q (t)

рис.47

За время dt заряд конденсатора уменьшиться на dq=-Idt. Но I=, а . Поэтому dq=-или q=q0

Метод минимума и максимума

Довольно часто встречаются задачи, в которых требуется определить наибольшее или наименьшее значение величины из всех возможных. Основы такого метода следуют из принципа Ферми, экстремума энергии.

В некоторых задачах удается воспользоваться известными алгебраическими неравенствами (Нер-во Коши).

Задача: Нагруженные сани массой m движутся равномерно по горизонтальной поверхности под действием силы F. Коэффициент трения k. Найти значение минимальной силы и угол между силой и горизонталью.

Из второго закона Ньютона следует: F=

Минимальное значение силы Fmin возможно при максимальном значении знаменателя. Обозначим tg=k.

Заметим, что Sin=; Cos=

Поэтому F=

Максимальное значение =1, откуда

Fmin=

Задача: К висящей очень тонкой пружине жесткостью k подвешен шарик. Вначале пружина не растянута. Затем шарик отпускают. Какой наибольшей скорости достигнет шарик при своем движении? Масса шарика m.

Из закона сохранения энергии

На рис.48 представлен график зависимости . Подставив x=, найдем .

рис.48

Метод софизмов и парадоксов

Метод парадоксов - это создание противоречащих здравому смыслу ситуаций, доказательств, неожиданно и непривычно приводящих к противоречию с традиционными утверждениями и выводами, истинность которых, как кажется не вызывает сомнений. С помощью этого метода понять суть процесса, его тонкости, он стимулирует интерес к учебе.

Софизмы - уловки, выдумки наподобие головоломки, в которых мнимое доказательство выдается за правдоподобное.

Задача: Половину окружности велосипедист на треке проехал с постоянной скоростью . Средняя скорость на всем треке была 10 м/с. Определить скорость на второй половине пути.