基于物理量的高中物理復(fù)習(xí)

高中物理復(fù)習(xí)一般都是按照章節(jié)依次學(xué)習(xí)的，也或者是按照力、熱、電、磁、原子這幾大部分組織復(fù)習(xí)的，當(dāng)然這種形式可以讓學(xué)生很好的掌握和學(xué)習(xí)知識(shí).

其實(shí)我們也可以突破傳統(tǒng)的思維習(xí)慣，通過(guò)以一些重要的物理量為綱，來(lái)把中學(xué)所學(xué)的物理知識(shí)串起來(lái)，這樣有利于學(xué)生對(duì)中學(xué)物理內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)習(xí)，學(xué)生對(duì)整個(gè)中學(xué)物理知識(shí)也有一個(gè)清晰的圖像，也可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和靈活應(yīng)用，更能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和習(xí)慣.而對(duì)于物理規(guī)律，其實(shí)就是這些物理量之間的聯(lián)系而已，如通過(guò)導(dǎo)體截面電量的計(jì)算、加速度的計(jì)算、物體質(zhì)量的測(cè)量、功的計(jì)算等.

下面我就以物理量“質(zhì)量”為中心來(lái)談?wù)勗鯓咏M織高中物理的復(fù)習(xí).我們知道質(zhì)量在高中物理中是一個(gè)很重要的物理量，當(dāng)然隨著科技的不斷發(fā)展，測(cè)量手段也由簡(jiǎn)單、低級(jí)、粗略，發(fā)展到復(fù)雜、高級(jí)、精確.對(duì)于高中階段，物體質(zhì)量的測(cè)量方法一般有九種之多，當(dāng)把這些方法與學(xué)生一起復(fù)習(xí)時(shí)，也是對(duì)高中物理知識(shí)的一次很好的歸納和總結(jié).下面作分別敘述.

方法一:用天平測(cè)物體的質(zhì)量

儀器:物理天平.

原理:天平是等臂杠桿，天平平衡時(shí)，兩邊重力相等，地球上同一緯度的地方，兩個(gè)等重的物體由于重力加速度相等，所以它們的質(zhì)量也相等，砝碼質(zhì)量的讀數(shù)即為被測(cè)物體的質(zhì)量數(shù).

方法二:根據(jù)牛頓第二定律F=ma測(cè)物體的質(zhì)量

儀器:探究牛頓第二定律的整套儀器.

原理:牛頓第二定律F=ma，變形得到m=，利用這個(gè)公式就可以求物體的質(zhì)量.注意F是物體所受的合外力，加速度a可以直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)算出.

其實(shí)1996年科學(xué)家曾在地球上空完成了以牛頓第二定律為基礎(chǔ)的測(cè)定物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)用雙子星號(hào)宇宙飛船m1，去接觸正在軌道上運(yùn)行的火箭組m2(發(fā)動(dòng)機(jī)已熄火)，接觸后，開(kāi)動(dòng)飛船尾部的推進(jìn)器，使飛船和火箭組共同加速，而推進(jìn)器平均推力F已知，推進(jìn)器開(kāi)動(dòng)的時(shí)間t已知，同時(shí)也測(cè)得飛船和火箭組的速度的變化，對(duì)于飛船的質(zhì)量m1也是已知的，這樣就可以求得火箭組m2的質(zhì)量了.

方法三:利用物體間的碰撞，根據(jù)動(dòng)量守恒定律測(cè)算物體的質(zhì)量

儀器:氣墊導(dǎo)軌、滑塊、氣源、光電計(jì)時(shí)器等.

原理:物體之間的碰撞可以分為彈性碰撞和非彈性碰撞兩種，但這兩種碰撞動(dòng)量都守恒.

用m1和m2分別表示兩個(gè)物體(小球或滑塊等)的質(zhì)量，碰撞前的速度分別為v1和 v2，碰撞后的速度分別為v1′和v2′，依據(jù)動(dòng)量守恒定律: m1v1+m2v2= m1v1′+m2v2′

得到:=

如果測(cè)得v1、v2、v1′、v2′，利用上式就可以求得兩物體的質(zhì)量比，若知道其中一個(gè)物體的質(zhì)量，則另一物體的質(zhì)量就可以計(jì)算了.

這種方法不但可以用于低速宏觀物體的質(zhì)量的測(cè)定，還可以用來(lái)測(cè)定微觀粒子的質(zhì)量.如原子物理中有關(guān)粒子的碰撞，及原子核的裂變等，當(dāng)然所用的儀器也不同，重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握這種測(cè)量的思想方法.

方法四:用彈簧秤和單擺測(cè)物體的質(zhì)量

原理:胡克定律和單擺的周期的公式.

胡克定律是彈簧秤制作的原理，利用彈簧秤可以測(cè)出物體的重量G.根據(jù)單擺的周期公式可以測(cè)得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=，式中l(wèi)為單擺的擺長(zhǎng)，可以用刻度尺直接測(cè)出，T為單擺的周期，可以用秒表測(cè)出.

利用公式G=mg可知g==，式中m即為要測(cè)物體的質(zhì)量.

方法五:運(yùn)用萬(wàn)有引力定律測(cè)物體的質(zhì)量

原理:設(shè)太陽(yáng)的質(zhì)量為M，某顆繞其運(yùn)行的星體質(zhì)量為m，軌道半徑為r，行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期為T， 依萬(wàn)有引力定律有太陽(yáng)與行星的引力大小為F引=，這個(gè)引力就是行星繞太陽(yáng)作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力.所以=m2r=m()2r，由上式可得太陽(yáng)的質(zhì)量M=，式中G為萬(wàn)有引力常數(shù).

利用這個(gè)式子或這種方法可以計(jì)算其他天體的質(zhì)量，只要這個(gè)所求的天體是中心天體就可以了.如要測(cè)地球的質(zhì)量，那么式中r為月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，T為月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期.

方法六:利用“電流天平”測(cè)物體的質(zhì)量

儀器:電流天平、安培表、學(xué)生電源等.

應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的原理，可以制成靈敏的電流天平.用電流天平可以測(cè)出物體的質(zhì)量(如圖1).

先調(diào)節(jié)天平使天平兩端平衡，通電線框中通過(guò)的電流為I，B為通電導(dǎo)線所處位置的磁場(chǎng)，ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，所以ab 導(dǎo)體受到的安培力為F=BIL，當(dāng)天平再次平衡時(shí)，有mg=BIL，所以m=.

方法七:利用勻強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)帶電粒子的質(zhì)量

原理:如圖2，帶電粒子在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力大小為F=qE=q，式中q為粒子所帶的電量，U為加在兩塊大小相等且平行的金屬板間的電壓，d為兩板間的距離，設(shè)粒子的質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)電壓U，使粒子靜止在電場(chǎng)中，即重力與電場(chǎng)力平衡.有mg=q，則粒子的質(zhì)量m=，式中g(shù)為重力加速度.

如將固體微粒改為噴入的油滴，此實(shí)驗(yàn)即為密立根油滴實(shí)驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)該掌握該實(shí)驗(yàn)的物理思想方法.

方法八:利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)(質(zhì)譜儀)測(cè)帶電粒子的質(zhì)量

如圖3所示為質(zhì)譜儀測(cè)定帶電粒子質(zhì)量的裝置的示意圖.速度選擇器(也稱濾速器)中場(chǎng)強(qiáng)E的方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的方向垂直紙面向里，分離器中磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向垂直紙面向外.

設(shè)粒子的質(zhì)量為m，帶電量為q，在加速電場(chǎng)中被加速，以速度v 進(jìn)入電場(chǎng)強(qiáng)度為E和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的速度選擇器中，調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，使粒子在電磁場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力平衡，即qE=qvB1，所以v=，只有速度為v=帶電粒子才能做勻速直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)s上的狹縫，帶電粒子以速度為v進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子受到磁場(chǎng)力(洛侖茲力)，做圓周運(yùn)動(dòng)，有qvB2=m，所以m=，將v=代入得m=

方法九:物質(zhì)分子質(zhì)量的測(cè)定

原理:利用油膜法測(cè)定分子的大小，將分子看成球形，則可以算出每個(gè)分子的體積，在知道摩爾體積的條件下，則可以求出每摩爾物質(zhì)的分子數(shù)，即阿佛伽德羅常數(shù)， N=，當(dāng)知道一摩爾物體質(zhì)量的條件下，則可以計(jì)算出每一個(gè)分子的質(zhì)量m=.

上面所說(shuō)的物體質(zhì)量測(cè)量的常用九種方法，有些是測(cè)量宏觀物體的質(zhì)量，有些是測(cè)量微觀粒子的質(zhì)量，有些是運(yùn)用力學(xué)知識(shí)，有些是運(yùn)用電學(xué)知識(shí)，有些用到原子物理等高中物理知識(shí).當(dāng)然還有一些測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量的方法，如可以用克拉珀龍方程測(cè)定氣體的質(zhì)量、可以用“慣性秤”來(lái)測(cè)量，又如若月球的半徑已知，在其上用一個(gè)彈簧秤和已知質(zhì)量的砝碼也可以測(cè)定月球的質(zhì)量，等等.

通過(guò)圍繞“質(zhì)量”這一物理量來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也可以讓學(xué)生在思考和歸類中掌握了高中的物理知識(shí)脈絡(luò)，也培養(yǎng)了學(xué)生的能力和習(xí)慣.對(duì)于物理中的其他一些問(wèn)題，我們也可以采用這種方法來(lái)組織教學(xué).

責(zé)任編輯羅峰