活用轉換法巧解物理題

楊志宇 孫麗娜

(望奎縣第一中學 黑龍江 綏化 152100)

轉換法，就是把要解決的復雜難解的物理問題轉換成一個與之相關的簡單、容易的物理問題，從而順利解決，達到化難為易，化繁為簡的效果.

1 對象轉換

在處理物理問題時，一般只關注與問題相關的物體或者系統.但由于各種原因，關注的物理對象所處的情境過于復雜，從而使所研究的問題進入“死胡同”.如能靈活地轉換研究對象，往往可使研究的問題得到順利解決.

【例1】如圖1所示，條形磁鐵放在桌面上.一條通電的直導線由S極的上端平移到N極的上端過程中，導線保持與磁鐵垂直.導線的通電方向如圖1.則這個過程中磁鐵受到的摩擦力(磁鐵保持靜止)

A．為零

B．方向由向左變為向右

C．方向保持不變

D．方向由向右變為向左

解析：由于本題研究的是磁鐵的受力情況，很多學生選擇了以磁鐵為研究對象，然而磁鐵電流間作用力并沒有固定的公式及規律，從而導致問題無法解決.這時如能把研究對象轉換成通電導線，再根據牛頓第三定律，得出磁鐵的受力情況，問題很容易得以解決.正確選項為選項B.

圖1

2 過程轉換

我們習慣于正向思考物理過程，往往忽略了對物理過程的逆向思考.

【例2】如圖2所示，一充電的平行板電容器，板長為L，兩板間距為d.現將一帶電微粒(重力不計)從下極板的左邊緣射入電場中，結果帶電微粒剛好從上極板的右邊緣水平射出.試確定帶電微粒射入電場時，速度方向與下板的夾角θ應是多少.

圖2 圖3

解析：若將微粒從上極板右邊緣以v0cosθ沿水平射入，帶電微粒在電場中做的是類平拋運動，如圖3所示.此時的運動與原題的運動顯然是可逆的;這樣就將原運動轉換成新的運動.

由題意可知L=v0tcosθ

3 圖形轉換

在解決某些物理問題時，要多考慮能否把抽象的物理問題轉換成直觀的圖像；這樣的好處不但可以幫助分析題意，甚至可以直接得出結論.

【例3】如圖4所示，輕彈簧一端與豎直墻壁連接，另一端與一質量為m的木塊連接，放在光滑水平面上，彈簧的勁度系數為κ，處于自然狀態.用水平力向右緩慢拉物體，使物體前進x.求這一過程中拉力對物體做了多少功.

解析:緩慢拉動物體，可認為物體處于平衡態，故拉力等于彈力大小，即F=κx.畫出F與x的關系圖像，如圖5所示.F與x所圍成的面積的意義表示F所做的功.易得

圖4 圖5

4 等效轉換

等效轉換就是將一個物理問題、物理量、物理方法，轉換成等效果的物理問題、物理量、物理方法，以到達快速處理問題的目的.

【例4】如圖6所示，設有兩面均垂直于地面的豎直光滑墻A和B，兩墻水平距離為1．0 m.從距地面高19．6 m處的一點C以初速度5．0 m/s沿水平方向拋出一個小球.設球與墻的碰撞為完全彈性碰撞.求小球落地點距墻A的水平距離和落地前與墻壁碰撞的次數.(忽略空氣阻力，取g=9．8 m/s2)

圖6 圖7

解析：設小球與墻壁碰撞前的速度為v，因為是彈性碰撞，所以在水平方向上以原速率彈回，即v′=v.又因為墻壁光滑，所以在豎直方向上速率不變，從而小球與墻壁碰撞前、后的速度v和v′關于墻壁對稱，以后的碰撞亦然.因此，可將小球的運動等效為連貫的平拋運動來處理，如圖7所示.由

可得碰撞次數為n=10次.由于n剛好為整數，故小球最后落在A墻腳，即落地點距離A的水平距離為零.

5 模型轉換

在解決物理問題時，如能把研究的物理問題轉換成熟悉的物理模型，不但可以迅速解題，也能培養學生的發散思維，是一種很好的方法.

【例5】一汽車在軌道MN上行駛速度v1可達到50 km/h.在軌道外的平地上行駛速度v2可達40 km/h.與軌道的垂直距離為30 km的B處有一基地,如圖8.問小車從基地B出發到離D點100 km 的A處的過程中,最短需要多長時間?

圖8

解析：小車從B處到A處的運動可類比為光的全反射現象的臨界狀態.故有

由圖可知

小車運動時間

代入數據得

x=40 kmt=2.45 h

6 角度轉換

很多物理問題涉及到三維(立體)角度.為了研究問題方便或者簡化問題難度需要將三維角度轉換成二維(平面)角度，以求簡單快捷的處理問題.

【例6】如圖9所示，水平放置的光滑的金屬導軌M,N，平行地置于勻強磁場中，間距為d.磁場的磁感應強度大小為B，方向與導軌平面夾為α.金屬棒ab的質量為m，放在導軌上且與導軌垂直.電源電動勢為E，定值電阻為R，其余部分電阻不計.則當開關閉合的瞬間，金屬棒ab的加速度為多大？

圖9 圖10

解析：由于B，I，F三者垂直的關系，使得問題處于三維角度.這時就需要把三維的物理問題轉換成二維問題,如圖10所示.易得

整理得