以新物理量為背景的考題解答

◇　河北　薛久存

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以新物理量為背景的考題解答

◇河北薛久存

隨著新課程改革的不斷推進,高考不僅重視基礎知識、基本方法的考查,更重視創新能力和應用能力的考查．在近年高考試題中經常出現我們從沒有學過的新的物理量或者從沒有遇到過的物理情景．雖然這些物理量我們沒有學過,但是根據已學過的類似的物理量,就可以找到新物理量的物理意義,從而實現問題的解答．這類考題要求考生不僅要有扎實的基本功,更要能靈活運用基礎知識來分析問題．

圖1

(1) 忽略電子所受重力,求電子射入偏轉電場時初速度v0和從電場射出時沿垂直版面方向的偏轉距離Δy.

(2) 分析物理量的數量級是解決物理問題的常用方法．在解決(1)問時忽略了電子所受重力,請利用下列數據分析說明其原因．已知U=2.0×102V,d=4.0×10-2m,m=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C,g取10 m·s-2．

(3) 極板間既有電場也有重力場．電勢反映了靜電場各點的能的性質,請寫出電勢φ的定義式．類比電勢的定義方法,在重力場中建立“重力勢ΦG”的概念,并簡要說明電勢和“重力勢”的共同特點．

1　背景分析

由于重力和電場力對物體做功都跟物體的運動過程無關，只跟物體的初末位置有關,類比描述電場的物理量——電勢,我們可以定義一個跟電勢相似的物理量——重力勢．電勢的定義式是φ=Ep/Q,即電勢能跟電荷量的比值,因此我們也可以定義重力勢為ΦG=EG/m,也就是重力勢能跟質量的比值．

2　問題解答

(2) 考慮電子所受重力和電場力的數量級,有重力mg≈10-29N,電場力F=eU/d≈10-15N,由于F?mg,因此不需要考慮電子所受的重力．

(3) 電場中某點電勢φ定義為電荷在該點的電勢能Ep與其電荷量Q的比值,即φ=Ep/Q.由于重力做功與路徑無關,類比靜電場電勢的定義,將重力場中物體在某點的重力勢能EG與其質量m的比值,叫作重力勢,即ΦG=EG/m,電勢φ和重力勢ΦG都是反映場的能的性質的物理量,僅僅由場自身因素決定．

3　解題規律總結

解決這類題時我們一定要注意找出新的物理情景與我們熟悉的物理情景中哪些物理量是類似的,處于相同的地位．例如例題新情景中的重力勢能與電場中的電勢能是對應的,而與電場中的電荷量Q相對應的是質量而不是重力加速度g或者其他的什么量．要想找對具有相同地位的物理量,則要求我們具有扎實的基本功,準確理解各個物理量的物理意義．

4　拓展探究

變式若萬有引力常量為G,中心天體的質量為m0,質量為m的物體距中心天體r時具有的引力勢能為Ep=-Gm0m/r(以無窮遠處勢能為0),請你仿照電勢和電場強度的定義求出萬有引力勢和萬有引力場強度的表達式．

總之,以新物理量為背景的考題,“新”往往只在表面,解題時只要我們深入探究新物理量的本質,將其轉化為已學知識或已經解決過的問題,以不變應萬變,實現對問題的完美解答．

河北省灤平縣第二中學)