以新物理量为背景的考题解答

◇　河北　薛久存



以新物理量为背景的考题解答

◇河北薛久存

随着新课程改革的不断推进,高考不仅重视基础知识、基本方法的考查,更重视创新能力和应用能力的考查．在近年高考试题中经常出现我们从没有学过的新的物理量或者从没有遇到过的物理情景．虽然这些物理量我们没有学过,但是根据已学过的类似的物理量,就可以找到新物理量的物理意义,从而实现问题的解答．这类考题要求考生不仅要有扎实的基本功,更要能灵活运用基础知识来分析问题．

图1

(1) 忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时初速度v0和从电场射出时沿垂直版面方向的偏转距离Δy.

(2) 分析物理量的数量级是解决物理问题的常用方法．在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因．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) 极板间既有电场也有重力场．电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势φ的定义式．类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势ΦG”的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点．

1　背景分析

由于重力和电场力对物体做功都跟物体的运动过程无关，只跟物体的初末位置有关,类比描述电场的物理量——电势,我们可以定义一个跟电势相似的物理量——重力势．电势的定义式是φ=Ep/Q,即电势能跟电荷量的比值,因此我们也可以定义重力势为ΦG=EG/m,也就是重力势能跟质量的比值．

2　问题解答

(2) 考虑电子所受重力和电场力的数量级,有重力mg≈10-29N,电场力F=eU/d≈10-15N,由于F≫mg,因此不需要考虑电子所受的重力．

(3) 电场中某点电势φ定义为电荷在该点的电势能Ep与其电荷量Q的比值,即φ=Ep/Q.由于重力做功与路径无关,类比静电场电势的定义,将重力场中物体在某点的重力势能EG与其质量m的比值,叫作重力势,即ΦG=EG/m,电势φ和重力势ΦG都是反映场的能的性质的物理量,仅仅由场自身因素决定．

3　解题规律总结

解决这类题时我们一定要注意找出新的物理情景与我们熟悉的物理情景中哪些物理量是类似的,处于相同的地位．例如例题新情景中的重力势能与电场中的电势能是对应的,而与电场中的电荷量Q相对应的是质量而不是重力加速度g或者其他的什么量．要想找对具有相同地位的物理量,则要求我们具有扎实的基本功,准确理解各个物理量的物理意义．

4　拓展探究

变式若万有引力常量为G,中心天体的质量为m0,质量为m的物体距中心天体r时具有的引力势能为Ep=-Gm0m/r(以无穷远处势能为0),请你仿照电势和电场强度的定义求出万有引力势和万有引力场强度的表达式．

总之,以新物理量为背景的考题,“新”往往只在表面,解题时只要我们深入探究新物理量的本质,将其转化为已学知识或已经解决过的问题,以不变应万变,实现对问题的完美解答．

河北省滦平县第二中学)