微元法是一種從局部求解整體的解題方法。利用微元法求解可以將復(fù)雜的物理過(guò)程轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)的物理規(guī)律,從而保證問(wèn)題的順利解決。下面舉例分析。
1.求解質(zhì)量問(wèn)題
微元法的關(guān)鍵是先將整體分解成多個(gè)微小單元,再對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行分析,最后達(dá)到解決整體的目的。在求解一些復(fù)雜的質(zhì)量問(wèn)題時(shí),利用微元法可以很好地簡(jiǎn)化計(jì)算,提高解題效率。
例1 一輛汽車(chē)在水平地面上加速運(yùn)動(dòng),汽車(chē)中有一杯水,水面與水平面間的傾斜角是臼,試求汽車(chē)啟動(dòng)的加速度大小及方向。
解析:本題中可以將傾斜的水面看成是研究對(duì)象,其受力情況如圖l所示,F(xiàn)合=△mgtanθ,由牛頓第二定律得F合=△ma,解得a=gtanθ,方向與汽車(chē)的啟動(dòng)方向相同。
2.求解動(dòng)力學(xué)問(wèn)題
當(dāng)遇到非勻變速運(yùn)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí),如果采用一般的運(yùn)動(dòng)類(lèi)解題方法,不僅需要很大的運(yùn)算量,而且容易出錯(cuò)。若是利用微元法,從局部人手,就能快速求解。
例2質(zhì)量為m的物體從地面以初速度vo向上垂直拋出,該物體的運(yùn)動(dòng)速率隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖2所示,若該物體受到的空氣阻力與速度成正比,求:
(1)該物體在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力做的功。
(2)物體拋出瞬間的加速度。
(3)物體在t1時(shí)刻的高度。
3.求解位移問(wèn)題
求解導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的光滑軌道上的位移問(wèn)題時(shí),利用微元法將運(yùn)動(dòng)過(guò)程分成多個(gè)時(shí)間內(nèi)的勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程,可以快速得出答案。
例3質(zhì)量為m的金屬塊位于光滑的平行軌道上,軌道的寬度為L(zhǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)垂直于軌道平面,軌道左側(cè)連接阻值為R的電阻,其他電阻不計(jì),如圖3所示。當(dāng)金屬塊從初速度v0水平向右運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬塊最遠(yuǎn)能移動(dòng)多遠(yuǎn)?