高中物理解题方法例话:7割补法
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7割补法
就是对研究对象进行适当的分割、补充来处理问题的一种方法。下面举例说明。
[例题1]如果将质量为m 的铅球放于地心处,再在地球内部距地心R/2(R 为地球半径)处挖去质量为M 的球体,如图所示,则铅球受到地球引力的大小为多少? 解析:如果将挖去质量为M 的球体补上,这一个完整的球体,一个完整的质量均匀的球体放入其中心处的铅球的引力为0,由此可见挖去的质量为M 球体对铅球的力
与剩下部分对铅球的力相平衡,即2
2
4)2
(R GMm
R Mm G
F F ===挖去剩下 方向为沿挖去小球与地球球心连线向左。
[例题2]现有半球形导体材料,接成如图所示的两种形式,则两种接法的电阻之比为多
少?
解析:如果将
a 、
b 图中的两半球平分,如图所示,设1/4球形材料的电阻为R ,a 是两个1/4球形材料的并联,所以2
R
R a =
而b 是两个1/4球形材料的串联,所以R R b 2=,所以4:1:=b a R R [例题3]一带电粒子以速度V 沿半径为a 的圆形磁场的半径方向射入磁场,穿越磁场的时间为1t ;该粒子又以相同的速度V 从边长为a 的正方形磁场一边的中点垂直于该边射入磁场,穿越磁场的时间为2t ,则1t 2t 的大小关系为( ) A 、1t =2t B 、1t 〉2t C 、1t 〈2t D 、都有可能
解析:如果将b 图
中正方形磁场挖去一个半径为a 的圆形磁场,再将a 图中的半径为a 的圆形磁场补上,如图c 所示,假设电荷带负电,如果从切点射出,则时间
相同1t =2t ,如果不从切点射出,则时间相同1t 〈2t ,正确的选项为A 、C
如图,P、Q为某地区水平地面上的两点,在P点正下方一球形区域内储藏有石油,假定区域周围岩石均匀分布,密度为ρ;石油密度远小于ρ,可将上述球形区域视为空腔。如果没有这一空腔,则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向;当存在空腔时,该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离,重力加速度在原竖直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”。为了探寻石油区域的位置和石油储量,常利用P点附近重力加速度反常现象。已知引力常数为G。
(1)设球形空腔体积为V,球心深度为d(远小于地球半径),PQ=x,求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常;
(2)若在水平地面上半径为L的范围内发现:重力加速度反常值在δ与kδ(k>1)之间变化,且重力加速度反常的最大值出现在半径为L的范围的中心。如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的,试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积。
解:(1)如果将近地表的球形空腔填满密度为ρ的岩石,则该地区重力加速度便回到正常值。
因此,重力加速度反常可通过填充后的球形区域产生的附加引力①
来计算,式中m是Q点处某质点的质量,M是填充后球形区域的质量,M=ρV ②
而r是球形空腔中心O至Q点的距离,③
△g在数值上等于由于存在球形空腔所引起的Q点处重力加速度改变的大小。Q点处重力加
速度改变的方向沿OQ方向,重力加速度反常△g'是这一改变在竖直方向上的投影
④
联立①②③④式得⑤
(2)由⑤式得,重力加速度反常△g'的最大值和最小值分别为
⑥
⑦
由题设有⑧
联立⑥⑦⑧式得,地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为
⑨
⑩