极值法解决物理问题(优.选)
高考物理中数学方法

处理物理问题的数学方法一、极值法1、 利用二次函数求极值:y =ax 2+bx +c =a (x 2+b a x +b 24a 2)+c -b 24a =a (x +b 2a )2+4ac -b 24a(其中a 、b 、c 为实常数),当x =-b2a 时,有极值y m =4ac -b 24a (若二次项系数a >0,y 有极小值;若a <0,y 有极大值).2、 利用三角函数求极值:y =a cos θ+b sin θ=a 2+b 2(a a 2+b 2cos θ+ba 2+b 2sin θ) 令sin φ=a a 2+b 2,cos φ=ba 2+b 2则有:y =a 2+b 2(sin φcos θ+cos φsin θ)=a 2+b 2sin (φ+θ)3、 利用均值不等式求极值:对于两个大于零的变量a 、b ,若其和a +b 为一定值p ,则当a =b 时,其积ab 取得极大值 p 24例题:[2013山东理综 22(15分)]如图所示,一质量m =0.4kg 的小物块,以v 0=2m/s 的初速度,在与斜面成某的角度的拉力F 作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t =2s 的时间物块由A 点运动到B 点,AB 两点间的距离L =10m.已知斜面倾角30=θ,物块与斜面之间的动摩擦因数33=μ,重力加速度g 取10m/s 2. (1)求物块加速度的大小及到达B 点时速度的大小。
(2)拉力F 与斜面夹角多大时,拉力F 最小?拉力F 的最小值是多少? 答:(1)物块加速度的大小为3m/s 2,到达B 点的速度为8m/s ; (2)拉力F 与斜面的夹角30°时,拉力F 最小,最小值是N 53 13=F min解析:(1)物体做匀加速直线运动,根据运动学公式,有:221at L =①, v=at ②联立解得; a=3m/s 2,v=8m/s (2)对物体受力分析 根据牛顿第二定律,有:水平方向:Fcosα-mgsinα-F f =ma 竖直方向:Fsinα+F N -mgcosα=0 其中:F f =μF N 联立解得:α)+sin(60 3 32ma +μcosα)+mg(sin α= sin cos ma +μcosα)+mg(sin α=F ︒+αμα故当α=30°时,拉力F 有最小值,为N 53 13=F min ; 二、几何法利用几何方法求解物理问题时,常用到的有“对称点的性质”、“两点间直线距离最短”、“直角三角形中斜边大于直角边”以及“全等、相似三角形的特性”等相关知识,如:带电粒子在有界磁场中的运动类问题,物体的变力分析时经常要用到相似三角形法、作图法等.与圆有关的几何知识在力学部分和电学部分的解题中均有应用,尤其在带电粒子在匀强磁场中做圆周运动类问题中应用最多,此类问题的难点往往在圆心与半径的确定上常见的几何关系:1.依切线的性质确定.从已给的圆弧上找两条不平行的切线和对应的切点,过切点作切线的垂线,两条垂线的交点为圆心,圆心与切点的连线为半径.2.依垂径定理(垂直于弦的直径平分该弦,且平分弦所对的弧)和相交弦定理(如果弦与直径垂直相交,那么弦的一半是它分直径所成的两条线段的比例中项)确定.如图1所示.图1由勾股定理得:R 2=(R -CE )2+EB 2解得:R =EB 22CE +CE2.例题:[2014山东理综 24(20分)]如图-2甲所示,间距为、垂直于纸面的两平行板间存在匀强磁场。
极值法在解决初中物理问题中应用[论文]
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极值法在解决初中物理问题中的应用摘要:在初中物理教学中做物理习题时,采用极值法能解决一些按照常规的分析方法,会比较复杂,还容易出错,甚至解不出来的题目。
本文笔者就对极值法进行思考和论述。
关键词:初中物理;极值法;教学方法中图分类号:g632 文献标识码:b 文章编号:1002-7661(2013)11-126-01在引导学生做初中物理习题时,有一类问题具有这样的特点,如果从题中给出的条件出发,按照常规的分析方法,会比较复杂,还容易出错,甚至解不出来。
但如果我们采用极值法,将其变化过程引向极端,也就是取物理量的极限值进行分析、推断,就会迅速得到结论。
下面略举几例加以说明,供同行参考。
a、仍然平衡b、左边下降c、右边下降d、无法判断常规法:根据杠杆的平衡条件,运用数学方法推导在点燃前杠杆平衡,点燃一段时间后杠杆不平衡,但推导过程较繁琐。
极值法:因为燃烧的时间相同,所以每支蜡烛减少的量是相同的,假设右端的蜡烛全部燃烧(极值),左端的蜡烛还有剩余,因杠杆为轻质,所以左端下沉,答案选b。
例2、一轻质水平的带槽杠杆上,分别放着质量不同的两个球,杠杆在水平位置平衡,如果两球以相同速度同时向支点滚动,则杠杆()a、仍能平衡b、大球一端下沉c、小球一端下沉d、无法判断常规法:根据杠杆的平衡条件,运用数学方法进行推导,从而作出判断,推导过程较繁琐。
极值法:因为两球滚动的速度相同,所以在相同时间内移动的距离相同,假设大球滚到支点(极值),小球还距支点有一段距离,所以小球一端下沉,答案选c。
例3、把一个10牛顿的空心铁球浸入水中,则铁球()a、上浮b、下沉c、悬浮 d前面三者均可能常规法:因为铁球的体积、空心部分的体积均未知,所以无法用物体的浮沉条件来判断。
极值法:因为铁球的空心部分的体积未知,所以可能有三种情况,一是空心部分的体积非常大(极值),此时,铁球一定上浮;二是空心部分体积非常小(极值),近似于实心球,铁球一定下沉;三是空心部分的体积刚好为某一数值(极值),平均密度近似于水的密度,此时,铁球一定悬浮。
2020年高考备考复习攻略之物理方法汇总 专题03 极值法 含解析

专题03 极值问题目录1.二次函数极值法 (1)2.和积不等式极值法 (6)3. 三角函数极值法 (11)4. 几何极值法 (12)极值法是中学物理教学中重要的解题方法,在问题中主要表现在求物理量极大值、极小值、临界值、物理量的取值范围等方面。
在应用极值法解题时,首先要选用合适的物理模型,应用物理规律构建待求物理量与其他物理量的函数关系,再利用数学方法求其极值。
极值法可分为二次函数极值法、和积不等式极值法、几何极值法等。
1.二次函数极值法函数,依的正负,可有极大值、极小值。
①若求极植可用配方法,当,。
(综合图像解)②亦可用判别式法:整理为关于的一元二次方程:,若有实解,则,。
典例 1. (19年海南卷)三个小物块分别从3条不同光滑轨道的上端由静止开始滑下。
已知轨道1、轨道2、轨道3的上端距水平地面的高度均为;它们的下端水平,距地面的高度分别为、、,如图所示。
若沿轨道1、2、3下滑的小物块的落地点到轨道下端的水平距离分别记为、、,则()A. B. C. D.【答案】BC【解析】小物块在轨道上下滑的高度为h ,到轨道末端速度为v 020mv 21mgh =gh 2v 0=①在轨道末端开始做平抛运动20gt 21h -h 4=② t v s 0=③①②③得()202002h 4h 2-h -2h h 4h -2s +=+= 当0h 2h =时 水平位移s 最大当0h 3h =, 0h h =时,水平位移相等。
故选择BC【总结与点评】对于极值问题,要善于找到未知物理量与某一物理量的关联性,利用物理规律建立函数关系,然后利用函数极值法求解。
针对训练1a.. 在一次国际城市运动会中,要求运动员从高为H 的平台上A 点由静止出发,沿着动摩擦因数为的滑道向下运动到B 点后水平滑出,最后落在水池中。
设滑道的水平距离为L ,B 点的高度h 可由运动员自由调节(取;g=10m/s 2)。
求: (1)运动员到达B 点的速度与高度h 的关系;(2)运动员要达到最大水平运动距离,B 点的高度h 应调为多大?对应的最大水平距离S M 为多少? (3)若图中H =4m ,L =5m ,动摩擦因数=0.2,则水平运动距离要达到7m ,h 值应为多少?【解析】(1)运动员由到,斜面长,由动能定理得:①(2)运动员在点做平抛运动②③①②③解得④令由二次函数配方法得:当运动员最大的水平位移为:(3)把数据代入④整理得:解得:【总结与点评】本题第(2)小题求运动员的水平位移,要能自觉地利用动能定理、平抛运动规律构建平抛水平位移与竖直位移函数关系,并注意其在滑道上的水平位移保持不变,这样,构建的函数关系只有两个变量,顺理成章的应用二次函数配方极值法求出极值,也可以应用判别式法求其极值。
物理解题方法2--极值法

七、用图象法求极值
通过分析物理过程中遵循的物理规律,找到变量间 的函数关系,作出其图象,由图象可求得极值。
[例8]两辆完全相同的汽车,沿水平直路一前一匀速行驶, 速度均为V0,若前车突然以恒定加速度刹车,在它刚停止 时,后车以前车刹车时的加速度开时刹车,已知前车在刹 车过程中行驶距离为S。在上述过程中要使两车不相撞, 则两车在匀速运动时,报持的距离至少应为:( )
(A)S (B)2S (C)3C (D)4S
小结:
“忘”掉具体题文;升华、归纳、牢记其思维方法。
思考题:根据你见过的题目,给上述七类型各补上 1----3道题,以增强对极值法的理解。
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功!
为多大?
三、分析物理过程求极值
有些问题可直接通过分析题中的物理过程及相应的 物理规律,找出极值出现时的隐含条件,从而求解。
[例4]如图,轻质长绳水平地跨在相距为2L的两个小定滑轮A、B上, 质量为M的物体悬挂在绳上O点,O与A、B两滑轮距离相等,在轻 绳两端C、D分别施加竖直向下的拉力F=mg,先拉住物体,使绳处于 水平拉直状态,静止释放物体,在物体下落过程中,保持C、D两端拉 力F不变,求物体下落的最大速度和最大距离
物理解题方法2--极值法
一、利用配方法求极值 将所求物理量表达式化为 “y=(x-a)2+b” 的形式,从而可得出:当x=a时,y有极值b。 (二次函数求极值法)
[例1] 一矩形线框abcd周长为L,其中通 有电流I,将它置于一匀强磁场B中,且ab 边与磁感线方向平行,该线框所受磁力矩最 大可为多少?
二、利用三角函数法求极值 如果所求物理量表达式中含有三角函数, 可利用三角函数求极值。 1.若所求物理量表达式可化为“y=A sinθ cosθ”形式(即y= sin2θ),则在θ=45o时,y有极 值A/2。
做物理选择题的技巧方法

做物理选择题的技巧方法做物理选择题的技巧方法一、直选法这种方法适用于基本不需要转变或是推理的简单题目。
这种题目往往考察的是对物理知识的记忆和理解程度,属于常识性知识题目。
二、比较排除法这种方法是在审题之后,根据题目要求,将错误或是不合理的备选答案一个个排除掉,最后剩下正确答案。
三、特殊值法、极值法对于较难判断的选项,可以让某些物理量取巧满足题设条件的特殊值或极值,代入到选项中逐个检验。
用特殊值或极值检验证明是不正确的选项,就一定是错误的,可以排除。
四、极端思维法当题目所涉及的物理量随条件单调变化时,可用极限法是把某个物理量推向极端,即极大或极小,极左或极右,并据此做出科学的推理分析,从而给出判断或导出一般结论。
五、对比法对于一些选项间有相户关联的高考选择题,有时会出现A正确,B正确,C也正确的情况,对于答案应为单选或双选的选择题可用此方法进行排除错误选项。
六、图像图解法根据题目的内容画出图像或是示意图,如物体的运动图像、受力示意图、光路图等,在利用图像分析寻找答案。
这样做具有形象、直观的特点,便于了解各物理量之间的关系,能够避免繁琐的计算,迅速的找出正确的答案。
七、逆向思维法很多物理过程都具有可逆性,当正向思考受阻时,不防“反其道而行之”,常常会收到化难为易,出奇制胜的效果。
八、举例求证法有些选择题中含有“可能”、“可以”等不确定的词语,只要能举出一个特殊的例子证明他的正确性,那么就可以肯定这个选项是正确的;有些选择题的选项中带有“一定”“不可能”等肯定的词语,只要能举出一个反例驳倒这个选项,就可以排除这个选项。
九、二级结论法二级结论”是指由基本规律和基本公式导出的结论,熟记并巧用一些“二级结论”可以使思维简化,节约解题时间,其能常常使我们“看到题就知道答案”,达到迅速准确的目的。
十、控制变量法对于多个变量时,有时采用每一次只改变其中一个变量而控制其余几个量不变的方法,使其变成较简单的单变量问题,大大降低问题的分析复杂程度,这种方法也是物理中常用的探索问题和分析问题的科学方法之一。
高考物理复习考点知识专题讲解12 极值问题(解析版)

高考物理复习考点知识专题讲解专题12 极值问题1.(2020·内蒙古高一期末)如图所示,用一根长为L的轻质细绳的一端固定在O点,另一端悬挂质量为m的小球a,为使细绳与竖直方向夹角为且细绳绷紧,小球a处于静止,对小球施加的最小的力为()A. B. C. D.【答案】A【解析】试题分析:当力F的方向与oa方向垂直时,所加的力是最小的,根据平衡知识及平行四边形法则可知,F min=mgsinθ,故选A.2.重力都为G的两个小球A和B用三段轻绳如图连接后悬挂在O点上,O、B间的绳子长度是A、B间的绳子长度的2倍,将一个拉力F作用到小球B上,使三段轻绳都伸直且O、A间和A、B 间的两端绳子分别处于垂直和水平方向上,则拉力F的最小值为()A.233GB.33G C.G D.12G 【答案】D【解析】对球A 受力分析,受重力和OA 绳子的拉力,根据受力平衡,绳子AB 的拉力为零,绳子OA 的拉力等于mg ;对球B 受力分析,受到重力、拉力F 和OB 绳子的拉力T ,合力为零,根据平衡条件可知,当F 与T 垂直时,拉力F 最小,根据几何关系得:sin mg T θ=其中1sin 2θ=,则12T G =,故D 正确,ABC 错误; 故选D 。
3.(2020·全国高三单元测试)如图所示,在绳下端挂一物体,用力F 拉物体使悬线偏离竖直方向α的夹角,且保持其平衡.保持α角不变,当拉力F 有极小值时,F 与水平方向的夹角β应是( )A.0B.αC.D.2α【答案】B【解析】本题考查力的合成与分解问题,可以计算出当拉力F 有极小值时,F 与水平方向的夹角β应是α; 4.(2020·湖南浏阳高三月考)如图所示,光滑圆环竖直固定,A 为最高点,橡皮条上端固定在A 点,下端连接一套在圆环上的轻质小环,小环位于B 点,AB 与竖直方向的夹角为30°,用光滑钩拉橡皮条中点,将橡皮条中点拉至C 点时,钩的拉力大小为F ,为保持小环静止于B 点,需给小环施加一作用力F ',下列说法中正确的是( )A.若F '沿水平方向,则32F F '=B.若F '沿竖直方向,则33F F '= C.F '3F '3【答案】C【解析】A. 设橡皮条的拉力大小为T .则有:2T cos30°=F得:33T F = 若F '沿水平方向,小环只受橡皮条的拉力和F ',由平衡条件知:3F T F '== 故A 错误。
极值法在初中物理中的应用

极值法在初中物理中的应用极值法的概述:极值法是通过把某个物理量推向无限大或无限小后对问题作出分析和判断,在物理教学中,有很多的考题采用常规方法去解答,非常繁琐甚至无法解出,用极值法却能迎刃而解。
特别是在定性分析某些物理量的变化时,会起到事半功倍的效果。
〖思想精髓〗运用极值法可使解题过程大为简化,解题速度及准确率也会进一步提高。
运用“极值法”解物理习题的关键点其实就是取极值,即取物理量的极大值或极小值后再进行分析、推断和计算,使问题得以解决。
〖应用示范〗【例1】在如图2-4-1所示的电路图中,滑动变阻器的最大阻值是16Ω,当闭合开关S后,滑片P 滑到什么位置时,灯泡发光最暗?(设灯泡的电阻不受温度的影响)。
【绿色通道】要使灯泡最暗,就要求灯泡的电功率最小,由P=I 2R L 可知,R L 不变,在串联电路中必须让电路中的电流最小。
而滑动变阻器的滑片P 在最左端和最右端都将使电路中的电流最大,所以滑片P 只能是在最左端和最右端之间才行,且使R 左、R 右的并联电阻最大,已知R 左+R 右=16Ω,则R 左=R 右=8Ω时,并联电阻最大。
即只有当滑片P 在滑动变阻器R 的中点时,灯泡发光最暗。
答案:中点。
【红色警戒】解决此类题目的最大错点就在于学生不明白灯泡的明亮程度取决于灯泡的实际电功率,往往觉得灯泡的额定功率越大,灯泡就越亮。
其次,当已知两个值之和时(R 1+R 2=16Ω),要求R 并= R 1R 2/(R 1+R 2)最大,即R 1R 2最大,只要R 1=R 2就行。
这其实就是运用简单的数学知识来解决物理问题。
然而,这也是许多同学无法跨越的障碍之一。
【例2】一传感器(可以看作一纯电阻)上标有“3V ,0.9W ”字样,为了检测它的电学性能,设计了如图2-4-2所示的电路,将它与滑动变阻器串联,滑动变阻器上标有“10Ω,1A ”字样。
(1)为确保电路安全,请计算在 a 、b 间所加电压的最大值。
高考物理极值法解题例题解析

2019高考物理极值法解题例题解析俗话说,“习惯成自然”,良好的学习习惯对学习有着重要的促进作用,查字典物理网小编编辑整理了高考物理极值法解题例题解析,希望考生们通过对复习资料的娴熟来为考试复习锦上添花。
一、方法简介
通常状况下,由于物理问题涉及的因素众多、过程困难,很难干脆把握其改变规律进而对其做出精确的推断.但我们若将问题推到极端状态、极端条件或特别状态下进行分析,却可以很快得出结论.像这样将问题从一般状态推到特别状态进行分析处理的解题方法就是极端法.极端法在进行某些物理过程的分析时,具有独特作用,恰当应用极端法能提高解题效率,使问题化难为易,化繁为简,思路敏捷,推断精确.
用极端法分析问题,关键在于是将问题推向什么极端,采纳什么方法处理.详细来说,首先要求待分析的问题有“极端”的存在,然后从极端状态动身,回过头来再去分析待分析问题的改变规律.其实质是将物理过程的改变推到极端,使其改变关系变得明显,以实现对问题的快速推断.通常可采纳极端值、极端过程、特别值、函数求极值等方法.
二、典例分析
1.极端值法
对于所考虑的物理问题,从它所能取的最大值或最小值方面进行分析,将最大值或最小值代入相应的表达式,从而得到所需的结
论.
【例1】如图所示,电源内阻不能忽视,R1=10Ω,R2=8Ω,当开关扳到位置1时,电流表的示数为0.2A;当开关扳到位置2时,电流表的示数可能是。
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正确使用极值法解决物理问题
在平时的教学中,常遇到“极值”问题,但多数教师都是通过数学方法进行分析.不仅要求学生具有较好的物理基础,更需具有较高的数学应用能力,如果教师能教给学生灵活运用物理的思想和方法去解决问题,这对提升学生的物理思维和物理素养不无裨益.
一、中考原题
如图1 所示,两个完全相同的量筒里分别盛有质量
相等的水和酒精,A 、B 两点到量筒底部的距离相等,则A 、B 两点受到液体的压强A p 和B p 的大小关系是( ).
A. A B p p >
B.
A B p p < C. A B p p = D.无法比较
学生1(常规法):假设液体的总重力都为G ,液体密度分别为A 和B ,且A B >,量筒的横截面积均为S ,A 、B 两点距量筒底的距离都为h ,图2中,A 、B 两点以上液体的重力,即阴影部分液体的重力分别为A G 和B G ,则
A A A A A A G G F G G gSh G p gh S S S S S ρρ--=====-下①
B B B B B G G F G G gSh G p gh S S S S S ρρ--=====-B 下 ② 由①②两式及A B ρρ>得A B p p <.
学生2(极值法): A 、B 两点距底部的距离相同,具有随意性,可假设A 、B 两点在甲容器的液面高度上(如图3),此时0,A p =0B p >,所以A B p p <.
从以上两种方法可以看出,在解决物理问题时,当一个物理量或物理过程发生变化时,运用“极值法”对其变量作合理的延伸,把问题推向极端,往往会使问题化难为易,达到“事
半功倍”的效果.那么如何正确使用极值法呢?
二、极值法正确使用过程分析
如图4所示,甲、乙两个质量相等的均匀实心正方体放在水平地面上,已知铜的密度大于铁的密度,若沿水平方向分别截去体积相等的部分,则剩余部分对水平面的压强p 甲和p 乙的大小关系是( )
A. p p >乙甲
B. p p <乙甲
C. p p =乙甲
D.都有可能
极值法:假设将甲全部消去,则剩余部分对水平面的压强p 甲=0和0p >乙,因此,该题选择B.事实果真如此吗?
假设G G G ==乙甲,边长分别为a 和b ,且a a b <,密度分别为甲和乙,且ρρ>乙甲截去的体积均为V ,则剩余部分对水平面的压强222G gV g G p V a a a ρρ-==-甲甲甲③, 222G gV
g G p V b b b ρρ-==-乙乙乙④,由22G G a b
>,22g g a b ρρ>乙甲,画出③④两式的压强一截去体积图像如图6所示.
由图6来看,当截去一定的体积时,剩余部分对水平面的压强p 甲和p 乙有可能相同(M
点),即由③④两式相等2222g g G G V V a a b b ρρ-=-乙甲,解得2222
()G b a V gb ga ρρ-=-乙甲.当截去的体积2222()G b a V gb ga ρρ-<-乙甲时,p p >乙甲.当截去的体积2222()G b a V gb ga
ρρ-=-乙甲时,p p =乙甲.当
截去的体积22222()G b a a V gb ga ρρ->>-乙甲时,p p <乙甲.所以该题正确答案为D. 正确使用极值法:假设截去的体积趋向为0,则剩余部分对水平面的压力基本相同,所以压强p p >乙甲;若将甲全部消去,则剩余部分对水平面的压强p p <乙甲,中间必然存在截去一定体积时p p =乙甲.因此,该题选D.
为何例1采用极值法时不用考虑另一极端呢,根据①②两式,可画出压强一高度图像,如图7所示,由图像可以看出,A 、B 两点受到液体的压强A p 和B p 都随高度h 的增大而减小,A p 先减小到0,并且始终A B p p <.
由前面的分析可以看出,使用极值法解决物理动态变化问题时,是否需要考虑两极端,取决于所求物理量随动态变化物理量变化而变化时,是否有确定的大小关系.如果有确定的大小关系只需考虑一个极端,否则,就需要考虑两极端.当然,在不知道是否需要考虑另一极端的情况下,我们可以对两极端都进行考虑,再进行判断.
三、极值法应用实例
如图8所示电路,电源电压保持不变,1R 为定值电阻,2R 为滑动变阻器(2R 最大阻值大于定值电阻1R ).
当开关S 闭合后
(1)滑动变阻器的滑片P 向右端滑动过程中,电压表示数将( ).
A.增大
B.不变
C.减小
D.无法判断
(2)滑动变阻器的滑片P 向右端滑动过程中,滑动变阻器2R 消耗的电功率将( ).
A.增大
B.不变
C.减小
D.先增大后减小
第(1)问,当滑片P 处在滑动变阻器最左端时,变阻器接入电路的电阻为零,相当于电压表接在一根导线的两端,故示数为零.由2R 最大阻值大于定值电阻1R ,可假设2R 最大阻值,当滑片P 滑动到最右端时,电压表示数接近电源电压,达到最大值.因此,电压表的示数由无变有,由小变大,该问选择A.
第2问,当滑片P 处在滑动变阻器最左端时,电压表示数为零,滑动变阻器消耗的功率也为零;当滑片P 滑动到最右端时,仍假设2R 最大阻值,电压表示数接近电源电压,由
2/
得到,此时滑动变阻器消耗的功率→0.由此可以判断出滑动变阻器消耗的功率必P U R
然先变大后减小.因此,该题选D.
用极值法解决物理问题时,不仅给学生解决问题多提供一条思路,还可以让复杂的问题简单化,特别是做客观题时往往会取得事半功倍的效果.但如果搞不清极值法的正确使用方法,就会出现错误的结果.
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