极限思维法
物理中体现极限思维的常见方法有极限法、微元法。极限法是把某个物理量推向极端,从而做出科学的推理分析,给出判断或导出一般结论。该方法一般适用于题干中所涉及的物理量随条件单调变化的情况。微元法将研究过程或研究对象分解为众多细小的“微元”,只需分析这些“微元”,进行必要的数学方法或物理思想处理,便可将问题解决。极限思维法在进行某些物理过程分析时,具有独特作用,使问题化难为易,化繁为简,收到事半功倍的效果。
[例3] 在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小。仪器中用一根轻绳悬挂着一个金属球,无风时金属球自由下垂,当受到沿水平方向吹来的风时,轻绳偏离竖直方向一个角度并保持恒定,如图所示。重力加速度为g,关于风力大小F与金属球质量m、偏角θ之间的关系,下列表达式中正确的是( )
A.F=mgtan θ B.F=mgsin θ
C.F= D.F=
[解题指导] 本题常规解法是对金属球进行受力分析(受风力F、重力mg和绳的拉力),金属球在此三力作用下处于平衡状态,根据力的矢量三角形可得F=mgtan θ。本题还有更简捷的解法:利用极限的思想,当θ=0°时,风力F=0,代入排除C、D;当θ=90°时,风力无穷大,排除B,所以A正确。
[答案] A
妙招点评:有的问题可能不容易直接求解,但是将题中的某些物理量的数值推向极限时,就可能会对这些问题的选项是否合理进行相对简洁的分析和判断。
[链接高考]
3.(2015·全国卷Ⅰ·T18)一带有乒乓球发射机的乒乓球台如图所示。水平台面的长和宽分别为L1和L2,中间球网高度为h。发射机安装于台面左侧边缘的中点,能以不同速率向右侧不同方向水平发射乒乓球,发射点距台面高度为 3h。不计空气的作用,重力加速度大小为g。若乒乓球的发射速率v在某范围内,通过选择合适的方向,就能使兵乓球落到球网右侧台面上,则v的最大取值范围是( )
A.<v<L1
B.<v<
C.<v<
D.<v<
D [设以速率v1发射乒乓球,经过时间t1刚好落到球网正中间。则竖直方向上有3h-h=gt ①,水平方向上有=v1t1 ②。
由①②两式可得v1=。
设以速率v2发射乒乓球,经过时间t2刚好落到球网右侧台面的两角处,在竖直方向有3h=gt ③,在水平方向有=v2t2 ④。
由③④两式可得v2=。
则v的最大取值范围为v1<v<v2。故选项D正确。]