49、思想方法6 对称思想-【名师伴你行】2023高考物理二轮复习专题训练教师用书课件PPT（新高考）

思想方法6　对称思想 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 [方法概述] 对称是一种美,只要对称,必有相等的量存在.对称法是从对称的角度研究、处理物理问题的一种思维方法,时间和空间上的对称,表明物理规律在某种变换下具有不变的性质.用这种思维方法来处理问题可以开拓思路,使复杂问题的求解变得简洁.高中物理中的对称主要有受力对称和运动的对称,电场中等量电荷产生的电场具有对称性,带电粒子在匀强有界磁场中的运动轨迹具有对称性,简谐运动和波在时间和空间上具有对称性,光路具有对称性……解题时,要充分利用这些特点. 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 　　1.抛体运动中的对称性 如图所示,物体从某点以速度v0竖直上抛,经过A、B两点后到最高点C再返回.运动过程中的对称性体现在: (1)时间对称:物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等,同理tAB＝tBA. (2)速度对称:物体上升过程经过A点的速度与下降过程经过A点的速度大小相等. [分类应用] 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 [典例1]　如图所示,沿水平方向向一堵竖直光滑的墙壁抛出一个弹性小球A,抛出点离水平地面的高度为h,距离墙壁的水平距离为s,小球与墙壁发生弹性碰撞后,落在水平地面上,落地点距墙壁的水平距离为2s,求小球抛出时的初速度v0(不计空气阻力,重力加速度为g). 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 [解析]　小球与墙壁发生弹性碰撞,故与墙壁碰撞前后入射速度与反射速度具有对称性,碰撞后小球的运动轨迹与无墙壁阻挡时小球继续前进的轨迹对称,如图所示,所以小球的运动可以转换为平抛运动处理,效果上相当于小球从A'点水平抛出的平抛运动,可知抛出点到落地点的水平距离为3s.根据平抛运动的规律有3s＝v0t、h＝gt2,解得v0＝3s. [答案]　3s 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 　　2.简谐运动中的对称性 [典例2]　如图所示,轻弹簧的一端固定在地面上,另一端与木块Q相连,木块P放在木块Q上,两木块的质量均为m,在木块P上施加竖直向下的力F,整个装置处于静止状态.重力加速度为g.突然将力F撤去,若运动中P、Q不分离,求P、Q共同运动到最高点时,Q对P的弹力FN. 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 [解析]　力F撤去后,系统运动具有明显的对称性,故该题可以利用最高点与最低点的对称性来求解.如果撤去外力后,P、Q在整个运动过程中不分离,则系统在竖直方向上做简谐运动(运动学方程为y＝Asin ωt),最低点和最高点关于平衡位置对称.设弹簧自然长度为l0,P、Q放在弹簧上面不外加压力F且系统平衡时,如果弹簧被压至O点,压缩量为b,则有2mg＝kb;外加压力F后等系统又处于平衡时,设弹簧又被压缩了A,则有2mg＋F＝k(b＋A),解得F＝kA.当撤去外力F后,系统将以O点为中心,以振幅A在竖直平面内上下做简谐运动.在最低点有F合＝k(b＋A)-2mg＝F,方向向上,由牛顿第二定律可知,该瞬间系统的加速度a＝,方向向上;根据系统运动到最高点与最低点时具有对称性,可知系统在最高点时,系统的加速度a＝,方向向下.此时以P为研究对象,由牛顿第二定律有mg-FN＝ma,解得FN＝mg-. [答案]　mg- 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 　　3.均匀带电圆盘(圆环)电场的对称性 [典例3]　[2022山东卷]半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置,圆心位于O点,环上均匀分布着电量为Q的正电荷.点A、B、C将圆环三等分,取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷.将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点.O点的电场强度刚好为零,圆环上剩余电荷分布不变,q为 (　　) A.正电荷,q＝ B.正电荷,q＝ C.负电荷,q＝ D.负电荷,q＝ 第1页 （新）高考二轮复习·物理　 [解析]　半径为R的绝缘圆环上电荷的线密度为,则A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷量q0＝ΔL.没有取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷时,根据对称性可知O点的电场强度为零,取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷后,剩余部分电荷在O点产生的电场强度与A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷在O点产生的合电场强度大小相等、方向相反,而A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷在O点产生的电场强度大小均为E1＝,夹角为120°,它们的合电场强度水平向左,所以剩余部分电荷在O点产生的电场强度大小E＝,方向水平向右,则在D点的点电荷q在O点产生的电场强度大小E2＝＝E,方向水平向左,故q为负电荷,解得q＝4q0＝,C正确. [答案]　C 第1页 （新）高考二轮复