物理习题中的变和不变

物理问题中有许多“变化”和“不变”的因素。从某种意义上说，认识“变化”和“不变”可以找到正确解决问题的出发点。

例1:入射光和镜面之间的角度为30度，反射光和入射光之间的角度为:如果入射角变大，反射光和镜面之间的角度将变大。

分析:反射光、入射光和法线在同一平面上，反射光和入射光在法线的两侧分开，反射角等于入射角(反射定律)。法线垂直于镜面(夹角为90度)，入射角应为60度。根据反射定律，反射角等于60度的入射角，所以反射光和入射光的夹角应为120度。入射光和镜面之间的角度越大，意味着入射角越小，因为反射角等于入射角，所以当入射光和镜面之间的角度变大时，反射光和镜面之间的角度变大。

在这个例子中，反射定律是解决问题的基础。在这个问题中，常数是“反射角等于入射角”和“法线”；改变的是入射角。前面的问题提醒我们要找到入射角和入射光与镜子之间的角度之间的关系。后一个问题是在前一个问题的基础上进一步分析得出的。

例2:放置在水平面上的物体重500牛顿。现在给它一个300牛顿的垂直向上拉力。物体的合力是多少？

分析:想象一下，如果一个重达500头牛的物体可以用300头牛的垂直向上拉力举起？当一个物体在力的作用下处于静态或匀速直线运动的状态时，我们说这个物体处于平衡状态。物体在平衡状态下的合力为零。当一个物体被向上拉时，它的运动状态不会改变，它仍然保持静止，因此它所受到的合力为零(此时，物体不仅会受到两个力的影响，而且会在三个力的作用下保持平衡)。我们给了它向上的拉力是什么效果？静止在水平面上的物体受到重力和水平面支撑力的影响。当没有向上的拉力时，物体上的重力和支撑力是一对平衡力(合力为零)；当我们给它一个向上的拉力时，如果拉力小于物体的重量，水平面仍然会给它一个向上的支撑力。随着拉力的增加，支撑力将逐渐减小。当拉力等于物体的重量时，水平面对物体的支撑力将为零。这时，物体只受重力和拉力的影响。当拉力的大小大于物体的重量时，物体所受的合力不再为零，方向垂直向上，物体将垂直向上加速运动(运动状态发生变化)。

在这个例子中，重力的方向、物体重量的大小以及拉力的方向和大小是不变的。改变的是物体在水平面上的压力和水平面对物体的支撑力。

例3:在温度为20℃的房间里，从容器中取出一个长时间放在酒精中的温度计，温度计会显示。

分析:当温度计取出时，一些酒精仍会留在上面。酒精的蒸发会带走温度计的热量，导致温度计的指示器下降。因为酒精很少，所以很快就会蒸发。当酒精蒸发时，温度计会吸收周围的热量，所以指示器会再次上升。因此，温度计的指示器应该先下降，然后上升。

物理问题中的“变化”经常与物理定律联系在一起。“不变性”经常与标准和概念联系在一起。当遇到问题时，弄清楚什么是“改变”，什么是“不改变”。

例4:如何将幻灯机上的图片调大？

简要分析:幻灯机是利用凸透镜形成放大、倒置和实像的原理制成的。幻灯机的镜头相当于凸透镜，焦距保持不变。根据凸透镜成像定律，当凸透镜形成实像时，图像越大，图像离透镜越远，物体离透镜越近(离焦点越近)，即为了使图像更大，图像距离应变大，物体距离应变小。如果你想把画面放大(结果)；幻灯机到屏幕的距离应该变大，而幻灯片到镜头的距离应该变小(原因)。