高中物理概念教学中概念图的应用实践

大学物理与光电·能源学部215006梁瑶桑芝芳陈钢

一、叠加原理

当一个系统受到某种作用时，就会有对应的响应.当几个作用同时作用系统的效果等效于单个作用分别作用于系统的和效果时，我们就说作用满足叠加原理，这个系统也称为线性系统.

叠加原理在电磁学、电动力学中应用极其广泛，它是物理学的基本原理之一.如果物理量是标量，我们可以把数值直接相加减；而如果是矢量就要符合平行四边形法则.叠加原理在矢量的运算、合成以及公式推导方面应用显著，例如电场强度、磁场强度、重力场等.他们具有不可入性，因而又不同于一般的矢量叠加.

二、复合场

1.电场和重力场复合

（1）如图1，质量为m的物体仅在重力场作用下，它的动力学方程是m=m.如果物体的初速度为0，物体将做自由落体运动.如果物体初速度不为0，物体将做匀变速曲线运动.

（2）如图2所示，空间中除了重力场，还有如图所示的匀强电场.根据矢量的叠加原理：

用重力场表示：m′=m+q，

用电场表示：q=m+q.

此时物体的动力学方程的形式没变，加速度大小是恒定值.如果物体的初速度为0，物体将做类自由落体运动.如果物体初速度不为0，物体将做匀变速曲线运动.也就是说，在重力场的基础上加一个匀强电场，物体的运动形式不发生变化，反过来也是成立的.

2.重力场和弹力场

如图3所示是弹簧振子的模型，物体所受到的合力为弹簧弹力.

如图4所示，规定向下为正，此时弹簧平衡，

mg=kx0，

mg+F弹=ma，

mg-kx=ma，

kx0-kx=ma，

-k（x0-x）=ma，

-kx′=ma.

3.电场和磁场复合

m=q0×，

m=洛+电→m=q×+q，

可以找到一个V0使得q0×=，

因此m=q×+q0×-q0×+q，

m=q（+0）×.

与未加电场相比，我们发现电荷的动力学方程的形式没有发生改变.同样地，如果磁场与重力场叠加，该形式仍然是不变的.

应用叠加原理，通过对常见复合场的分析，我们发现，均匀背景下物体的运动性质是不变，因此在分析问题是我们可以把均匀背景等效，从而简化问题.

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