中考物理习题中的变与不变

在物理学的学习中，理解“变”与“不变”的关系是掌握物理规律的关键。通过分析具体的物理现象和问题，我们可以更好地理解物理定律的应用，并从中总结出解题的思路和方法。本文将通过对几个典型中考物理习题的详细分析，探讨“变”与“不变”的内在联系，帮助读者更好地理解和应用物理知识。

例1：光的反射定律中的变与不变

题目：入射光线与镜面的夹角是30度，反射光线与入射光线的夹角是多少？如果入射角变大，反射光线与镜面的夹角将如何变化？

分析：

首先，我们需要回顾光的反射定律。根据反射定律，反射光线、入射光线和法线位于同一平面内，且反射光线和入射光线分居在法线两侧，反射角等于入射角。此外，法线与镜面垂直，夹角为90度。因此，入射角和反射角都是相对于法线而言的。

题目中给出的条件是入射光线与镜面的夹角为30度。为了求出反射光线与入射光线的夹角，我们首先需要确定入射角。由于入射角是入射光线与法线之间的夹角，而法线与镜面垂直，因此入射角应为60度（90度 - 30度）。根据反射定律，反射角也等于60度。

因此，反射光线与入射光线的夹角为120度（60度 + 60度）。

接下来，题目问到如果入射角变大，反射光线与镜面的夹角将如何变化。我们知道，入射角变大意味着入射光线与法线的夹角变大，而反射角始终等于入射角。因此，当入射角变大时，反射角也随之变大。由于反射光线与镜面的夹角是反射角的补角（即90度减去反射角），所以当入射角变大时，反射光线与镜面的夹角会变小。

在这个例子中，不变的是反射定律本身，即反射角始终等于入射角；变化的是入射角的大小，进而影响了反射角和反射光线与镜面的夹角。通过这个例子，我们可以看到物理定律是解决问题的基础，而具体条件的变化则会影响最终的结果。

例2：物体受力平衡中的变与不变

题目：一个放在水平面上的物体重500牛，现给它一个竖直向上的大小为300牛的拉力，此时物体受到的合力是多大？

分析：

首先，我们需要明确物体的受力情况。物体在水平面上静止时，受到三个力的作用：重力、支持力和拉力。重力是由地球对物体的引力产生的，方向竖直向下，大小为500牛。支持力是由水平面对物体的支持作用产生的，方向竖直向上，大小等于重力的大小，即500牛。拉力是由外力施加的，方向竖直向上，大小为300牛。

根据牛顿第一定律，物体在不受外力或所受合外力为零时，将保持静止或匀速直线运动状态。因此，当物体静止时，它处于平衡状态，所受的合力为零。在没有拉力的情况下，物体受到的重力和支持力是一对平衡力，合力为零。

当我们给物体施加一个竖直向上的拉力时，物体仍然保持静止，说明它仍然处于平衡状态，因此它所受的合力仍然是零。

那么，拉力起到了什么作用呢？实际上，拉力的作用是减少了物体对水平面的压力。在没有拉力的情况下，物体对水平面的压力等于其重力，即500牛。当我们施加一个300牛的拉力时，物体对水平面的压力变为200牛（500牛 - 300牛）。相应地，水平面对物体的支持力也会减少到200牛，以保持物体的平衡状态。

如果我们继续增加拉力，直到拉力的大小等于物重（500牛），此时物体对水平面的压力将变为零，水平面对物体的支持力也将变为零。此时，物体只受到重力和拉力的作用，合力为零，物体仍然保持静止。然而，如果我们进一步增加拉力，使其大于物重，物体将不再处于平衡状态，而是会竖直向上做加速运动。

在这个例子中，不变的是重力的方向和大小、拉力的方向和大小；变化的是物体对水平面的压力和支持力。通过这个例子，我们可以看到，在分析物体的受力情况时，关键是要明确哪些力是恒定的，哪些力是随着条件变化而变化的。

例3：温度计示数变化中的变与不变

题目：在温度为20℃的室内，把一只放在酒精中很长时间的温度计从容器中取出，温度计的示数将如何变化？

分析：

这个问题涉及到温度计的热传导和蒸发冷却效应。当温度计长时间放在酒精中时，它的示数会逐渐接近酒精的温度。由于酒精的温度通常低于室温，因此温度计的初始示数会低于20℃。

当我们把温度计从酒精中取出时，温度计表面会残留一些酒精。这些酒精会在空气中迅速蒸发，蒸发过程会带走热量，导致温度计的温度下降。因此，温度计的示数会先下降。随着酒精的蒸发完毕，温度计的温度开始回升，因为它会从周围的空气中吸收热量，最终达到与室温相同的温度。

需要注意的是，酒精的蒸发速度非常快，因此温度计的示数下降的时间很短。一旦酒精完全蒸发，温度计的示数就会迅速回升到室温。因此，温度计的示数变化可以概括为“先下降后上升”。

在这个例子中，不变的是室温；变化的是温度计的示数，这取决于酒精的蒸发和温度计的热传导。通过这个例子，我们可以看到，物理现象中的变化往往与物质的性质和环境条件密切相关。

例4：凸透镜成像中的变与不变

题目：要想使幻灯机在屏幕上所成的画面大一些，应该怎样调节？

分析：

幻灯机的工作原理基于凸透镜的成像规律。凸透镜可以将物体的像放大并投射到屏幕上。根据凸透镜成像的规律，当物体位于透镜的一侧时，像会出现在透镜的另一侧。像的大小取决于物距（物体到透镜的距离）和像距（像到透镜的距离）。具体来说，像越大，则像距越远，物距越近（越靠近焦点）。

因此，要使幻灯机在屏幕上成的画面更大，我们需要增大像距并减小物距。具体操作方法如下：

1. 增大像距：将幻灯机远离屏幕，使像距变大。这样可以使画面变得更大。

2. 减小物距：将幻灯片靠近透镜，使物距变小。这样可以使像变得更加放大。

需要注意的是，透镜的焦距是固定的，因此我们只能通过调整物距和像距来改变像的大小。此外，像距和物距之间存在一定的关系，不能随意调整。一般来说，物距越接近透镜的焦距，像距就越远，像也就越大。

在这个例子中，不变的是透镜的焦距；变化的是物距和像距。通过这个例子，我们可以看到，物理规律为我们提供了调整参数的方法，而具体的调整则需要根据实际情况进行。

通过对以上四个例子的分析，我们可以看到，“变”与“不变”是物理问题中常见的两种状态。物理规律通常是不变的，它们为我们提供了解决问题的基础；而具体的物理条件则是变化的，它们决定了问题的具体表现形式和结果。在解题过程中，我们需要明确哪些因素是不变的，哪些因素是变化的，从而找到正确的解题思路。

物理学习不仅仅是记忆公式和定律，更重要的是理解这些规律背后的物理意义，并能够灵活运用它们解决实际问题。通过不断练习和思考，我们可以逐渐提高自己的物理思维能力，掌握更多复杂的物理现象和问题。