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匀变速直线运动的规律及其应用是高中物理重要的基础内容,也是难点之一。高一学生开学不久就会学习这部分知识,繁多的公式是学生前所未见的,相当一部分学生会被困难吓倒,从而对物理学科产生了畏难情绪,失去对物理学习的兴趣,给后面的教学造成被动。而高二、高三学生在解决综合性问题时,经常要用到匀变速直线运动的规律,其中许多学生使用得不够简洁。笔者在教学实践中,注意帮助学生分析匀变速直线运动问题及公式的特点并总结出应用这些规律的技巧,不仅有效地突破了这一教学难点,而且还能使这一难点转化为学生解决问题的有力武器。现总结如下:
1.匀变速直线运动问题的特点
求解匀变速直线运动的问题其实就是求解描述匀变速直线运动的运动学量的问题,具体地说,就是将描述匀变速运动的位移(x)、初速度(v0)、末速度(vt)、加速度(a)、时间(t)共五个运动学量分析清楚。匀变速直线运动问题的特点就是:在这五个运动学量中,由题目直接给出或隐含给出部分运动学量,据此求解其它运动学量。
2.应用匀变速直线运动规律的技巧
(1)技巧一:若已知上述五个运动学量中的任意三个量,只需要一步就可以求出其它两个未知量中的任一个。
这是由于每个公式中都含有四个运动学量,因此只要已知三个运动学量,就可以根据已知量和待求量从上述公式中选择出含有这四个运动学量的规律公式求解出待求量。
(2)技巧二:若已知上述五个运动学量中的四个量,将有四种方法求解剩下的一个量。
例如:上面例题中,求出汽车刚开上桥头时的速度后,再求汽车的加速度是多大?
解题分析:通过以上的求解,此时已经知道了汽车在桥上的运动时间(t)、位移(x)、初速度(v0)、末速度(vt)四个量,要求解加速度(a)。此时,除了不能使用不含加速度的公式x=t求解之外,其它的四个公式任选其一即可求解。
由以上的两个技巧可以看出:对于做匀变速直线运动的物体,只需要知道描述该物体的三个运动学量,就可以完全掌握该物体的运动情况。对于未知的两个量,可以选择合适的公式高效率地求解。
3.运用技巧为高效课堂增色
(1)技巧可以让我们轻松破题,顺利解题
求解较复杂的运动学问题时,依据匀变速直线运动公式的特点,再结合题目的已知条件,不仅可以帮助我们迅速破题、指导我们顺利地找到最佳题设物理量,还可以引导我们恰当地选择公式求解问题。
例如:质量为m的物体放在水平地面上,与水平地面间的动摩擦因数为,在水平拉力F作用下,物体从静止开始做加速运动,经过一段时间后撤去拉力F,物体又滑行一段时间后停下,若整个过程所用的时间是t,求物体在全过程中的位移大小。
解题分析:这是已知受力求运动的动力学问题。物体的运动分为两段,根据物体的受力情况由牛顿第二定律即可求出两段运动的加速度a1、a2。此时,对于第一段运动已具备了两个量:初速度(v0=0)、加速度(a1);对于第二段运动也具备了两个量:加速度(a2)、末速度(vt=0)。题目要求解的总位移s应是两段运动位移s1、s2之和,而要求解s1、s2均需要三个量,因此两段运动所给的条件暂时是不够的。此时必须题设物理量,且题设物理量越少越好。
设撤去拉力F时物体的速度为v,此速度既是第一段运动的末速度,也是第二段运动的初速度。经过题设v,这时每段运动均已具备三个量,即可轻松求出s1、s2、t1、t2,将它们分别代入主体方程s1+s2=s及t1+t2=t联立求解即得。
(2)技巧可以让我们的思维有高度
在整个高中物理教学中,笔者坚持不懈地用总结出的技巧去指导学生分析和解决问题,经过一定时间的训练,学生的思维能力得到了有效的提高,每当遇到匀变速运动过程,师生均有高屋建瓴的感觉,难点转化成了解决问题的有力武器。
例如:在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中固定放置一光滑的绝缘斜面,其倾角为θ,设斜面足够长,磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,电场方向竖直向上。一质量为m,带电量为q的小球静止在斜面顶端,这时小球对斜面的正压力恰好为零。在释放小球的同时,迅速将电场方向反转竖直向下,电场强度大小不变,设B、q、θ和m为已知。求:小球能在斜面上连续滑行多远?所用时间是多少?
解题分析:这是已知受力求运动的动力学问题。直接给出的运动学量只有初速度(v0=0),要求解位移s及时间t。
电场方向反转前,由mg=qE求得E,以备后用。电场方向反转后,通过对小球受力分析可以判断:虽然小球在离开斜面之前受到的洛伦兹力、支持力不断发生变化,但是小球所受到的合外力不变。因此,小球在斜面上做匀变速直线运动。
加速度a可以由牛顿第二定律列出方程(mg + qE)sinθ=m a求出;末速度v(小球离开斜面时的速度)可以由q vB =(mg + qE) cosθ求出。此时,对于这段匀变速直线运动已具备三个运动学量:初速度(v0=0)、加速度(a)、末速度(v),即可求出位移s及时间t。
(3)技巧可以让我们的教与学充满自信
虽然物理规律是主要教学内容之一,但是教材中一般只有规律的内容以及规律的建立过程,很少阐述如何运用规律。掌握书本上的知识只是完成了教学的初步,作为教师不应满足于此,应怀着对科学的热爱,热情饱满地带领学生按照物理学的研究方法来发现问题、思考问题、探索规律、讨论规律和运用规律在结合对实际问题的讨论中,深化、活化对物理规律的理解,并逐步总结出一些带有规律性的思路和方法。这不仅有助于提高学生的思维能力,也有助于激发学生的学习兴趣和求知欲望。这定会让我们的课堂变得高效而且充满自信。
(作者单位:江苏省邳州第二中学)
1.匀变速直线运动问题的特点
求解匀变速直线运动的问题其实就是求解描述匀变速直线运动的运动学量的问题,具体地说,就是将描述匀变速运动的位移(x)、初速度(v0)、末速度(vt)、加速度(a)、时间(t)共五个运动学量分析清楚。匀变速直线运动问题的特点就是:在这五个运动学量中,由题目直接给出或隐含给出部分运动学量,据此求解其它运动学量。
2.应用匀变速直线运动规律的技巧
(1)技巧一:若已知上述五个运动学量中的任意三个量,只需要一步就可以求出其它两个未知量中的任一个。
这是由于每个公式中都含有四个运动学量,因此只要已知三个运动学量,就可以根据已知量和待求量从上述公式中选择出含有这四个运动学量的规律公式求解出待求量。
(2)技巧二:若已知上述五个运动学量中的四个量,将有四种方法求解剩下的一个量。
例如:上面例题中,求出汽车刚开上桥头时的速度后,再求汽车的加速度是多大?
解题分析:通过以上的求解,此时已经知道了汽车在桥上的运动时间(t)、位移(x)、初速度(v0)、末速度(vt)四个量,要求解加速度(a)。此时,除了不能使用不含加速度的公式x=t求解之外,其它的四个公式任选其一即可求解。
由以上的两个技巧可以看出:对于做匀变速直线运动的物体,只需要知道描述该物体的三个运动学量,就可以完全掌握该物体的运动情况。对于未知的两个量,可以选择合适的公式高效率地求解。
3.运用技巧为高效课堂增色
(1)技巧可以让我们轻松破题,顺利解题
求解较复杂的运动学问题时,依据匀变速直线运动公式的特点,再结合题目的已知条件,不仅可以帮助我们迅速破题、指导我们顺利地找到最佳题设物理量,还可以引导我们恰当地选择公式求解问题。
例如:质量为m的物体放在水平地面上,与水平地面间的动摩擦因数为,在水平拉力F作用下,物体从静止开始做加速运动,经过一段时间后撤去拉力F,物体又滑行一段时间后停下,若整个过程所用的时间是t,求物体在全过程中的位移大小。
解题分析:这是已知受力求运动的动力学问题。物体的运动分为两段,根据物体的受力情况由牛顿第二定律即可求出两段运动的加速度a1、a2。此时,对于第一段运动已具备了两个量:初速度(v0=0)、加速度(a1);对于第二段运动也具备了两个量:加速度(a2)、末速度(vt=0)。题目要求解的总位移s应是两段运动位移s1、s2之和,而要求解s1、s2均需要三个量,因此两段运动所给的条件暂时是不够的。此时必须题设物理量,且题设物理量越少越好。
设撤去拉力F时物体的速度为v,此速度既是第一段运动的末速度,也是第二段运动的初速度。经过题设v,这时每段运动均已具备三个量,即可轻松求出s1、s2、t1、t2,将它们分别代入主体方程s1+s2=s及t1+t2=t联立求解即得。
(2)技巧可以让我们的思维有高度
在整个高中物理教学中,笔者坚持不懈地用总结出的技巧去指导学生分析和解决问题,经过一定时间的训练,学生的思维能力得到了有效的提高,每当遇到匀变速运动过程,师生均有高屋建瓴的感觉,难点转化成了解决问题的有力武器。
例如:在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中固定放置一光滑的绝缘斜面,其倾角为θ,设斜面足够长,磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,电场方向竖直向上。一质量为m,带电量为q的小球静止在斜面顶端,这时小球对斜面的正压力恰好为零。在释放小球的同时,迅速将电场方向反转竖直向下,电场强度大小不变,设B、q、θ和m为已知。求:小球能在斜面上连续滑行多远?所用时间是多少?
解题分析:这是已知受力求运动的动力学问题。直接给出的运动学量只有初速度(v0=0),要求解位移s及时间t。
电场方向反转前,由mg=qE求得E,以备后用。电场方向反转后,通过对小球受力分析可以判断:虽然小球在离开斜面之前受到的洛伦兹力、支持力不断发生变化,但是小球所受到的合外力不变。因此,小球在斜面上做匀变速直线运动。
加速度a可以由牛顿第二定律列出方程(mg + qE)sinθ=m a求出;末速度v(小球离开斜面时的速度)可以由q vB =(mg + qE) cosθ求出。此时,对于这段匀变速直线运动已具备三个运动学量:初速度(v0=0)、加速度(a)、末速度(v),即可求出位移s及时间t。
(3)技巧可以让我们的教与学充满自信
虽然物理规律是主要教学内容之一,但是教材中一般只有规律的内容以及规律的建立过程,很少阐述如何运用规律。掌握书本上的知识只是完成了教学的初步,作为教师不应满足于此,应怀着对科学的热爱,热情饱满地带领学生按照物理学的研究方法来发现问题、思考问题、探索规律、讨论规律和运用规律在结合对实际问题的讨论中,深化、活化对物理规律的理解,并逐步总结出一些带有规律性的思路和方法。这不仅有助于提高学生的思维能力,也有助于激发学生的学习兴趣和求知欲望。这定会让我们的课堂变得高效而且充满自信。
(作者单位:江苏省邳州第二中学)