例析高中物理力学动态问题

来源 :中学生数理化·学习研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaojuan2582
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  对于高中物理力学动态问题,需要建设相应的问题情境,以保证学生形成良好的解题方法,并在情境中建立相应的物理关系,因此要注重培养定性分析能力,在解题中进行综合物理素质的优化和升级。
  一、力学动态问题之动态平衡
  在高中物理力学中,有一类比较常见的物理平衡问题就是共点力平衡,在这样的题目中要保证对于基础物理量进行控制,逐渐改变物体的基本受力情况,要对整个运动过程进行平衡结构的维持。
  例1如图1所示。
  无弹力绳OA,OB交于O点,系住质量为m的物体C,并且和直线垂直方向形成的角度为α,β,都小于90°,现要求O点的位置不变,逐渐增大β角度,直至BO与水平方向平行为止,要求对于相应的AO,BO在整个移动过程中的受力情况进行分析。
  解析:对于节点O进行基本的受力分析,首先是物体C给的拉力FA=mg,其次是受来自于AO,BO的拉力FOA,FOB,其中对于基本的定量要进行集中的标注,就是FA是始终不变的量,而FOA方向不变大小在变化,FOB无论是大小还是方向都在变化。这就需要使用基本的三角形法则对整体受力平衡进行分析,在动态三角形的模型中会发现,FOB随着绳子的逐渐水平开始逐渐变小,直至垂直于FOA时形成最小的数值,然后又逐渐增大。而FOA随着绳BO的变化一直在增大。
  例2在水平面上固定一半球形体,并在球形体的上方安装一个相应的滑轮,通过滑轮用无弹力细绳栓一个小球,将小球置于半球体上的P点,通过滑轮的绳子另一端由人进行缓慢地拉拽,使小球逐渐上升,从P点上升到Q点,在这个过程中,半球体对于小球的支撑力以及绳子对于小球的拉力进行基本的受力分析。
  解析:读题之后首先要对相应的题目进行基本图形的绘制,如图2。
  小球在原始状态下受重力、半球体的支持力以及绳子的拉力,三者保持基本平衡,小球处于静止状态。延长绳子的拉力并且平移半球体的支撑力形成首尾连接的矢量三角形,保证F合=0,得出相应的相似三角形公式LFT=RFN=H+RG。通过相似三角形的公式对相应的受力情况进行分析,得出基本的物体受力情况。
  二、力学问题之牛顿定律的动态分析
  牛顿定律是对整体经典力学研究的核心,不仅能对基础质点的受力状态进行分析,也能对相应的运动演化进行说明。
  例3有一球体从高空坠落呈现的是自由落体运动,下落后正好落在相应的弹簧上,产生了一系列的回弹,具体的回弹路径见图3。小球在A点与弹簧进行接触,当小球接触到B点时,正好小球的基础速度为零,且小球被弹回,下列几种
  情况中正确的是()。
  A.在小球下降过程中,AB段的速度逐渐减小
  B.在小球回弹上升过程中,BA段速度逐渐增大
  C.小球运动状态从下降到上升的过程中,速度的变化情况是先增大后减小
  D.以上的三个说法都不对
  解析:要对小球的整体受力以及基本运动状态进行分段分析。首先是小球下降到接触弹簧,O→A段内物体的最初速度为零,基
  本的受力情况也只是受到重力,呈现的是一
  般的自由落体运动。当小球与弹簧在A点接触的时候,短时间内小球产生的基本的速度,此时除了受重力以外,还受到弹簧的弹力F,但是此时弹力小于基础重力,小球的运动状态呈现的是加速度减小的加速运动。其次是当小球开始和弹簧进行接触并运行AB段,在未弹回的临界点时速度最大,并且整体的合力为零,加速度为零。最后是当小球从B点开始回弹运行BA段,此时的加速度是最大的速度,这个时候拉力大于重力,小球呈现的运动状态是加速度增大的减速运动。通过整体的运动状态判断,我们能得出相应的结论就是:物体的运动是由基本的受力以及初始条件制约的,应选C。
  三、结束语
  在物理学中,任何的计算和推导都不是孤立的,同学们要注重培养知识整合的能力,并且进行相应科目的综合运用,形成良好的物理解题策略,才能将高中物理力学动态问题研究透彻。
  作者单位:江西省宜春市奉新一中
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