论文部分内容阅读
中学物理教学经常会遇到变力问题,例如机车启动,物体做圆周运动,导线切割磁感线等。在这些例子中经常会求变力做功,质点的位移,时间等。开启这类问题的“金钥匙”是动能定理。
一、机车启动过程
机车启动过程涉及到变力问题,解决此类问题具体方法是选好过程,确定初末状态,对研究对象受力分析,能从图象中读出物理量,或算出一些量,再结合动能定理列方程求解。
某学校探究性学习小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平的地面上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理得到如图1所示的v-t图象,已知小车在0~2s内做匀加速直线运动,2s~10s内小车牵引力的功率保持不变,在10s末停止遥控让小车自由滑行,小车质量m=1kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变。求:
(1)小车所受的阻力是多大?
(2)在2s~10s内小车牵引力的功率P是多大?
(3)小车在加速运动过程中的总位移X是多少?
■
图1
解:(1)在10s末撤去牵引力后,小车只在阻力Ef作用下做匀减速运动,设加速度大小为a,则根据a=■,由图象可得a=2m/s2,∴Ff=2N。
(2)小车的匀速运动阶段即7s~10s内,设牵引力为F,则F=Ff 由P=FVm和图象可知Vm=6m/s,∴P=12W。
(3)小车的加速运动过程可以分解为0~2s和2s~7s两段,设对应的位移分别为X1和X2,设在0~2s内的加速度大小为a1,则由图象可得a1=2m/s2,X1=■a1t12,X1=4m。在2s~7s内由动能定理可得P(t2-t1)-FfX2=■mv2m-■mv12 V1=4m/s,m=6m/s,得X2=25m,X=X1+X2,X=29m。
二、导体切割磁感线
导体切割磁感线,如果导体棒所受的是安培力变力,解决此类问题需要把动能定理和动量定理相结合。用动量定理列方程时,对于变化的安培力,可以用平均值等效代替。安培力平均就平均在电流上,平均电流乘以时间就是就是电荷量,再巧妙结合q=n■,是解决此类变力问题关键。
如图2所示,两根光滑的平行金属导轨MN、PQ处于同一水平面内,相距l=0.5m,导轨的左端用的电阻相连,导轨电阻忽略不计,导轨上跨接一电阻金属杆ab,质量m=0.2kg,整个装置放在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=2T,现对杆施加水平向右的拉力F=2N,使它由静止开始运动,求:
■
图2
(1)若已知杆从静止开始运动至最大速度的过程中,R上总共产生10.2J的热量,则此过程中拉力F做的功是多少?此过程持续时间多长?
(2)若杆达到最大速度后,撤去拉力,其向前冲的距离多少?
解:(1)由题意得:F=BIL=■,v=8m/s
由能量守恒:F·X=■mv2+QR+Qr=20J,X=10m
动量定理:
F·t=BIlt=mvq=■F·t-BL·■=mv
t=2.05s
(2)■mv2=Q′R+Q′r=■Q′R
Q′R=48J
mv=BILt′=BL■=B2L2X′
X′=6.4m
所以在中学阶段教师必需对动能定理作深入的讲解,引导学生深入思考,做适量的习题,把这个重要规律和其它物理知识结合起来,对知识应用达到融会贯通。当学生遇到再难的变力问题,都能引刃而解。
一、机车启动过程
机车启动过程涉及到变力问题,解决此类问题具体方法是选好过程,确定初末状态,对研究对象受力分析,能从图象中读出物理量,或算出一些量,再结合动能定理列方程求解。
某学校探究性学习小组对一辆自制小遥控车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平的地面上由静止开始运动,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理得到如图1所示的v-t图象,已知小车在0~2s内做匀加速直线运动,2s~10s内小车牵引力的功率保持不变,在10s末停止遥控让小车自由滑行,小车质量m=1kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变。求:
(1)小车所受的阻力是多大?
(2)在2s~10s内小车牵引力的功率P是多大?
(3)小车在加速运动过程中的总位移X是多少?
■
图1
解:(1)在10s末撤去牵引力后,小车只在阻力Ef作用下做匀减速运动,设加速度大小为a,则根据a=■,由图象可得a=2m/s2,∴Ff=2N。
(2)小车的匀速运动阶段即7s~10s内,设牵引力为F,则F=Ff 由P=FVm和图象可知Vm=6m/s,∴P=12W。
(3)小车的加速运动过程可以分解为0~2s和2s~7s两段,设对应的位移分别为X1和X2,设在0~2s内的加速度大小为a1,则由图象可得a1=2m/s2,X1=■a1t12,X1=4m。在2s~7s内由动能定理可得P(t2-t1)-FfX2=■mv2m-■mv12 V1=4m/s,m=6m/s,得X2=25m,X=X1+X2,X=29m。
二、导体切割磁感线
导体切割磁感线,如果导体棒所受的是安培力变力,解决此类问题需要把动能定理和动量定理相结合。用动量定理列方程时,对于变化的安培力,可以用平均值等效代替。安培力平均就平均在电流上,平均电流乘以时间就是就是电荷量,再巧妙结合q=n■,是解决此类变力问题关键。
如图2所示,两根光滑的平行金属导轨MN、PQ处于同一水平面内,相距l=0.5m,导轨的左端用的电阻相连,导轨电阻忽略不计,导轨上跨接一电阻金属杆ab,质量m=0.2kg,整个装置放在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=2T,现对杆施加水平向右的拉力F=2N,使它由静止开始运动,求:
■
图2
(1)若已知杆从静止开始运动至最大速度的过程中,R上总共产生10.2J的热量,则此过程中拉力F做的功是多少?此过程持续时间多长?
(2)若杆达到最大速度后,撤去拉力,其向前冲的距离多少?
解:(1)由题意得:F=BIL=■,v=8m/s
由能量守恒:F·X=■mv2+QR+Qr=20J,X=10m
动量定理:
F·t=BIlt=mvq=■F·t-BL·■=mv
t=2.05s
(2)■mv2=Q′R+Q′r=■Q′R
Q′R=48J
mv=BILt′=BL■=B2L2X′
X′=6.4m
所以在中学阶段教师必需对动能定理作深入的讲解,引导学生深入思考,做适量的习题,把这个重要规律和其它物理知识结合起来,对知识应用达到融会贯通。当学生遇到再难的变力问题,都能引刃而解。