存在與這道高考題對(duì)應(yīng)的物理模型嗎

1、存在與這道高考題對(duì)應(yīng)的物理模型嗎 物理模型是人們通過(guò)科學(xué)思維對(duì)物理世界中的原物的抽象描述.它是按照物理學(xué)研究的特定目的，用物質(zhì)形式或思維形式對(duì)原型客體本質(zhì)關(guān)系的再現(xiàn).人們通過(guò)對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)與研究，去獲得關(guān)于原型客體的知識(shí)及其在自然界中的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，它是物理科學(xué)研究常用的一種方法.有些教師對(duì)2009年高考全國(guó)卷第15題的科學(xué)性產(chǎn)生了質(zhì)疑，認(rèn)為生活中并不存在滿足題意的物理模型. 原題兩物體甲和乙在同一直線上運(yùn)動(dòng)，它們?cè)?0.40 s時(shí)間內(nèi)的v-t圖象如圖1所示.若僅在兩物體之間存在相互作用，則物體甲與乙的質(zhì)量之比和圖中時(shí)間t1分別為 a.13和0.30 sb.3和0.30 s c.13和0.2

2、8 sd.3和0.28 s 有教師認(rèn)為：題中所給的v-t圖象在t1時(shí)刻甲乙速度相等，t1時(shí)刻后甲繼續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，乙繼續(xù)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)直至速度減為零，這在只有甲、乙相互作用的情況下是不可能的.而實(shí)際上，生活中是存在這樣的物理模型的. 如圖2所示，光滑水平面上置有一粗糙程度均勻的木板，其質(zhì)量為m2，長(zhǎng)度足夠長(zhǎng).另有一四驅(qū)電動(dòng)小車，其質(zhì)量為m1，且輪胎粗糙程度均勻.現(xiàn)使小車輪胎在其內(nèi)部電機(jī)的作用下以角速度勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使小車以水平向左的初速度v沖上木板.現(xiàn)討論它們的v-t變化. 對(duì)于小車，其與木板接觸部分是輪胎邊緣，設(shè)輪胎半徑為r，則開(kāi)始時(shí)其與木板接觸點(diǎn)的速度為v+r.而木板速度為零.

3、輪胎邊緣與木板產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，摩擦力恒定，導(dǎo)致小車做勻減速運(yùn)動(dòng)，木板做勻加速運(yùn)動(dòng).那么這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能維持多久呢？這與有關(guān).只要輪胎邊緣的速度大于木板的速度，就能產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而維持這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài).現(xiàn)假設(shè)小車能勻減速至零，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，則木板的速度為m1vm2，此時(shí)輪胎邊緣的速度為r.在這一時(shí)刻，只需rm1vm2，木板和輪胎邊緣仍能產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，并進(jìn)一步維持勻變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài).由此可以看出，當(dāng)r=m1vm2時(shí)，木板和小車的v-t圖象如圖3所示. 當(dāng)rm1vm2時(shí)，取水平向左為正方向，木板和小車的末速度大小可由方程組 r-v車=v板， m1v=m2v板-m1v車 得出.木板和小車的v-t圖象如圖4所示. 在上述模型中，由于存在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面可以認(rèn)為是輕質(zhì)輪胎；另一方面即使考慮輪胎質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理：外=mc，小車所受外力即為摩擦力.由此可以得出，小車質(zhì)心的速度變化情況，以及木板的速度變化情況，同樣如上所述. 回過(guò)頭來(lái)看這道高考題，命題專家意在考查學(xué)生對(duì)牛頓第二、三定律的宏觀理解以及對(duì)v-t圖象的掌握程度，同時(shí)為了加大試題的靈活性，故意涉及