解決高中物理力學(xué)綜合問題的基本策略分析

1、. .6/6解決高中物理力學(xué)綜合問題的基本策略中學(xué) 永衛(wèi)在物理教學(xué)中，如何指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)掌握準(zhǔn)確而又迅速地選擇最簡單的解題方法，這是新時(shí)期物理創(chuàng)新教學(xué)中的一個(gè)重要的課題。因此，教會(huì)學(xué)生掌握一定的解題方法，力求解題方法的最優(yōu)化是十分必要的，是符合“教是為了不教”的科學(xué)教學(xué)原則。物理學(xué)有許多容，如力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子和原子核物理學(xué)等等，力學(xué)知識(shí)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，力學(xué)所要解決的中心課題是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。我認(rèn)為在物理教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生解決高中物理力學(xué)綜合問題應(yīng)從以下四個(gè)方面入手。一深刻理解、熟練掌握物理規(guī)律，是解決力學(xué)綜合問題的基礎(chǔ)和前提解答物理習(xí)題的依據(jù)是物理定理、定律等，若選用的方法恰當(dāng)，就能化

2、繁為簡，化難為易。因而，在解題時(shí)不但要審清題意，明確物理過程，找出已知量與待求量之間的關(guān)系，而且要注意恰當(dāng)選用規(guī)律、公式，盡量使已知量與待求量直接包含在所選規(guī)律之中。這就要求深刻理解各規(guī)律的適用條件和圍，熟練掌握物理規(guī)律。1一般情況下，若研究某一時(shí)刻（或某一位置）的動(dòng)力學(xué)問題，用牛頓第二定律求解。2研究某一物理過程的力學(xué)問題時(shí)，物理規(guī)律的選用通常遵循以下原則：若物體受到的各個(gè)力均是恒力，且又直接涉與物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度問題，應(yīng)采用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解。對于不涉與物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度，而涉與運(yùn)動(dòng)時(shí)間的問題，如打擊一類問題，因作用時(shí)間極短且沖力隨時(shí)間變化，則應(yīng)用動(dòng)量定理求解。對于不涉與

3、物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間的問題，無論是恒力做功還是變力做功，一般利用動(dòng)能定理求解；若該問題中物體只有重力做功和彈力做功，則采用機(jī)械能守恒定律求解。對于碰撞、反沖一類問題，應(yīng)用動(dòng)量守恒定律求解。利用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解題時(shí)還需注意的是：動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律是矢量表達(dá)式，而動(dòng)能定理和能量守恒定律是標(biāo)量表達(dá)式；動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律研究的是物體系統(tǒng)，還必須注意動(dòng)量守恒的條件與機(jī)械能守恒的條件。二認(rèn)真審題，明確研究對象，正確分析它的受力情況通過仔細(xì)審題，才能弄清題意，確定所研究的對象，對它進(jìn)行受力分析，進(jìn)一步明確選用哪種方法解題。例1如圖1所示，A、B、C為三個(gè)質(zhì)量一樣的木塊，疊放于水平桌

4、面上。水平恒力F作用于木塊B上，三個(gè)木塊以共同速度V沿水平桌面勻速移動(dòng)，則在勻速運(yùn)動(dòng)的過程中（）A木塊C作用于木塊B的靜摩擦力大小為2F/3B木塊C作用于木塊B的靜摩擦力大小為FC地面對木塊C的滑動(dòng)摩擦力大小為F/3D地面對木塊C的滑動(dòng)摩擦力大小為F解：因?yàn)槿齻€(gè)木塊A、B、C一起做勻速運(yùn)動(dòng)，它們受到的合力為零，加速度均為零，所以當(dāng)我們分析木塊C作用于木塊B的靜摩擦力大小時(shí)，可將兩個(gè)木塊A、B視為一個(gè)整體，取這個(gè)整體為研究對象，對它受力分析如圖2所示。根據(jù)平衡條件可得，木塊C作用于木塊B的靜摩擦力大小為：FCB=F，故選B當(dāng)我們分析地面對木塊C的滑動(dòng)摩擦力大小時(shí)，可將三個(gè)木塊A、B、C視為一個(gè)整

5、體，取這個(gè)整體作為研究對象，對它進(jìn)行受力分析，如圖3所示。根據(jù)平衡條件可得，地面對木塊C的滑動(dòng)摩擦力的大小為：FC=F ，故選D評(píng)析：若本題中把三個(gè)木塊A、B、C隔離出來分別作為研究對象進(jìn)行受力分析，采用隔離法解題也可以求出木塊C作用于木塊B的靜摩擦力大小和地面對木塊C的滑動(dòng)摩擦力大小，但是這樣做要繁瑣一些。而上述的解題中兩次巧妙地選取研究對象，采用整體法分析研究對象的受力情況，思路清晰，簡單明了。三正確分析物理過程，抓住物體的運(yùn)動(dòng)特征，建立清晰的物理情景，構(gòu)建物理模型。物體的運(yùn)動(dòng)常包含著幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，而在不同的運(yùn)動(dòng)過程中又往往遵循不同的物理規(guī)律。因此只有正確分析物理過程，抓住物體的運(yùn)動(dòng)特征和

6、受力特征，建立清晰的物理情景，構(gòu)建物理模型，才能選用恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律，找到簡捷的解題方法。例2如圖4所示，傳送帶與地面之間的夾角為37，從A至B的長度為SAB=16m，傳送帶以10 m/s的速率逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在傳送帶的上端A處無初速度地放上一個(gè)質(zhì)量為0.5kg的物體（其可視為質(zhì)點(diǎn)），它與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5. 求物體從A運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間是多少？ g取10m/s2解：當(dāng)物體的速度小于10m/s時(shí)，設(shè)物體的加速度為，受力如圖5所示.根據(jù)牛頓第二定律得 :即 聯(lián)立、兩式解得：設(shè)當(dāng)物體的速度達(dá)到V=10m/s時(shí)，物體發(fā)生的位移為S1，所經(jīng)歷的時(shí)間為.則有 可知此時(shí)物體還沒有到達(dá)B點(diǎn).又

7、因?yàn)?所以物體繼續(xù)沿傳送帶做勻加速度直線運(yùn)動(dòng)，但是物體受到的滑動(dòng)摩擦力的方向已發(fā)生改變，受力如圖6所示， 設(shè)物體的加速度為，物體到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度大小為VB .根據(jù)牛頓第二定律得:所以由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得： 即聯(lián)立、三式解得： VB =12m/s物體從速度達(dá)到10m/s的位置運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為：所以物體從A運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間為：tAB = t1+t2 = 2s評(píng)析：本題是一道動(dòng)力學(xué)綜合題目，解題的關(guān)鍵是對研究對象正確地進(jìn)行受力分析，運(yùn)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題，才能得知物體受到的滑動(dòng)摩擦力的方向發(fā)生突變，以致認(rèn)清物體從A至B的運(yùn)動(dòng)過程分為兩個(gè)階段，從而順利求解。若本題采用動(dòng)能定理解題，則無法求出

8、物體從A運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間。例3如圖7所示，一顆質(zhì)量為m的子彈以水平初速度V0穿過靜止在光滑水平面上緊挨著的兩個(gè)木塊A、B，子彈穿過兩木塊A、B所經(jīng)歷的時(shí)間分別為t1和t2.設(shè)子彈在木塊中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力恒為F，兩木塊的質(zhì)量分別為mA和mB .則子彈穿過兩木塊A、B后,子彈、木塊A和木塊B的速度分別是多大？解：設(shè)子彈穿過木塊A時(shí)，木塊A和木塊B的共同速度為V1 ，子彈穿過木塊A后，木塊A受到的合力為零，所以木塊A最后以速度V1做勻速直線運(yùn)動(dòng)。取子彈水平初速度V0的方向?yàn)檎较颉Ｒ詢蓚€(gè)木塊A、B組成的系統(tǒng)作為研究對象，從子彈打進(jìn)木塊A到穿出木塊A的過程中，對系統(tǒng)由動(dòng)量定理得解得以木塊B為研究對象，

9、設(shè)子彈穿出木塊B時(shí)，木塊B的速度為V2. 從子彈打進(jìn)木塊B到穿出木塊B的過程中，由動(dòng)量定理得解得以子彈為研究對象，設(shè)子彈穿出木塊B時(shí)，它的速度為V3 ，從子彈開始打入木塊A到穿出木塊B的過程中，由動(dòng)量定理得解得評(píng)析：本題關(guān)鍵是選好研究對象與分析研究對象的受力特征，明確其物理過程，才能進(jìn)一步確定運(yùn)用動(dòng)量定理解題，從而順利求解。四靈活選用力學(xué)規(guī)律解決力學(xué)綜合問題解決高中物理力學(xué)綜合問題一般有三種方法：從力的角度分析，用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題；從能量的角度分析，用動(dòng)能定理和能量守恒定律解題；從動(dòng)量的角度分析，用動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律解題。在求解有效的前提下，規(guī)律的選擇順序是：守恒定律 動(dòng)能定理

10、（或動(dòng)量定理）牛頓運(yùn)動(dòng)定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，這是因?yàn)閼?yīng)用守恒定律來解決問題是最簡捷的動(dòng)能定理（或動(dòng)量定理）可以解決變力、曲線運(yùn)動(dòng)問題，而這類問題在高中階段應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是難以解決的分析物理過程時(shí)，要從多側(cè)面、多角度、多層次地進(jìn)行正確思考、推理，明確各過程之間聯(lián)系和制約關(guān)系，綜合歸納出物理過程所遵循的規(guī)律。當(dāng)所求的物理量只涉與運(yùn)動(dòng)的全過程而不必分析某一階段的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，可通過整體研究運(yùn)動(dòng)的全過程解決問題。例如：運(yùn)用動(dòng)能定理、動(dòng)量定理、機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律時(shí)，不必追究運(yùn)動(dòng)過程的細(xì)節(jié)，這對于處理變力問題與難以分析運(yùn)動(dòng)過程的問題時(shí)，顯示出極大的優(yōu)越性。例4如圖8所示，ABC是一條長的

11、水平軌道，其中AB段是光滑的水平軌道，BC段是粗糙的水平軌道，AB軌道與BC軌道在B點(diǎn)銜接。一個(gè)質(zhì)量為1kg的木塊1被一條細(xì)線的一端拴住放在光滑的AB段水平軌道上，細(xì)線的另一端固定在墻壁上，木塊1和墻壁之間夾有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧。在水平軌道上的B點(diǎn)放置一個(gè)質(zhì)量為0.5kg的木塊2。當(dāng)剪斷這條細(xì)線后，木塊1被彈出而向右運(yùn)動(dòng)，木塊1即將與木塊2發(fā)生碰撞的瞬間木塊1的速度為6m/s，此時(shí)彈簧恰好恢復(fù)原長，木塊1和木塊2發(fā)生碰撞后粘在一起。已知木塊1和木塊2與BC段水平軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.1，g取10m/s2，求：（1）當(dāng)細(xì)線被剪斷的瞬間彈簧具有的彈性勢能是多大？（2）當(dāng)木塊1和木塊2發(fā)生碰

12、撞后，兩個(gè)木塊能在BC段水平軌道上滑行多遠(yuǎn)？解:（1）設(shè)木塊1和木塊2的質(zhì)量分別為m1和m2 ，細(xì)線被剪斷的瞬間彈簧具有的彈性勢能為EP .將木塊1和彈簧組成系統(tǒng)，在木塊1被彈出向右運(yùn)動(dòng)至即將與木塊2發(fā)生碰撞的過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。根據(jù)機(jī)械守恒定律得（2）設(shè)木塊1和木塊2發(fā)生碰撞后的瞬間它們的速度大小為V2 .取碰撞前木塊1運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?，將木塊1和木塊2組成系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得兩個(gè)木塊發(fā)生碰撞后，在BC段水平軌道上運(yùn)動(dòng)的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理得由、兩式解得 S= 8m .評(píng)析：該題是一道綜合性較強(qiáng)的力學(xué)題目，解這種類型題目時(shí)，需全面讀懂、領(lǐng)會(huì)題意，并在頭腦中建立起非常清晰的物理圖景和過程，靈活選用動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律和動(dòng)能定理解題，從而化難為易，變