高中物理问题类型分析

高中物理常见问题处理
【摘要】在高中理科各科目中，物理是相对较难学习的学科，学过高中物理的大部分同学，特别是物理成绩中差等的同学，总有这样的疑问："上课听得懂，听得清，就是在课下做题时不会。

"这是个普遍的问题，也是值得物理教师和同学们认真研究的问题。

本文介绍物理学习中出现的常见问题的类型和解决方法。

一、运动的分类
匀速直线运动或静止
最简单及最常见的物理状态给我们的信息是和外力为0。

继而可以得到方程 ∑F=0 2、匀变速直线运动
变化比较简单的运动状态，需要对匀变速直线运动的基本公式有一定的了解。

解决此类问题常用到下面的运动学公式。

（1）即时速度公式：v v at t =+0 （2）位移公式：S v t at =+0212
（3）位移速度公式：2202
aS v v t =-
（4）平均速度公式：v v v t =+20
2
2
有时也用功和能的知识来解决此类问题。

也就是下面这样的方程。

（1）动能定理：W E k =∑∆其中W W W =-∑动阴
∆E E E k k k =-21 （2）机械能守恒：E E 21= 或m g h m v m g h m v 222112
1
212
+=+
当我们所研究的内容涉及到时间量时用运动学的知识解决更为直接，而不涉及时间的问题时利用功和能的知识解决更为方便。

3、匀变速曲线运动：以平抛运动（类平抛、带电粒子在电场中的运动）为代表。

主要解决途径是将运动状态分解为水平和竖直方向上来处理，运用学公式来解决，原因是水平方向的运动与竖直方向的运动是通过时间联系到一起的。

所以处理起来更多的时候是动运动学规律来解决。

4、非匀变速曲线运动：以圆周运动（带电粒子在磁场中的运动）为代表。

主要解决途径是将牛顿运动定律与的能量知识相结合。

5、匀变速直线运动：以往返运动（简谐运动）为代表。

解决问题时注意极值的分析，注意图像的运用和处理。

二、常见处理方法
1、匀变速运动规律公式：需要对运动过程理解清楚。

2、牛顿运动定律：注意牛顿第二定律的瞬时性，所以多用于对于整个运动过程中某一状态的研究。

3、能量的观点：注意动能定理的和机械能守恒以及功能关系的运用，其中各个物理量所具有的物理意义要注意分清。

4、动量的观点：使用动量定理时注意能量的不增加和符合实际运动情况测可以。

示例1
如图所示，在竖直面内有一个光滑弧形轨道，其末端水平，且与处于同一竖直面内光滑圆形轨道的最低端相切，并平滑连接。

A 、B 两滑块（可视为质点）用轻细绳拴接在一起，在它们中间夹住一个被压缩的微小轻质弹簧。

两滑块从弧形轨道上的某一高度由静止滑下，当两滑块刚滑入圆形轨道最低点时拴接两滑
块的绳突然断开，弹簧迅速将两滑块弹开，其中前面的滑块A 沿圆形轨道运动恰能通过轨道最高
点。

已知圆形轨道的半径R=0.50m ，滑块A 的质量m A =0.16kg ，滑块B 的质量m B =0.04kg ，两滑块
开始下滑时距圆形轨道底端的高度h=0.80m ，重
力加速度g 取10m/s 2，空气阻力可忽略不计。

求：
（1）A 、B 两滑块一起运动到圆形轨道最低点时速度的大小； （2）滑块A 被弹簧弹开时的速度大小；
（3）弹簧在将两滑块弹开的过程中释放的弹性势能。

解答
（1）设滑块A 和B 运动到圆形轨道最低点速度为v 0，对滑块A 和
B 下滑到圆形轨道最低点的过程，根据动能定理，有
（m A +m B ）gh =2
1（m A +m B ）v 02…………………（未涉及时间且为非匀变速运动，所以利用能量的知识处理）
解得：v 0=4.0m/s
（2）设滑块A 恰能通过圆形轨道最高点时的速度大小为v ，根据牛顿第二定律有
m A g=m A v 2/R ……………………………（在最低点处于一个
状态，利用牛顿第二定律）
设滑块A 在圆形轨道最低点被弹出时的速度为v A ，对于滑块A 从圆形轨道最低点运动到最高点的过程，根据机械能守恒定律，有
2
1m A v A 2=m A g •2R+2
1m A v 2……………………（未涉及时间且为非匀
变速运动，所以利用能量的知识处理）
图 h R
B A
代入数据联立解得：
v A =5.0 m/s
（3）对于弹簧将两滑块弹开的过程，A 、B 两滑块所组成的系统水平方向动量守恒，设滑块B 被弹出时的速度为v B ，根据动量守恒定律，有
（m A +m B ）v 0=m A v A +m B v B 解得： v B =0
设弹簧将两滑块弹开的过程中释放的弹性势能为E p ，对于弹开两滑块的过程，根据机械能守恒定律，有
2
1（m A +m B ）v 02 + E p =2
1m A v A 2………………………（未涉及时间且为非匀变速运动，所以利用能量的知识处理）
解得：E p =0.40J
示例2
质量为M 的机车拉着质量为m 的拖车，在平直的轨道上匀速前进，拖车中途脱钩。

当司机发现时，机车已离脱钩处有L 距离，于是立即关闭油门撤去牵引力。

设机车的牵引力是定值，机车和拖车受到的阻力都是车重的K 倍。

求机车和拖车完全停止时相距多远。

解：过程I 脱钩后，拖车做减速运动，机车加速；过程II 当司机发现并制动机车后，机车减速，可能在此过程中，拖车减速至零。

用一简图画出该过程： 机车 拖车
设牵引力F ，所受的摩阻力f =k(M+m)g 。

由开始时是匀速前进，F=f=k(M+m)g ①
脱钩后，机车根据牛顿第二定律：F-kMg=Ma 1 ② 状态式 机车加速，位移为L ，设初速度为v 0，则
在L 处的速度：v 12－v 02=2a 1L ③ 过程式 刹车后，根据牛顿第二定律，kMg=Ma 2 ④ 状态式
L
S 1
S 2
d
设总位移为S 1，有：－2a 2(S 1－L)=－v 12 ⑤ 过程式 对于拖车，根据牛顿第二定律，kmg=ma 3 ⑥ 状态式 减速至零，有v 02=2a 3S 2 ⑦ 过程式 联立求解以上各式，得到d=L M
m M +
以上是利用牛顿第二定律（状态）+匀变速运动公式（过程）求解得到。

法二.用能量来描述过程
对于机车，由动能定理：W F +W f =ΔE K
即：2
01Mv 2
10kMgS FL -=- ① 过程式
对于拖车，由动能定理：W f ′=ΔE K ′
即：2
02m v 2
10kmgS -=- ② 过程式
F=K （M+m ）g 解以上各式可得d=L M
m M +
法三.若在描述过程中注意到，若绳断时，机车也马上刹车，则两者停在一处，而由于由牵引力F 多做功FL ，所以机车比拖车多行了d ，摩擦力多做了KMgd 的功，————————语言、文字描述 则由以上分析可知 FL=KMgd 所以d=L M
m M KMg
FL +=。

可见，这三个角度的描述，在解题时有机结合在一起，问题就会很易于理解，易于解决。

示例3
真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场．在电场中，若将一个质量为m 、带正电的小球由静止释放，运动中小球速度与竖直方向夹角为37°（取sin37°=0.6，cos37°=0.8）．现将该小球从电场中某点以初速度v 0竖直向上抛出．求运动过程中 （1）小球受到的电场力的大小及方向
（2）小球从抛出点至最高点的电势能变化量 （3）小球的最小动量的大小及方向．
考点：电势能；匀变直线运动的速度与时间的关系；牛顿第二定律；动量 冲量；功的计算；电场强度；带电粒子在匀强电场中的运动． 分析：（1）小球静止释放时，由于所受电场力与重力均为恒力，故其运动方向和合外力方向一致，根据这点可以求出电场力大小和方向；
（2）小球抛出后，水平方向做匀加速直线运动，竖直方向上做竖直上抛运动，根据运动的等时性，可求出水平方向的位移，利用电场力做功即可求出电势能的变化量，或者求出高点时小球水平方向速速，然后利用动能定理求解；
（3）利用运动的合成求出运动过程中合速度的表达式，然后利用数学求极值的办法即可求出最小动量．
解：（1）根据题设条件可知，合外力和竖直方向夹角为37°，所以电场力大小为：
F e=mgtan37°=mg，电场力的方向水平向右．
故电场力为，方向水平向右．
（2）小球沿竖直方向做匀减速运动，有：v y=v0﹣gt
沿水平方向做初速度为0的匀加速运动，加速度为a：a x==g
小球上升到最高点的时间t=，此过程小球沿电场方向位移：
s x=a x t2=
电场力做功 W=F x s x=mv02
故小球上升到最高点的过程中，电势能减少mv02
（3）水平速度：v x=a x t
竖直速度：v y=v0﹣gt
小球的速度v=
由以上各式得出：g2t2﹣2v0gt+（v02﹣v2）=0
解得当t=时，v有最小值 v min=v0
此时v x=v0，v y=v0，tanθ==，即与电场方向夹角为37°斜向上
故小球动量的最小值为p min=mv min=mv0，方向为：与电场方向夹角为
37°，斜向上
总结：除了上述几种方法外，图像分析、临界分析法、反证法、图像法等等，也是在中学物理中常用的处理问题的方法，教师在平时教学过程中，应逐步教给学生，同时引导学生注意对于物理过程的分析，以及由于受力产生的运动状态分析。

这样才有利于学生处理物理问题。