浅谈高中物理复习方法

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方法一:力与运动的观点和方法:
设二者经历时间 达到共同速度 ,则分别对两物体用运动学公式 可得:
对于 有: 其中
对于 有: 其中
联立解得:共速所经历的时间 ,共同速度
故,可得 、 前进的位移分别为 ,方向水平向左
,方向水平向右
而路程, , ,
由几何关系可得 、 相对运动过程中小滑块 与木板左端的最小距离
仔细分析就会发现,二者共速前的运动均为匀变速直线运动(当我们躺在地面上,头向左,脚向右去观察 的整个运动过程,共速前 做的是一种类似于竖直上抛的运动)。搞清楚这些问题,才算对题目有了比较清晰的认识了,为下一步解答问题奠定了基础,提供了参考资料和思路线索。
1、是否恒力即是否匀变速直线(或曲线)运动,加速度恒定否,即能否应用牛二定律和运动学规律解决问题;2、有无摩擦,是滑动摩擦力还是静摩擦力:意在考虑机械能守恒否,有无机械能的损失和转化;3、能否应用两个无条件的定理解决问题,即能否应用动能定理或动量定理,既然两个定理是无条件的,就一定成立,问题是已知条件是否充足,两定理是否与所要求的(物理量)问题有关联:涉及位移和速度时用动能定理,涉及时间和速度时用动量定理。等等。
方法二:动量守恒与动能定理:
系统所受合外力为零,动量守恒,有:
解得二者共同速度:
对 (或者 )应用动量定理有ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ,其中
解得达到共同速度所用时间:
分别对 、 利用动能定理或者利用平均速度等(或其它匀变速直线运动规律),可求得 、 对地的运动距离 、 ,方法见上面的解答过程,这里从略
方法三:动量守恒定律与能量守恒定律:
又,两个物体受到的都是恒力,尽管摩擦力有可能中途改变了方向,但是其大小没有改变,因此两物体的运动性质为匀变速直线运动(这是平均速度 能否使用的思考)。分析物体运动过程的变化及其变化的原因和转折点(临界点),因为不同的物理过程可能遵从不同的物理规律(如同数学中的分段函数)。
首先要搞清楚:对象、受力、状态(或过程)、(状态或过程)方程。(八个字)
⑴物体的加速度是由其受到的合外力决定的,加速度的求解方法大体有如下五种方法:
本题中所给运动学参量非常少,由运动学求物体的加速度非常繁琐,而用牛二定律就简便的多了。应用牛二定律时,必须事先正确地分析物体的受力,而后列方程求解。
在水平面上,单单依靠(合外力)滑动摩擦力产生的加速度,其大小恒为 ;而单单靠静摩擦力在水平面上产生的加速度其大小小于等于 。
【编后话】深入理解和熟练掌握三大方法与观点:力与运动的观点和方法,功与能的观点和方法,动量的观点和方法,是解答力学乃至整个物理学问题的重要方法;其中无条件成立的定理与定律有:牛顿第二运动定律(过程或瞬时),动能定理(力的空间积累过程),动量定理(力的时间积累过程),能量守恒定律等。关键是搞清楚在什么样的情况或情境下应用上述的定理或定律解答问题比较简便。牛二定律反映力与加速度的关系,主要应用在通过受力求加速度(或通过加速度求物体的受力)的过程中;动能定理主要反映了功(力与位移)与动能的关系,主要应用在力、位移、动能(或者速度)的关系上;动量定理,反映了冲量(力与时间)和动量之间的关系,主要应用在力、时间、动量(或速度)的关系上。而三大方法中都离不开力,所以首先必须要弄清楚的是物体的受力。
⑵ 相对地面速度为零的过程中, 相对地面运动
的距离 ;
⑶ 、 相对运动过程中小滑块 与木板左端的最小距离。
【分析】首先要宏观地分析整个过程遵从的物理规律:动量守恒,(广义的)能量守恒,绝对(无条件)成立的两个定理:动能定理和动量定理;两个定律:牛二定律,能量守恒定律。运动情形有三种可能:一是动量小的物体的速度还没有减小到零便脱离了木板;二是动量小的物块虽然速度减小为零时没有脱落,但是共速前(没有达到共速)便脱离了木板;三是二者能够最终共速(木板足够长),之后一起运动。
【解析】取水平向右为正方向。
⑴ 、 相对运动的过程中的受力情况分别如图所示:
竖直方向上有:
水平方向上有: ,
又: ,
解得:相对运动的过程中 的加速度大小
方向水平向右
的加速度大小 ,方向水平向左
⑵方法一:由运动学公式 可得
相对地面速度为零所经历的时间
的速度 ,(该速度也可以由系统动量守恒定律求得)
这段时间中, 相对地面运动的距离 ,可通过以下
⑶“ 、 相对运动过程中小滑块 与木板左端的最小距离”由二者运动的位移大小和木板的长度间的几何关系决定,因为,单就最后一段长度,即题目中的“最小距离”本身是不能由运动过程求得的,而是由前面的运动过程造成的。关键是要找到“最小距离”的物理特征或说物理条件。只有彻底破解了物理情景(运动情景和过程)才能正确地处理各几何量之间的空间关系。而画草图,使问题形象化是破解物理过程和情景,找到“最小距离”的特征、条件的重要手段,不可小觑。
⑵“ 相对地面速度为零时, 相对地面运动已发生的位移 ”,意味着两件事情是在同一段时间中发生的,时间是关键。而中学物理中求解时间的方法有二十多种(另文叙述)。本题中求时间的方法有两种:运动学公式和动量定理。“ 相对地面运动已发生的位移 ”,可以由运动学公式或者动能定理求得,也可以由系统损失的机械能转化为内能,即广义的能量守恒定律求得,而转化的内能等于滑动摩擦力的相对功的绝对值。
【题目】如图所示,质量 ,长度 的长方形木板 静止在光滑的水平地面上,在其右端放一质量 的小滑块 (可视为质点),整个装置处于静止状态。现分别给 、 物体以不同的瞬时冲量,使 、 分别以大小为的初速度 的初速度向左、向右运动,最后 并没有滑离 板。已知 、 之间的动摩擦因数 ,取 。求:
⑴ 、 相对运动中的加速度 和 的大小与方向;
必须搞清楚研究对象的受力情况和运动性质。由于系统所受合外力为零,因此动量守恒。而在动量守恒中,按初态的动量,又可分为初态动量为零(如两物体都静止),和初态动量不为零两种类型。初态和动量为零的动量守恒中,在合外力为零的方向上,系统的质心位置不改变(在合外力不为零的方向上移动)。而本题属于初始状态合动量不为零的动量守恒的类型,系统的质心(在同一地点可以把质心称为重心)在动量守恒的过程中,将始终沿着初始状态合动量的方向,以大小为 的速度匀速运动(请读者认真研究这一问题)。
要搞清楚,上述三大方法在中学物理六大运动中的具体应用。一切原因皆因力,各种运动因力而生、因力而变、因力而亡,力是“罪魁祸首”。习题熙熙因力而来,试题攘攘因力而往。力可以使物体发生形变,力可以产生加速度,力可以做功,力可以产生冲量。而功又可以改变物体的动能,功是能量转化的原因、过程和量度,某些力的功一定会改变机械能,而某些力做功并不改变物体的机械能;冲量改变物体的动量。所以说,这是一个力的“链式反应”的过程,这就是“破案”线索。
利用动量守恒定律可求得 、 最终的共同速度
由能量关系可得:
而(摩擦生热)内能: ,其中
联立解得相对运动过程中小滑块 与木板左端的最小距离
【感悟与深思】第一,要坚信并牢记,任何一个物理量,大都可以有两种最基本的求解方法:一是本义法,即从物理量的定义式包括决定式(我们把它归类为本义法中)求解;再就是旁义法,即从与要求解的物理量有关联的规律公式等方法中求解。旁义法具有更普遍的意义,因为它具有更多的方法。这就为我们在高考中求解物理量提供了基本的思路。第二,动量守恒的条件是合外力为零,准确地讲应该是合外力的冲量为零,因为冲量是改变物体动量的原因、过程和量度。在动量守恒的方向上,系统的质心将处于平衡状态,要么静止,要么匀速运动。对于含有两个物体且初始状态合动量不为零的动量守恒,两物体相对于质心做匀减速运动,其相对质心的速度大小和相对质心的位移大小(任意时刻)始终与物体的质量成反比(共速时除外,本题中其比值为4)。例如本题中,系统的质心始终在做水平向右速度大小为 的匀速运动, 物体相对质心在做水平向右的加速度 ,初速度为水平相左的、大小为 的初速度做匀减速直线运动; 物体相对质心做以相对质心水平向左的加速度大小为 ,初速度为水平向右、大小为 的匀减速直线运动。实际上,上述思考是从相对运动的观点出发解决问题的,相对运动问题在高考中不作要求,但是它对我们理解动量守恒的本质,理解、分析题意,从而解决问题起着至关重要的作用,尤其能使我们对选择题结论的正确与否做出迅速的判断。(请同学们自己分析初始状态合动量为零的动量守恒中,系统质心位置沿动量守恒的方向不变的问题,例如人船模型等)
高考复习,就是要在巩固、复习所学物理知识内容的同时提高“破解”物理情景或过程的能力,注意,这就是要两条腿走路。复习知识内容和提高破解物理过程的能力并举,双管齐下,不可偏颇。知识是用来破解物理过程和解决物理问题的。
一孔之见,意在抛砖引玉,倘若能对您的学习和复习有所帮助,那是我再快乐不过的事情了。
仓促之举,纰漏难免,欢迎批评指正。
小题大做,以题带面,举一反三
——浅谈高中物理复习方法
张培德 2015年2月27日于北京
以题带面,就是脱离题海战术,用脑做题,进行大量的纵、横双向思考,归纳总结,举一反三。以消耗做一道题的时间代价,收获做百道题的实效,思考、联想和复习大量相关的知识内容,总结解题规律,提高解题效率,加深理解,提高应用能力。下面借助典型的板块问题举例如下:
①由公式 可得这段时间中 相对地面运动的距离
②使用平均速度更简洁: ,
③由 得
④对 应用动能定理可得
⑤或用速度图象的面积或位移图像(略)
方法二:对 应用动量定理,可得 ,其中
带入数值解得 相对地面速度为零所经历的时间
对 应用动量定理, 可得 时刻 物体的速度
以下求位移,应用上述四种方法之一即可
⑶ 、 相对运动过程中,当二者共速,即二者无相对运动时,小滑块 与木板左端的距离最小,设为 ,二者共速时木板向右前进的距离为 ,物块向左前进的距离为 。要找出各运动位移大小或说运动距离和木板长度的几何关系的关键是寻求二者的共同速度,即二者的末速度。
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