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1 原有模型的变通
对原有模型的变通,是突破物理模型的局限性的基础。通过对物理的学习,越到后面,在学生脑海中所形成的物理模型就越来越多,对固定的物理模型,套用与之对应的解题方法是学生解决物理问题的主要方法。然而,在物理考题当中,变化的模型是命题的趋势,学生要适应这样的命题趋势,必须要学会对原有模型的变通。要做到对原有模型的灵活变通应用,首先要让学生理解模型建立的条件,适用范围,透彻理解模型所包含的物理知识和物理方法,再此基础上,打破思维的局限,训练学生发散性的思维。
例1 如图1所示,质量为m,带电荷量为q(q>0)的小球,用一长为L的细线系于一足够大方向水平向右场强为E的匀强电场的O点,在最低点给小球一个水平向右的初速度v0,为使小球在竖直平面内做完整的圆周运动,小球初速度v0应该满足什么条件?
[TP12GW126。TIF,BP#]
分析 初看这个题目,不是学生熟悉的物理模型,感觉很复杂,不知如何着手,但是经过认真分析,学会模型的变通应用的学生就可以发现,这其实是轻绳模型的变形,F合等效于重力,A点为等效最高点,B点为等效最低点,掌握轻绳模型的本质就可很轻松的解决本题中的问题。
解 受力分析如图1所示,设AB与水平方向的夹角为α,根据圆周运动的规律,小球要做完整的圆周运动,则在等效最高点A的最小速度为vAmin,则
tanα=[SX(]mg[]qE[SX)](1)
F=qE(2)
G=mg(3)
F合=[KF(]F2 G2[KF)](4)
[SX(]mv2Amin[]L[SX)]=F合(5)
C到A的过程中由动能定理得
[SX(]1[]2[SX)]mv2Amin-[SX(]1[]2[SX)]mv20min
=-mgL(1 sinα)-qELcosα(6)
由(1)~(6)得
[JZ]v0min=[KF(][SX(]3L[(qE)2 (mg)2][]m[KF(](qE)2 (mg)2[KF)][SX)] 2gL[KF)],
[JZ]v0≥[KF(][SX(]3L[(qE)2 (mg)2][]m[KF(](qE)2 (mg)2[KF)][SX)] 2gL[KF)]。
[HJ1。4mm]
2 不同模型之间的迁移应用
物理模型在学生头脑中根深蒂固,但是大多数学生头脑中的物理模型是分立的,物理知识的大楼是相互关联的有机统一体,只把物理模型分立的印在头脑中,不会模型之间的迁移联系,是不可能真正的学好物理的,要学好物理,必须把分块的物理模型构建成相互联系的物理大楼,学会灵活应用。
例2 如图2所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v1沿顺时针方向转动,一滑块(可视为质点)以水平速度v2从右端滑上传送带后,经过一段时间又返回光滑水平面,取向左为速度的正方向,滑块在传送带上运动的过程中,t1时间内滑块速度v>0,t2时间内v<0,则下列说法正确的是[TP12GW127。TIF,Y#]
A。若v1 B。若v1>v2,则t1=t2
C。若v1=v2,则t1=t2
D。只有v1=v2时,则t1=t2
分析 初看这个题,这是一个水平传送带的模型,学生的一般思维会根据牛顿运动定律来求解,但是这样很抽象,难于理解。通过分析,就可以发现,可以和竖直上抛运动的模型联系求解,这样解题会轻松很多。
解 分析滑块在传送带上的受力,根据受力情况可联系竖直上抛运动类型的规律。过程分析如图3所示。设滑块回到水平面的速度为v′,A到B的过程中v>0,B′到A′的过程中v<0。
[TP12GW128。TIF,BP#]
(1)当v1≥v2时,类比竖直上抛运动,在A点滑块以v2的初速度冲上传送带,做匀减速直线运动,在B(B′)点,速度减为零,开始反向匀加速,在A′(A)点以上滑的速度回到光滑水平面,由于滑块到达A′(A)点的速度v′小于或等于传送带的速度v1,所以滑块在传送带上运动的整个过程滑块的合外力始终为滑动摩擦力,滑块最终以速度v′=v2回到水平面,由对称性可知t1=t2。
(2)当v1
对原有模型的变通,是突破物理模型的局限性的基础。通过对物理的学习,越到后面,在学生脑海中所形成的物理模型就越来越多,对固定的物理模型,套用与之对应的解题方法是学生解决物理问题的主要方法。然而,在物理考题当中,变化的模型是命题的趋势,学生要适应这样的命题趋势,必须要学会对原有模型的变通。要做到对原有模型的灵活变通应用,首先要让学生理解模型建立的条件,适用范围,透彻理解模型所包含的物理知识和物理方法,再此基础上,打破思维的局限,训练学生发散性的思维。
例1 如图1所示,质量为m,带电荷量为q(q>0)的小球,用一长为L的细线系于一足够大方向水平向右场强为E的匀强电场的O点,在最低点给小球一个水平向右的初速度v0,为使小球在竖直平面内做完整的圆周运动,小球初速度v0应该满足什么条件?
[TP12GW126。TIF,BP#]
分析 初看这个题目,不是学生熟悉的物理模型,感觉很复杂,不知如何着手,但是经过认真分析,学会模型的变通应用的学生就可以发现,这其实是轻绳模型的变形,F合等效于重力,A点为等效最高点,B点为等效最低点,掌握轻绳模型的本质就可很轻松的解决本题中的问题。
解 受力分析如图1所示,设AB与水平方向的夹角为α,根据圆周运动的规律,小球要做完整的圆周运动,则在等效最高点A的最小速度为vAmin,则
tanα=[SX(]mg[]qE[SX)](1)
F=qE(2)
G=mg(3)
F合=[KF(]F2 G2[KF)](4)
[SX(]mv2Amin[]L[SX)]=F合(5)
C到A的过程中由动能定理得
[SX(]1[]2[SX)]mv2Amin-[SX(]1[]2[SX)]mv20min
=-mgL(1 sinα)-qELcosα(6)
由(1)~(6)得
[JZ]v0min=[KF(][SX(]3L[(qE)2 (mg)2][]m[KF(](qE)2 (mg)2[KF)][SX)] 2gL[KF)],
[JZ]v0≥[KF(][SX(]3L[(qE)2 (mg)2][]m[KF(](qE)2 (mg)2[KF)][SX)] 2gL[KF)]。
[HJ1。4mm]
2 不同模型之间的迁移应用
物理模型在学生头脑中根深蒂固,但是大多数学生头脑中的物理模型是分立的,物理知识的大楼是相互关联的有机统一体,只把物理模型分立的印在头脑中,不会模型之间的迁移联系,是不可能真正的学好物理的,要学好物理,必须把分块的物理模型构建成相互联系的物理大楼,学会灵活应用。
例2 如图2所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v1沿顺时针方向转动,一滑块(可视为质点)以水平速度v2从右端滑上传送带后,经过一段时间又返回光滑水平面,取向左为速度的正方向,滑块在传送带上运动的过程中,t1时间内滑块速度v>0,t2时间内v<0,则下列说法正确的是[TP12GW127。TIF,Y#]
A。若v1
C。若v1=v2,则t1=t2
D。只有v1=v2时,则t1=t2
分析 初看这个题,这是一个水平传送带的模型,学生的一般思维会根据牛顿运动定律来求解,但是这样很抽象,难于理解。通过分析,就可以发现,可以和竖直上抛运动的模型联系求解,这样解题会轻松很多。
解 分析滑块在传送带上的受力,根据受力情况可联系竖直上抛运动类型的规律。过程分析如图3所示。设滑块回到水平面的速度为v′,A到B的过程中v>0,B′到A′的过程中v<0。
[TP12GW128。TIF,BP#]
(1)当v1≥v2时,类比竖直上抛运动,在A点滑块以v2的初速度冲上传送带,做匀减速直线运动,在B(B′)点,速度减为零,开始反向匀加速,在A′(A)点以上滑的速度回到光滑水平面,由于滑块到达A′(A)点的速度v′小于或等于传送带的速度v1,所以滑块在传送带上运动的整个过程滑块的合外力始终为滑动摩擦力,滑块最终以速度v′=v2回到水平面,由对称性可知t1=t2。
(2)当v1