探讨“物体在变力作用下的运动问题”的分析处理

来源 :现代教育实践与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lszll2008
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  【摘要】首先,抓点。所谓“抓点”就是抓住物体复杂运动过程中的临界状态点。因为,临界状态点是划分不同的运动性质阶段的趋势变化点或突变点,抓住临界状态点往往就找到了解题的突破口。其次,分段。所谓“分段”是以临界状态点为分界、对物体复杂运动过程按不同的运动性质进行合理分段处理的方法。
  【关键词】变力;物理问题;抓点;分段
  高中物理老师们都有这样的感受:学生在处理恒力作用的物理问题时,基本能够顺利地进行;而,在处理变力作用下的物理问题时,往往会无所适从。这是因为,物体在变力作用下,会造成物体的合外力、加速度、速度等连锁变化。在面对“在变力作用下的物理问题”时,我粗浅认为,可以从以下两个方面进行:
  首先,抓点。所谓“抓点”就是抓住物体复杂运动过程中的临界状态点。因为,临界状态点是划分不同的运动性质阶段的趋势变化点或突变点,抓住临界状态点往往就找到了解题的突破口。常见的临界状态点有:摩擦力突变点;弹簧简谐运动的平衡位置、端点位置或原长位置;连接体间弹力为0的状态点;物体合力为0的状态;汽车启动过程中速度刚刚达到最大值的时刻;带电粒子在复合场中加速度为0时的状态;通电导体在磁场中的加速度刚刚变为0的状态等。
  例题:如图所示,在电场强度的匀强电场和磁感应强度 的匀强磁场中,沿平行于电场、垂直于磁场方向放一绝缘杆,杆上套一个质量为 ,带电量 的小球,小球与杆间的动摩擦因数 ,小球从静止开始沿杆运动的加速度和速度各怎样变化?小球的最终速度为多大?
  【方法感悟】带电粒子在复合场中作约束性直线运动,由于速度变化引起洛伦兹力的变化,将会存在下列动态过程: 变,导致 变,导致 变,导致速度 又发生变化……最后往往存在一个终态:当加速度为0时,速度取极值,带电粒子做匀速直线运动。解答这类问题时,首先应从受力分析和运动分析着手,并充分考虑带电体的运动速度对洛伦兹力的影响,结合牛顿第二定律分析出带电体的运动趋势,找出带电体的最后运动状态,从而求出带电体的速度极值。
  其次,分段。所谓“分段”是以临界状态点为分界、对物体复杂运动过程按不同的运动性质进行合理分段处理的方法。分段后,可利用牛顿第二定律或运动学公式对物体各段的运动进行分析,求出相关量。划分的常见运动类型有:匀速直线运动;匀变速直线运动、加速度增大的变加(或减)速运动;加速度减小的变加(或减)速运动;匀速圆周运动;平抛运动等。
  例题1:如图是一汽车在平直路面上启动的速度—时间图像, 时刻起汽车的功率保持不变、由图像可知( )
  A、 时间内,汽车的牵引力增大,加速度增大,功率不变
  B、 时间内,汽车的牵引力不变,加速度不变,功率增大
  C、 时间内,汽车的牵引力减小,加速度减小
  D、 时间内,汽车的牵引力不变,加速度不变
  【解析】由图像可知,在 时间内,汽车做匀速运动,合力不变,牵引力不变,由 可知, 增大,P增大,A选项错B选项对;由 知道, 内,P不变, 增大,加速度 减小,C选项正确D选项错误。
  【方法感悟】图中有两个关键点:其一是 时刻,它是匀加速的最终时刻,汽车的功率等于额定功率,其速度 小于 ;其二是 时刻,它是达到最大速度的临界时刻。
  例题2:如图所示,一轻质弹簧一端固定在墙上的O点,自由伸长到B 点.今用一小物体m把弹簧压缩到A点(m与弹簧不连接),然后释放,小物体能经过B点运动到C点而静止,物体与水平面间的动摩擦因数 恒定,则下列说法正确的是 ( )
  A.物体从A到B速度越来越大
  B.物体从A到B速度先增加后减小
  C.物体从A到B加速度越来越小
  D.物体从A到B 加速度先减小后增加
  【解析】物体从A到B的过程中水平方向一直受到向左的滑动摩擦力 ,大小不变;还一直受到向右的弹簧的弹力,从某个值逐渐减小为零.开始时,弹力大于摩擦力,合力向右,物体向右加速,随着弹力的减小,合力越来越小,到A、B间的某一位置时,弹力和摩擦力大小相等,方向相反,合力为零,速度达到最大;随后,摩擦力大于弹力,合力增大但方向向左,合力方向与速度方向相反,物体开始做减速运动,所以小物体由A到B 的过程中,先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动,选项B、D正确.
  【方法感悟】因为速度变大还是变小取决于速度方向和加速度方向的关系(当a与v同向时v变大;当a与v反向时v减小),而加速度由合力决定,所以要分析v、a的大小变化情况,必须先分析物体受到合力的变化情况.
  总之,对“物体在变力作用下运动的物理问题”时,我们只要从上述两种方式灵活进行分析处理,就会有 “打蛇打七寸”之效,从而抓住解决问题的关键点,就能使问题变得简单了。
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