平衡与不平衡的正交分解通法通解呈现

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  摘 要:教学中要通过相似例题的分析、甄别,帮助学生体会平衡与不平衡问题的通法通解,体会建坐标正交分解在分析解决力学问题时的重要性,通过引导,变教师所知为学生所得。让学生领悟物理学习思维之美、对称之美!
  关键词:通法;平衡;不平衡;x方向;y方向
  一。母题题干:
  如图所示,斜面体A放在粗糙水平面上,用轻绳拴质量为m=10.kg的小球B置于斜面上,已知斜面倾角,轻绳与斜面平行且另一端固定在竖直墙面上,不计小球与斜面间的摩擦。求轻绳对小球的拉力FT以及斜面体对小球支持力FN的大小
  二、问题分类:
  问题一:平衡----整个系统处于静止状态Fx=0,Fy=0
  通法呈现:x:①
  y:②
  通解:①×cosθ+②×sinθ,消FN,得到
  ②×cosθ-①×sinθ+,消FT,得到
  问题二:不平衡——装置竖直向上以加速度a=2g匀加速上升Fx=0,Fy≠0
  通法呈现:x:①
  y:②
  通解:①×cosθ+②×sinθ,消FN,得到
  ②×cosθ-①×sinθ+,消FT,得到
  24N
  問题三:不平衡——装置竖直向下以加速度a=g匀加速下降Fx=0,Fy≠0
  通法呈现:x:①
  通解:①×cosθ+②×sinθ,消FN,,得到FT=0
  ②×cosθ-①×sinθ+,消FT,得到FN=0
  问题四:不平衡——装置水平向左以加速度a=g匀加速前进Fx≠0,Fy=0
  存在临界a0,令FN=0,,所以
  由于a=g<a0所以FN与FT均存在
  通法呈现:x:①
  通解:①×cosθ+②×sinθ,消FN,得到
  ②×cosθ-①×sinθ,消FT,得到
  问题五:不平衡——装置水平向右以加速度匀加速前进Fx≠0,Fy=0
  存在临界a0,令4FT=0,,所以
  由于<a0所以FN与FT均存在
  通法呈现:x:①
  ②
  通解:②×sinθ-①×cosθ,消FN,得到FT=2N
  ①×sinθ+②×cosθ,消FT,得到FN=11N
  问题六:不平衡——装置绕左侧竖直轴俯视顺时针以角速度做匀速圆周运动Fx≠0,Fy=0
  存在临界ω0,令FN=0,,所以
  由于<ω0所以FN与FT均存在
  通法呈现:x:①
  ②
  通解:①×cosθ+②×sinθ,消FN,得到FT=12.4N
  ②×cosθ-①×sinθ,消FT,得到FN=3.2N
  后记:正交分解是一种非常重要的处理解决力学问题的手段,学生只有对上面类似的问题进行通法通解的体会研究,才会对物理学平衡与不平衡的的本质内涵有更深刻的领悟,从而进一步让正交分解真正成为自己解决问题的工具;另外从知识的角度我们也可领悟到,同样的装置在不同的运动情境下,轻绳对小球的拉力FT以及斜面体对小球支持力FN的这两个被动力的大小各不相同。
  参考文献
  [1]郭建.共点力平衡条件的推论及应用[J].中学生数理化(高三版)2006年Z1期.
  [2]张善贤.浅析1990年高考物理试题中有关物体平衡的考题[J].物理教师.1991年03期.
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