电场中类单摆运动和弹簧的一维振动类比

来源 :学校教育研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qnwy2051
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  类单摆运动是高中物理中常见的一种运动,由于多加了一些力,中学生经常会感到无从下手,对过程分析感到比较迷茫,对问题中的平衡位置不太清楚。为提高学生解决此类问题的能力,我们以一道例题展开分析,如下例题1。
  例题1:如图1所示,在水平向右的匀强电场中,用一绝缘细线悬挂一个带电小球,其平衡位置为图中a点,现把小球拉到最低点b静止释放,则小球 从b到a的过程中电势能和重力势能的改变量ΔE应为( )A. ΔE>0 B. ΔE<0 C. ΔE=0 D. 无法确定
  该题为“类单摆”运动的一种常见类型,即带电小球在匀强电场中的运动和单摆运动相似,但实际并不是单摆运动,它不符合单摆运动的条件,再加上电场环境,则解题难度增加。题上说a点为平衡位置,中学生很容易错认为小球到a点静止,其实平衡位置是物体所受指合外力为零,加速度为零的位置,而不是物体静止的位置,这时速度应该是最大的。这是中学生容易混淆的知识点,是学生对小球运动过程分析不透彻的体现。
  从能量的角度来看,带点小球从b到a运动的过程中,动能、电势能、重力势能之和保持不变,从b到a运动的过程中,动能增加,所以在此过程中,电势能和重力势能之和减少,即ΔE<0。关于“从b到a运动的过程中,动能增加”可从受力和运动的角度分析,对小球进行受力分析,小球受到重力,细线的拉力,以及水平向右的电场力,而重力与电场力的合力F是一个恒力,大小和方向是不会改变的,与类重力场相似,可以从合力F的角度看过去,与O与平衡位置a点连线是平行的。拉力的方向与速度的方向互相垂直,因此在整个运动过程中拉力是不做功的,因此我们只需要看重力与电场力的合力F的做功情况,可以知道,小球在由b到达a的过程中,F与速度是锐角关系,故F做正功,小球的动能一直增大,而到达平衡位置a的时候,小球受力平衡,即合外力为0,此时F与速度垂直,小球速度达到最大,接下来小球由于惯性将继续做圆周运动,则速度方向与F成钝角,F做负功,小球动能随着运动逐渐减小至b’,再接下来,小球返回,依次经过a和b,其中仍然在a点速度达到最大,小球就这样做着往复运动,如图2所示。
  整个过程都是重力与电场力的合力F在做功,因此速度的变化具有对称性,且平衡位置也是固定不变的,因此,笔者联想到,这与弹簧振子的简谐振动在速度上的变化特征相似,因此完全可以将本题套在弹簧振子模型上来分析、求解。只是弹簧振子在一维直线空间运动,而本题的小球在二维平面运动,这是与一维空间的不同之处。下图3为一水平放置在桌面上的弹簧振子(桌面光滑)。
  设O为弹簧振子的平衡位置,则O点相当于上题中的a点,弹簧振子在平衡位置速度最大,由平衡位置向两边运动时,速度均减小,由两边向平衡位置运动时速度均增大。因此,电场中的类单摆问题,其实与简谐振动中弹簧振子的运动特征相似,做题时,可以将小球的运动与弹簧振子的运动类比学习,他们对弹簧振子的运动较为熟悉,因此这样对他们来说,更容易理解一点。
  静电场中的小球和弹簧振子中的小球均为研究对象,a点和O点均为平衡位置,小球到达平衡位置时速度均为最大值,电场力和重力的合力F的作用和弹簧弹力的作用类似,类比弹簧振子中小球的运动,可知电场中小球的运动过程。
  这样分析,将二维平面带电小球的运动类比简化为一维直线上弹簧振子的运动,简化了问题情景的难度,将复雜的问题简单化,理解起来更为容易,提高学生对知识的系统掌握能力,锻炼学生的思维能力。
其他文献
一、观教材之地位  《古人的名、字、号》是华科大版《中华优秀传统文化读本》八年级上册第六单元中的一篇课文。本单元内容是以“文化常识”为题来组合课文的,展现中华特有的历史文化,极大地拓展了学生的眼界。  二、析学生之学情  学生在平时的学习中,常常接触到古人的名、字、号,并作为文学常识记下来,至于古人为何除了有名以外,还有字和号,它们之间有何联系或特别的意义,学生对此不甚了解,课后真正钻研的很少,只
期刊
党的十九大报告强调:“文化是一个国家、一个民族的灵魂”,“文化兴国运兴,文化强民族强”,“没有高度的文化自信,没有文化的繁荣兴盛,就没有中华民族伟大复兴”。可以说,有没有高度的文化自信,不仅关系到文化自身的繁荣兴盛,而且决定着一个国家、一个民族的前途命运。在96年的奋斗历程中,我们党团结带领人民历经千难万险、不断胜利前进,靠的是马克思主义这一科学理论的指导,靠的是共产主义这一远大理想的感召,说到底
期刊
刚进到办公室,就听一个班主任老师在训斥学生:怎么又是你?你总是屡教不改,怪不得老师们都不喜欢你哦!你一个新生,板凳还没坐暖,就天天有人告你的状,你的到来真的只给老师增加负担和烦恼而已!我在班会课上一再强调纪律,强调你们上课要认真听课,好好做笔记,不要做与课堂学习无关的事!你怎么就不听呢?你这样心安吗?你不想学就滚回家去吧!  针对这些学生,他们违纪了,犯错了,破口大骂的教育是浪费口水没效果的!我们
期刊
新课标指出:“有效的数学学习活动不能单独地一道模仿与记忆,动手实践、自主探索与合作交流是学生学习数学的重要方式。”小学数学学习要改变以往的被动学习、机械学习的弊端,大力倡导自主学习。只有这样,才能使学生真正成为数学学习活动的主体,才能帮助学生活的可持续发展的动力,才能使学生学会学习,为终身学习打下坚实的基础。  什么是自主学习呢?自主学习就是学生在教室的引导下独立、自主地去研究学习对象,达到掌握新
期刊
作文教学是语文教学工作中的重中之重,如何进行作文教学改革,提高学生作文写作水平,也是中学语文教师当前的重要任务。作文评改的模式,对指导、提高学生的作文写作水平,有重要的作用。新课标要求“为学生的自主写作提供有利条件和广阔空间,减少对学生写的束缚,鼓励自由表达和有创意的表达。”农村中学作文评改工作中,我们一直沿用着传统的教学模式——作文批改、点评教师全包。這种传统的教学模式的好处是:便于教师全面详细
期刊
一、适当表扬的重要性和必要性  作为小学教师,我们都习惯对一些表现较好的学生给予表扬,结果是:获得表扬之后,这些学生表现更好了。但是我们往往忽略了:对于一些表现不好的学生,如果给予适当的表扬,他们的改变也是令人欣慰的,甚至是惊人的。如果说好上加好只是量的上升,那么,由差变好却是质的飞跃。但不管是量的上升还是质的飞跃,都是一种可喜的进步。也就是說,适当的表扬,无论是对表现好的学生还是表现不好的学生,
期刊
新一轮课程改革犹如一场浩荡春风吹绿了教育教学的园地,然而农村这块园地却仍是春风难度,甚至是有些政府部门还给这农村中学设置各种限制,给教师的教学带来各种困扰。现在学生家庭教育缺陷,导致学生的素质越来越差,同时学校的教学条件也差,这些都严重制约了农村教育的发展。因此,农村中学的教育教学现状存在以下几个方面的问题及思考。  一、农村中学教育教学存在的问题  第一,随着农村经济的发展,居民收入的提高,以及
期刊
儿童钢琴的启蒙教学阶段是儿童钢琴学习过程中最为重要的阶段,启蒙的质量会直接影响到儿童学习钢琴的进度和发展。儿童钢琴启蒙教学的对象大多为学龄前儿童,一般以5岁左右为宜,年龄太小,其柔软的手指会难以适应钢琴键盘的重量;年龄太大,就会错过脑神经发育的最佳时期。5、6岁的儿童正好处在骨骼、体力、智力的发育阶段,也是他们最初掌握钢琴弹奏方法与技能的关键阶段。在此时期,钢琴弹奏的基础和方法对未来钢琴演奏的影响
期刊
众所周知,《孔融让梨》是中国千百年来流传的一个道德教育故事,教育人们凡事应该懂得谦让,学会分享的礼仪。但令人遗憾的是,现在的幼儿大多数都存在着自私、孤僻、任性、独占心强、以自我为中心、不合群、合作意识差等问题,家长对孩子的爱无可厚非,但这种爱如果不予以正确的引导,就会导致不可想象的严重后果。《幼儿园教育指导纲要》社会领域中指出:教育孩子与人交往,学习互助、合作和分享,有同情心等。为了能使幼儿的行为
期刊
高考是学生求学时期最重要的一次考试,在应考现场不可能不紧张。而化学科高考考试又以理科综合的形式出现,如何解答化学试题、在高考紧张的考场气氛中如何顺利答好化学题,下面介绍高考化学解题方法几个技巧,是便下届考生借鉴。  考生进入考场坐稳后,先做个深呼吸以便稳定一下情绪等待考场指令,静候监考老师分发试卷。当拿到试卷要开始答题时:  (一)按试卷结构顺序解题  化学科以理科综合的形式出现,全称理科综合能力
期刊