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直线运动解题策略

2008-10-08

中学理科·综合版 2008年8期
关键词:参考系初速度铁块

宣 勇

许多运动学考题难度大、变化多,大多数同学在解题时思路又不够开阔,解法过于单一,不够灵活,从而造成解题走弯路,效率低,甚至发生错误.对此,我们在解决物理问题时要通过观察理解问题,抓住问题的特征进行广泛地联想,选择合适的思路,找到恰当的解题方法.当思维受阻时,就要及时灵活调整思维方向,以寻求最佳的解题方式和途径.其中思维策略的选择和运用对于解决问题的成效、优劣起着关键的作用.下面我们结合几个实例,介绍几种解题过程中常见的思维策略.

一、动静转换

物体的运动是绝对的,但我们在具体描述一个物体的运动时却是相对的.当参考系改变时,运动和静止就可以相互转换.通常我们都是取地面为参考系,但有时我们也取运动物体为参考系,这样可使物理问题的解决更为简捷.

【例1】 A、B两杆长均为1米,A悬于高处,B竖于地面,A的下端和B的上端相距20米.在同时刻A做自由落体运动,B以初速度20米/秒做上抛运动,运动中两杆保持竖直.问:

(1)两杆何时开始相遇?

(2)相遇(不相碰)多长时间?

分析:根据题中两杆的运动描述,以地面为参考系,第一问需联立三个方程;第二问需联立五个方程才能得到最后结果,列式求解过程比较复杂.物体的运动状态是相对于一定参考系的,参考系改变,物体的运动和静止是可以相互转化的,从而起到简化过程、快速解决问题的目的.根据物体运动的相对性,若以A杆为参考系(即A杆可视为静止),则B杆相对A杆向上做速度为20米/秒的匀速直线运动,即可解得:(1)开始相遇时刻;(2)两杆相遇时间.

二、数形结合

许多物理关系既可用代数式表达,也可用图形或图像来表达.数和形是反映物理事物关系的两种不同的数学形式,这使许多物理习题既可以用代数的方法,也可以用图像、图形的方法来求解.物理解题中的数形结合,就是指在求解时,交替运用代数式和图形、图像等工具,并使它们协同统一,以使问题获得最为顺利的解决.

在解决具体的问题时,要善于充分挖掘问题中隐含的数与形的因素,注意以数思形,由形想数,数形对照,相互渗透.

【例2】 光滑地面上放有质量为M、长为L的木板,木板左端放有质量为m的小铁块,如图1(a)所示,当铁块以初速度v0向右滑动,滑到木板右端时恰好与木板保持相对静止,且有共同速度v1.现将木板均分为二,总质量和总长度保持不变,如图1(b)所示,若铁块仍以初速度v0向右滑动,则().

A.铁块将在第2块木板上与木板保持相对静止,有共同速度v2,且v2>v1

B.铁块将在第2块木板上与木板保持相对静止,有共同速度v2,且v2<v1

C.铁块将滑出第2块木板

D.图(b)中损失的机械能小于图(a)中损失的机械能

析与解:本题可用v-t图像来解决,在图(b)中,由牛顿第二定律可知,当铁块滑上木板2时,木板的加速度将增大为原来的2倍,即图中ED段直线的斜率所示,图中梯形ACEO的面积应等于三角形CEB的面积,即木板1、2的长度相等.现可知,铁块滑到v-t图中的D点时,就与木板2相对静止,有共同速度v2,而木板1从E点开始以v′做匀速直线运动.因此,很容易可知选项AD是正确的.

三、极限思维

极限思维是根据已知的经验事实,从边界性的原理出发,把研究的现象和过程外推到理想的极值加以考虑,使主要因素或问题的本质迅速地暴露出来,从而得出正确的判断.临界思维和极限思维解物理问题,往往能化繁为简,化难为易.在中学物理教学中,常常涉及到的极值计算有:分析物理过程求取极值;利用二次函数求取极值;利用不等式求取极值;利用物理图像求取极值等.

【例3】 在地面上以初速度为2v0竖直上抛一物体后,又以初速度为v0同地点竖直上抛另一物体,要使两物体能在空中相碰,则两物体抛出的时间间隔必须满足要求什么条件?

析与解:先用“极限法”分析时间间隔Δt有一个范围:当Δt较小(Δt→0),即两物体几乎同时抛出时,则后一物体回到地面时,前一物体还在空中运动,不能满足题目要求;当Δt较大(足够大)时,前一物体早已落地,后一物体尚未抛出,也不能满足题目要求.因此Δt不能太大也不能太小,有个范围.

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