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“力的独立作用原理”处理曲线运动的优越性

2013-01-17陈晓斌许忠艳

物理通报 2013年9期
关键词:方向水平

陈晓斌 许忠艳

(辉南县第一中学 吉林 通化 135100)

“力的独立作用原理”虽然没有作为教学内容在教材中出现,但在解题时,我们有时却在不自觉的运用.理解好这一原理,不但可以使学生在遇到复杂问题时,能找到巧妙简捷的处理方法,更能加深对力和运动关系、做功与能量转化关系的理解,提高学生的物理思维能力.

本文试从 “运动和力”的关系、“做功与能量转化”的关系,这两个角度来阐释力的独立作用原理处理复杂曲线运动中的优越性.

图1

【例1】一个带负电的小球,质量为M,电荷量为Q.在一个如图1所示的平行板电容器的右侧板边被竖直上抛,最后落在电容器左侧板边同一高度处.若电容器极板是竖直放置,两板间距离为d,板间电压为U,求电荷能达到的最大高度及抛出时的初速度.

解析:根据力的独立作用原理,小球受到两个力的作用:重力使它在竖直方向做竖直上抛运动,水平向左的电场力使之在水平方向向左做匀加速直线运动,二者互不影响.二个方向唯一有联系的量就是时间相等!

在水平方向,由牛顿第二定律和运动学公式,可得

在竖直方向,由竖直上抛运动的对称性可知,上升到最高点与返回到同一高处的时间相等,都等于水平方向运动时间的一半.电荷达到的最大高度和抛出时的初速度分别为

图2

B.绳拉力的大小随物体转过的角度均匀减小

C.如果初速度v0较小,绳的拉力可能为零

解析:在高中阶段求解时间用到的运动学公式的成立条件都是匀变速直线运动,此题却是变速曲线运动!……

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