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解决牛顿运动定律的多过程问题

2018-01-10赵星宇

读与写·教育教学版 2018年12期

赵星宇

摘 要:本文将立足于学生,将牛顿运动定律中的多过程运动类的题目,与学生的逻辑思维结合起来,让学生能够通过文字表述的方法作为辅助来解答这一类题目,以此来提高学生的解题准确率,并通过此类方法来对物理高考真题进行使用,让学生能够通过运用方法,以达到掌握的目的。

关键词:文字表述 物理高考 牛顿运动定律 多过程运动

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-1578(2018)12-0070-01

1 背景

四川省从2016年开始开始使用全国卷,对全国卷的物理高考试题进行分析发现,全国卷相比于四川卷有了重大改变,尤其是对于牛顿运动的定律的考察,通过我对2013到2017高考物理全国卷进行的分析,我发现在全国卷的高考试题当中,牛顿运动定律的比重很大,尤其是对于多过程问题的考察,而多过程问题的考察有主要是以滑块模型为主,而滑块模型的考察当中,最主要的就是对相对滑动的考察,所以对这类题目的探析是很有必要的。

2 现状

这种问题一般分为两大类,第一类是已知物体的受力情况,求解物体的运动情况。一般的解题步骤如下,即先看物理受到了哪些力,再根据受力分析求出合外力,之后运用牛顿第二运动定律求加速度,再通过对题目进行分析,看看题目中所给出的物体刚开始时的条件,之后运用运动学的一系列公式,求出物体运动的情况,即求出物体做加速时的时间,位置,再根据受力判断之后能否一起运动,或发生相对滑动。流程图如下:

第二类是已经知道了物体的运动情况,通过运动情况来求解物体的受力情况。一般的解题步骤就是,通过运动情况的分析,运用运动学公式,求加速度,然后通过加速度来求出所受合力即可,然后通过受力分析求出物体的其他分力。流程图如下:

3 文字表述法

上述的是现在教学过程中常用的解题步骤,对于一些相对于简单的牛顿第二运动定律的综合运用,是比较实用的。可是对于一些运动过程相对复杂的问題实用性就没有那么高,过程相对复杂的问题包括,在运动的过程中涉及到两个或两个以上的物体,或者是涉及到很多个连续的运动过程,再或者就是包括将这两类包含其中,即在物体运动的不同阶段,运动情况与受力情况都不相同。这就是我们这篇文章所提的多过程运动问题,比如我们今天我们探讨的关于滑块模型的多过程运动问题。对于解决这类问题我们首先要明确的就是,任何一个过程复杂的物理问题都是有很多个简单的问题所构成的,并且每个小过程之间肯定存在着一些联系,其中一类就是前一个过程的答案就是后一过程的所需要的条件,这类题目就只需要一步一步顺着逐步分析即可,还有一类就是,告诉其中一个过程,而需要你求的是另一个过程,这就需要学生仔细审题,找出每个过程之间的联系,按顺序逐个分析,然后将自己的分析过程用文字表述出来,这样就能避免自己在解题过程中思维的混乱。

4 典型例题分析

下面我们看一道例题:一长木板在水平地面上运动,在t=0时刻将一相对于地面静止的物块轻放到木板上,以后木板运动的速度-时间图象如图所示。已知物块与木板的质量相等,物块与木板间及木板与地面间均有摩擦,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上。取重力加速度的大小g=10 m/s2,求:

(1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数;

(2)从t=0时刻到物块与木板均停止运动时,物块相对于木板的位移大小。

根据解题步骤我们应该分别分析小滑块与木板的运动情况,首先是小滑块,由于小滑块是由静止放在运动的小木板上的,所以首先小滑块应该在摩擦力的作用下做匀加速直线运动,木板给小滑块的摩擦力向前,而小滑块就给木板一个摩擦力向后,而木板又受到地面给它的一个摩擦力也向后,所以木板将在这两个力的作用下做匀减速直线运动。当滑块与木板达到同一速度之后,将会出现两种情况。

第一种,若地面对木板的摩擦力提供的共同加速度所提供的合外力小于木板对滑块的最大静摩擦力,则滑块将与木板以同样的速度做匀减速直线运动。

第二种,地面对木板的摩擦力提供的共同加速度所提供的合外力大于于木板对滑块的最大静摩擦力,则小滑块就会和木板发生相对滑动。结合图像我们就会发现在1s前小滑块就在做匀加速直线运动,而木板就在做匀减速直线运动。1s后就要通过计算来判断究竟是哪一种情况。上述是对于这道题的过程分析,所以根据分析,首先来进行文字表述:

①从t=0时开始,木板与物块之间的摩擦力会使物块加速运动,使木板减速运动,此过程会一直持续到物块和木板具有共同速度为止。

②在到达共同速度之后,假设物块和木板一起做匀减速直线运动,或者物块相对长木板将向前“打滑”。

接下来我们就只需要将前面的文字叙述转化为解题步骤就行。

5 结语

通过对这种方法的介绍,不难看出这种解题方法,只是在解题中的一种辅助手段,很大的部分还是依赖于学生对多过程运动状态的分析能力,可是也有大部分学生的这种能力有些欠缺,因此建议教师在讲授牛顿运动运动定律的同时,多培养学生对运动过程的分析的能力,当学生的分析能力提高之后再运用这种方法,那这道题就不会存在太大问题。

参考文献:

[1] 古焕标.用动力学规律解决“滑块—木板模型”问题[J].中学理科参考资料,2018(13):36-37.

[2] 张景林.牛顿运动第二定律教改探索[J].中学物理教学参考,1996(05):15-17.