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            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析

            2022-10-26 04:48 來源: 高考學習網 本文影響了:4343人

            高中物理中,力學是最重要的內容之一,所占分數都在35%以上。而且歷屆高考物理的壓軸題中,也都會有力學相關的題目。

            解決力學題,重點就是弄清楚題目涉及的力學模型是什么,這樣才能針對性的找出解決思路和方法。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            一、斜面問題

            在每年各地的高考卷中幾乎都有關于斜面模型的試題,遇到這類問題時,以下結論可以幫助大家更好、更快地理清解題思路和選擇解題方法.

            1.自由釋放的滑塊能在斜面上(如下圖所示)勻速下滑時,mM之間的動摩擦因數μgtanθ

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            2.自由釋放的滑塊在斜面上(如上圖所示):

            (1)靜止或勻速下滑時,斜面M對水平地面的靜摩擦力為零;

            (2)加速下滑時,斜面對水平地面的靜摩擦力水平向右;

            (3)減速下滑時,斜面對水平地面的靜摩擦力水平向左.

            3.自由釋放的滑塊在斜面上(如下圖所示)勻速下滑時,M對水平地面的靜摩擦力為零,這一過程中再在m上加上任何方向的作用力,(在m停止前)M對水平地面的靜摩擦力依然為零(見一輪書中的方法概述)。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            4.懸掛有物體的小車在斜面上滑行(如下圖所示):

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            (1)向下的加速度agsin θ時,懸繩穩定時將垂直于斜面;

            (2)向下的加速度agsin θ時,懸繩穩定時將偏離垂直方向向上;

            (3)向下的加速度agsin θ時,懸繩將偏離垂直方向向下.

            5.在傾角為θ的斜面上以速度v0平拋一小球(如下圖所示):

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            (1)落到斜面上的時間t=2v0tan θ/g;

            (2)落到斜面上時,速度的方向與水平方向的夾角α恒定,且tan α=2tan θ,與初速度無關;

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            6.如下圖所示,當整體有向右的加速度agtan θ時,m能在斜面上保持相對靜止。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            例1 在傾角為θ的光滑斜面上,存在著兩個磁感應強度大小相同的勻強磁場,其方向一個垂直于斜面向上,一個垂直于斜面向下(如下圖所示),它們的寬度均為L.一個質量為m、邊長也為L的正方形線框以速度v進入上部磁場時,恰好做勻速運動。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            (1)當ab邊剛越過邊界ff′時,線框的加速度為多大,方向如何?

            (2)當ab邊到達gg′與ff′的正中間位置時,線框又恰好做勻速運動,則線框從開始進入上部磁場到ab邊到達gg′與ff′的正中間位置的過程中,線框中產生的焦耳熱為多少?(線框的ab邊在運動過程中始終與磁場邊界平行,不計摩擦阻力)

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            【點評】導線在恒力作用下做切割磁感線運動是高中物理中一類常見題型,需要熟練掌握各種情況下求平衡速度的方法。

            二、疊加體模型

            疊加體模型在歷年的高考中頻繁出現,一般需求解它們之間的摩擦力、相對滑動路程、摩擦生熱、多次作用后的速度變化等,另外廣義的疊加體模型可以有許多變化,涉及的問題更多。

            疊加體模型有較多的變化,解題時往往需要進行綜合分析,下列兩個典型的情境和結論需要熟記和靈活運用。

            1.疊放的長方體物塊A、B在光滑的水平面上勻速運動或在光滑的斜面上自由釋放后變速運動的過程中(如下圖所示),A、B之間無摩擦力作用。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            2.如下圖所示,一對滑動摩擦力做的總功一定為負值,其絕對值等于摩擦力乘以相對滑動的總路程或等于摩擦產生的熱量,與單個物體的位移無關,即Qf·s相。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            例2 質量為M的均勻木塊靜止在光滑的水平面上,木塊左右兩側各有一位拿著完全相同的步槍和子彈的射擊手.首先左側的射擊手開槍,子彈水平射入木塊的最大深度為d1,然后右側的射擊手開槍,子彈水平射入木塊的最大深度為d2,如下圖所示.設子彈均未射穿木塊,且兩子彈與木塊之間的作用力大小均相同.當兩顆子彈均相對木塊靜止時,下列說法正確的是 ( )

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            A.最終木塊靜止,d1d2

            B.最終木塊向右運動,d1<d2

            C.最終木塊靜止,d1<d2

            D.最終木塊靜止,d1>d2

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            【點評】摩擦生熱公式可稱之為“功能關系”或“功能原理”的公式,但不能稱之為“動能定理”的公式,它是由動能定理的關系式推導得出的二級結論。

            三、含彈簧的物理模型

            縱觀歷年的高考試題,和彈簧有關的物理試題占有相當大的比重.高考命題者常以彈簧為載體設計出各類試題,這類試題涉及靜力學問題、動力學問題、動量守恒和能量守恒問題、振動問題、功能問題等,幾乎貫穿了整個力學的知識體系.為了幫助同學們掌握這類試題的分析方法,現將有關彈簧問題分類進行剖析.

            對于彈簧,從受力角度看,彈簧上的彈力是變力;從能量角度看,彈簧是個儲能元件.因此,彈簧問題能很好地考查學生的綜合分析能力,故備受高考命題老師的青睞。

            題目類型有:靜力學中的彈簧問題,動力學中的彈簧問題,與動量和能量有關的彈簧問題.

            1.靜力學中的彈簧問題

            (1)胡克定律:Fkx,ΔFk·Δx

            (2)對彈簧秤的兩端施加(沿軸線方向)大小不同的拉力,彈簧秤的示數一定等于掛鉤上的拉力。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


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            2.動力學中的彈簧問題

            (1)瞬時加速度問題(與輕繩、輕桿不同):一端固定、另一端接有物體的彈簧,形變不會發生突變,彈力也不會發生突變.

            (2)如圖所示,將A、B下壓后撤去外力,彈簧在恢復原長時刻BA開始分離。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


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            【點評】對于本例所述的物理過程,要特別注意的是:分離時刻m1m2之間的彈力恰好減為零,下一時刻彈簧的彈力與秤盤的重力使秤盤產生的加速度將小于a,故秤盤與重物分離.

            3.與動量、能量相關的彈簧問題

            與動量、能量相關的彈簧問題在高考試題中出現頻繁,而且常以計算題出現,在解析過程中以下兩點結論的應用非常重要:

            (1)彈簧壓縮和伸長的形變相同時,彈簧的彈性勢能相等;

            (2)彈簧連接兩個物體做變速運動時,彈簧處于原長時兩物體的相對速度最大,彈簧的形變最大時兩物體的速度相等.

            例5 如圖所示,用輕彈簧將質量均為m=1 kg的物塊AB連接起來,將它們固定在空中,彈簧處于原長狀態,A距地面的高度h1=0.90 m.同時釋放兩物塊,A與地面碰撞后速度立即變為零,由于B壓縮彈簧后被反彈,使A剛好能離開地面(但不繼續上升).若將B物塊換為質量為2m的物塊C(圖中未畫出),仍將它與A固定在空中且彈簧處于原長,從A距地面的高度為h2處同時釋放,C壓縮彈簧被反彈后,A也剛好能離開地面.已知彈簧的勁度系數k=100 N/m,求h2的大小。

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


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            【點評】由于高中物理對彈性勢能的表達式不作要求,所以在高考中幾次考查彈簧問題時都要用到上述結論“①”。

            由以上例題可以看出,彈簧類試題是培養和訓練學生的物理思維、反映和開發學生的學習潛能的優秀試題。彈簧與相連物體構成的系統所表現出來的運動狀態的變化,為學生充分運用物理概念和規律(牛頓第二定律、動能定理、機械能守恒定律、動量定理、動量守恒定律)巧妙解決物理問題、施展自身才華提供了廣闊空間,當然也是區分學生能力強弱、拉大差距、選拔人才的一種常規題型。因此,彈簧試題也就成為高考物理題中的一類重要的、獨具特色的考題。

            四、傳送帶問題

            皮帶傳送類問題在現代生產生活中的應用非常廣泛,這類問題中物體所受的摩擦力的大小和方向、運動性質都具有變化性,涉及力、相對運動、能量轉化等各方面的知識,能較好地考查學生分析物理過程及應用物理規律解答物理問題的能力。

            對于滑塊靜止放在勻速傳動的傳送帶上的模型,以下結論要清楚地理解并熟記:

            (1)滑塊加速過程的位移等于滑塊與傳送帶相對滑動的距離;

            (2)對于水平傳送帶,滑塊加速過程中傳送帶對其做的功等于這一過程由摩擦產生的熱量,即傳送裝置在這一過程需額外(相對空載)做的功Wmv2=2Ek=2Q摩.

            例6 如圖所示,物塊從光滑曲面上的P點自由滑下,通過粗糙的靜止水平傳送帶后落到地面上的Q點.若傳送帶的皮帶輪沿逆時針方向勻速運動(使傳送帶隨之運動),物塊仍從P點自由滑下,則( )

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            A.物塊有可能不落到地面上

            B.物塊仍將落在Q

            C.物塊將會落在Q點的左邊

            D.物塊將會落在Q點的右邊

            不再害怕高中物理力學!四大力學典型模型完全解析(含例題詳解)


            【點評】對于本例應深刻理解好以下兩點:

            ①滑動摩擦力fμFN,與相對滑動的速度或接觸面積均無關;

            ②兩次滑行的初速度(都以地面為參考系)相等,加速度相等,故運動過程完全相同.

            我們延伸開來思考,物塊在皮帶上的運動可理解為初速度為v0的物塊受到反方向的大小為μmg的力F的作用,與該力的施力物體做什么運動沒有關系.

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            大炕上的公用女人
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