力學(xué)部分是高中物理的一個(gè)重要板塊,也是每年高考必考的內(nèi)容。考查時(shí)多以力學(xué)綜合題的形式出現(xiàn),也就是我們平時(shí)所說(shuō)的物理大題。這類力學(xué)綜合題條件隱蔽難辨,過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜,情景撲朔迷離,讓許多學(xué)生望而卻步。但我們仔細(xì)分析就可以知道,這些力學(xué)綜合題無(wú)論再?gòu)?fù)雜,運(yùn)用的也就是力學(xué)的中七大規(guī)律。如果我們能夠抓住力學(xué)七大規(guī)律運(yùn)用的時(shí)機(jī),做到'對(duì)癥下藥',恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用這些規(guī)律,這類力學(xué)綜合題便迎刃而解。為了方便記憶,特將每個(gè)規(guī)律運(yùn)用的時(shí)機(jī)總結(jié)了一句歌訣。下面分別舉例說(shuō)明。
一、牛頓運(yùn)動(dòng)定律-------單體運(yùn)動(dòng)且恒力,試試牛頓三大定律
對(duì)于單個(gè)物體的運(yùn)動(dòng),若受到的力是恒力,涉及到物體受力的細(xì)節(jié)分析以及時(shí)間和位移等物理量時(shí),宜優(yōu)先考慮采用牛頓運(yùn)動(dòng)定律。
例1 (2015新課標(biāo)I)一長(zhǎng)木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小物塊;在木板右方有一墻壁,木板右端與墻壁的距離為,如圖(a)所示。時(shí)刻開(kāi)始,小物塊與木板一起以共同速度向右運(yùn)動(dòng),直至?xí)r木板與墻壁碰撞(碰撞時(shí)間極短)。碰撞前后木板速度大小不變,方向相反;運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小物塊始終未離開(kāi)木板。已知碰撞后時(shí)間內(nèi)小物塊的圖線如圖(b)所示。木板的質(zhì)量是小物塊質(zhì)量的15倍,重力加速度大小g?。?0m/s2)。求
(1)木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)及小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2015全國(guó)卷壓軸)
(2)木板的最小長(zhǎng)度;
(3)木板右端離墻壁的最終距離。
二、動(dòng)量定理------作用過(guò)程有時(shí)間,動(dòng)量定理要優(yōu)先
對(duì)于單個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,若涉及時(shí)間、動(dòng)量等物理量時(shí),宜優(yōu)先考慮采用動(dòng)量定理。
例2 [2016;石家莊質(zhì)檢] 如圖所示,光滑水平面上木塊A的質(zhì)量mA=1 kg,木塊B的質(zhì)量mB=4 kg,質(zhì)量為mC=2 kg的木塊C置于足夠長(zhǎng)的木塊B上,B、C之間用一輕彈簧相拴接并且接觸面光滑.開(kāi)始時(shí)B、C靜止,A以v0=10 m/s的初速度向右運(yùn)動(dòng),與B碰撞后瞬間B的速度為3.5 m/s,碰撞時(shí)間極短.求:
(1)A、B碰撞后A的速度;
(2)彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)C的速度大?。?/p>
(例2)
三、動(dòng)能定理--------變力做功不用愁,動(dòng)能定理來(lái)解憂
對(duì)于單個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,若涉及位移、動(dòng)能以及變力做功等物理量時(shí),宜優(yōu)先考慮采用動(dòng)能定理。
例3、[2016全國(guó)卷Ⅰ] 如圖所示,一輕彈簧原長(zhǎng)為2R,其一端固定在傾角為37°的固定直軌道AC的底端A處,另一端位于直軌道上B處,彈簧處于自然狀態(tài),直軌道與一半徑為R的光滑圓弧軌道相切于C點(diǎn),AC=7R,A、B、C、D均在同一豎直平面內(nèi).質(zhì)量為m的小物塊P自C點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑,最低到達(dá)E點(diǎn)(未畫(huà)出),隨后P沿軌道被彈回,最高到達(dá)F點(diǎn),AF=4R,已知P與直軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=1/4,重力加速度大小為g.(取
sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)求P第一次運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度的大?。?/p>
(2)求P運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能.
(3)改變物塊P的質(zhì)量,將P推至E點(diǎn),從靜止開(kāi)始釋放.已知P自圓弧軌道的最高點(diǎn)D處水平飛出后,恰好通過(guò)G點(diǎn).G點(diǎn)在C點(diǎn)左下方,與C點(diǎn)水平相距R、豎直相距R,求P運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)速度的大小和改變后P的質(zhì)量.
(例3)
四、動(dòng)量守恒定律--------爆炸反沖或碰撞,動(dòng)量守恒莫相忘。
對(duì)于多個(gè)物體發(fā)生作用,特別是碰撞、反沖和爆炸類問(wèn)題。宜優(yōu)先考慮采用動(dòng)量守恒定律。但運(yùn)用之前必須判定動(dòng)量是否守恒。
例4、 (2015新課標(biāo)I-35)【物理選修3-5】
(10分)如圖,在足夠長(zhǎng)的光滑水平面上,物體A、B、C位于同一直線上,A位于B、C之間。A的質(zhì)量為m,B、C的質(zhì)量都為M,三者都處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)使A以某一速度向右運(yùn)動(dòng),求m和M之間滿足什么條件才能使A只與B、C各發(fā)生一次碰撞。設(shè)物體間的碰撞都是彈性的。(例4)
五、機(jī)械能定恒定律--------高度變化或彈簧,機(jī)械守恒來(lái)幫忙
機(jī)械能守恒是動(dòng)能與重力勢(shì)能以及彈性勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化守恒,如果有動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,必有高度的變化;如果有動(dòng)能與彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,必須有彈簧。所以物體高度的變化和作用過(guò)程有彈簧的參與,這都是運(yùn)用機(jī)械能定恒定律的信號(hào)。但運(yùn)用之前必須判定機(jī)械能是否守恒。
六、能量守恒定律----------碰撞摩擦生內(nèi)能,能量守恒最可行
如果作用過(guò)程中有兩物體的完全非彈性碰撞,繩突然繃緊以及滑動(dòng)摩擦力做功,則此過(guò)程中機(jī)械能必然向內(nèi)能轉(zhuǎn)化,機(jī)械能就不守恒,這時(shí)要優(yōu)先考慮采用能量守恒定律。
例8、(2015年廣東卷)36.(18分)如圖18所示,一條帶有圓軌道的長(zhǎng)軌道水平固定,圓軌道豎直,底端分別與兩側(cè)的直軌道相切,半徑R=0.5m,物塊A以v0=6m/s的速度滑入圓軌道,滑過(guò)最高點(diǎn)Q,再沿圓軌道滑出后,與直軌道上P處?kù)o止的物塊B碰撞,碰后粘在一起運(yùn)動(dòng),P點(diǎn)左側(cè)軌道光滑,右側(cè)軌道呈粗糙段、光滑段交替排列,每段長(zhǎng)度都為L=0.1m,物塊與各粗糙段間的動(dòng)摩擦因數(shù)都為μ=0.1,A、B的質(zhì)量均為m=1kg(重力加速度g取10m/s2;A、B視為質(zhì)點(diǎn),碰撞時(shí)間極短)。
(例8)
(1)求A滑過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度大小v和受到的彈力大小F;
(2)碰后AB最終停止在第k個(gè)粗糙段上,求k的數(shù)值;
(3)碰后AB滑至第n個(gè)(n<k)光滑段上的速度vn與n的關(guān)系式。
7、 功能原理-------做功源于其它力,功能原理心相系。
除重力和彈簧彈力以外的其它力對(duì)物體所做的功,等于物體機(jī)械能的增量,即為功能原理。所以作用過(guò)程中如果涉及到重力和彈簧彈力以外的其它力對(duì)物體做功時(shí)優(yōu)先考慮采用功能原理。
綜上所述,以上只是力學(xué)七大規(guī)律運(yùn)用時(shí)機(jī)的一些信號(hào),可以提示我們合理的選擇規(guī)律。對(duì)于一些綜合性較高的題目,往往要以上七個(gè)規(guī)律中某兩個(gè)或多個(gè)結(jié)合起來(lái)綜合運(yùn)用,這就要求我們結(jié)合題目的實(shí)際情況,仔細(xì)分析過(guò)程,理清思路,找準(zhǔn)狀態(tài),選擇多個(gè)合適的規(guī)律來(lái)解決問(wèn)題。這正是:
力學(xué)綜合多變幻,力能動(dòng)量三條線;
巧選狀態(tài)和過(guò)程,七大規(guī)律方程建。
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