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單方向雙守恒問題

1.(多選)如圖所示,質(zhì)量M=3kg 的滑塊(視為質(zhì)點)套在水平固定著的軌道上并可在軌道上無摩擦滑動。質(zhì)量m=2kg 的小球(視為質(zhì)點)通過長L=0.75m 的輕桿與滑塊上的光滑軸

連接,開始時滑塊靜止,輕桿處于水平狀態(tài),現(xiàn)給小球一個v0=3m/s 的豎直向下的初速度,已知小球在擺動過程中不會受到軌道的阻攔,可以越過軌道向上運動。重力加速度
,則( )

A. 小球從初始位置到第一次到達(dá)最低點的過程中,滑塊在水平軌道上向右移動了0.3m

B. 小球從初始位置到第一次到達(dá)最低點的過程中,滑塊在水平軌道上向右移動了0.45m

C. 小球相對于初始位置可以上升的最大高度為0.45m

D. 小球從初始位置到第一次到達(dá)最大高度的過程中,滑塊在水平軌道上向右移動了0.54m

2.(多選)如圖所示,光滑的水平導(dǎo)軌上套有一質(zhì)量為1kg、可沿桿自由滑動的滑塊,滑塊下方通過一根長為1m的輕繩懸掛著質(zhì)量為0.99kg的木塊。開始時滑塊和木塊均靜止,現(xiàn)有質(zhì)量為10g的子彈以500m/s的水平速度擊中木塊并留在其中

作用時間極短
,取重力加速g=10m/s2。下列說法正確的是
      )

A. 子彈和木塊擺到最高點時速度不為零
B. 滑塊的最大速度為5m/s
C. 子彈和木塊擺起的最大高度為
D. 當(dāng)子彈和木塊擺起高度為0.4m時,滑塊的速度為1m/s

1是先前練習(xí)過的一道題目,2是小測強化練習(xí)的一道題目。講1時難點在D選項上,做2時沒有易點,進入了坑蒙模式,有點不著邊際。

兩題的共同點:研究的對象幾乎相同,都是光滑橫桿、細(xì)線連接兩物塊的模式(2中的三物只是幌子,子彈打入木塊后就變成了一繩連兩物的模式);所求的問題也有相同點,都有求自由度相對大的物塊擺起的最大高度;情景也有點類似,1的物塊初速度方向是豎直向下,2的物塊初速度(子彈打入木塊后的共同速度認(rèn)為是初速度)方向是水平向右。

所用規(guī)律:單方向動量守恒定律(人船模型的底子);系統(tǒng)機械能守恒(2從子彈打入木塊后開始記起);隱藏的關(guān)于參考系的信息,物塊相對于滑塊做圓周運動。

答題的情況:

1.水平方向動量守恒都能理解;

2.物塊在最高點時兩物體的速度關(guān)系有點糊涂,抓不清了;

3.由2連帶的物塊的最大高度就想偏了;

4.給定高度時,物塊的速度如何求解,這就徹底有點暈了。

思維狀況:

從開始到任一狀態(tài),沒有運用牛頓運動定律分析兩物體速度的變化情況,純感覺或套用先前的結(jié)論。本質(zhì)上是經(jīng)驗法運用的多,分析法應(yīng)用的少,這可能就是多練題的直接效果,練習(xí)習(xí)題的主要目的是想著通過練題來達(dá)到見多識廣的效果,見多識廣沒錯,但多、廣的對象要弄清,否則多、廣反而成為了一種負(fù)擔(dān)。多、廣的重點是對基本概念、基本規(guī)律多情景下應(yīng)用的廣,而非單純試題的廣。多練習(xí)試題,練習(xí)后要重點體會、思考對基本概念、規(guī)律的理解。

這兩題對水平方向動量守恒的規(guī)律從書寫的表達(dá)式上來看,沒有問題。但結(jié)合能量認(rèn)識物塊相對滑塊擺動的過程,就有點死記結(jié)論不會推理了。多練形成套路,在我看來是最糟糕的學(xué)習(xí)或教學(xué),多思考懂了道理好好拿分才是真正的拿分是硬道理,沒有思考的學(xué)習(xí)就是沒意思的學(xué)習(xí),腦子也不用動,學(xué)同嚼蠟。

物塊從最低點擺動到擺到最高點的過程中,關(guān)于速度的變化情況首先需要弄清受力情況,這就需要運用牛頓運動定律的知識。水平速度不等,木塊、滑塊要錯位,木塊升高的同時,水平方向減速,滑塊在水平方向加速,這是由細(xì)線對他們的作用力決定的。在木塊的最高點,木塊豎直方向的速度肯定為零,否則還要上高度,水平速度恰好在一增一減的增減變換中兩者相等了。這是個關(guān)鍵點,從能量角度講,木塊從最低端擺動開始,木塊、滑塊、地球,三者組成的系統(tǒng)機械能守恒(子彈打木塊時損失了一部分機械能)。木塊從最低到最高的過程中,系統(tǒng)的動能減小、重力勢能增大。若把這個過程當(dāng)作一個物理過程,可以理解為水平方向的完全非彈性碰撞過程,動能損失最大。根據(jù)兩個守恒律,可以求出物塊所能擺到的最大高度。

木塊到了最高點時,多數(shù)學(xué)生認(rèn)為滑塊此時速度最大,試著再往下思考。物塊到了最高點時,細(xì)線有無拉力,這個拉力對兩者水平速度有何影響?關(guān)于速度的變化問題,牛爺爺總是最強幫手,沒有之一。一分析細(xì)線的拉力,就會知道到了最高點,滑塊在水平方向還會加速,物塊在水平方向繼續(xù)減速,直到細(xì)線再次處于豎直方向。此時,滑塊的速度才達(dá)到了最大。

從最低點開始,到最低點結(jié)束,再把這個過程當(dāng)作一個碰撞過程,可以看作是一個彈性碰撞過程,就可以求出滑塊的最大速度。

D選項設(shè)置的比較高明,速度、能量、動量兼顧才可求解正誤。分析過程可知,在物塊所能擺起的最大高度之下,同一高度滑塊應(yīng)該有兩個值。

h用題干中給定的值,帶入后滑塊的值有根號,數(shù)據(jù)很糟糕,巨難算,建議帶入選項中的數(shù)據(jù)看是否吻合來得更快一些。

動力學(xué)問題,首先運用牛頓運動定律分析物理過程、狀態(tài),在此基礎(chǔ)上選擇力學(xué)三大規(guī)律定量求解。

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