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探讨力学解题步骤
在近几年的物理教学中,我对力学解题做了多次的探究:在重视概念、规律的同时,有意地培养了学生的解题能力。解题能力的培养主要体现在让学生掌握正确有效的解题方法上,其途径是让学生掌握正确的解题步骤,正确的解题步骤直接影响解题的质量。
一、应用牛顿运动定律解题的步骤
例题1、某人在一部加速度匀加速下降的电梯里,最多能举起的物体,则在地面上最多能举起的物体。若此人在匀速上升的电梯中最多能举起的物体,则电梯上升的加速度()。
分析:无论在什么样的环境中,人们对物体施加的竖直向上的最大支持力与物体所受重力大小不相等时,用牛顿第二定律来建立方程解答问题。
解答:以被举起的物体为研究对象,设人能够对物体施加的竖直向上的最大支持力为F,取向下方为正。
(1)匀加速下降的电梯中,物体的受力情况如图1所示:
据牛顿第二运动定律得
图1
将、代如上式求得
因此在地面上最多能举起的重物质量是
(2)匀加速上升的电梯中,物体的受力情况如图2所示:
图2
据牛顿第二运动定律得
将、代如上式求得
(负号表示此加速度的方向与正方向相反)
从以上求解过程中了解到,应用牛顿运动定律解题的步骤为:
1、根据题意选取研究对象。
力学问题中有时涉及到的物体不是一个而是两个或两个以上的相互有关联的物体。给单个物体的情况下确定研究对象简单明了,但给出了多个物体的情况下就变的复杂,在这种情况下确定研究对象,应该先认真审题,做出正确选择。
2、分析研究对象的受力情况,画出受力图。
力学解题过程中,确定了研究对象之后就该做受力分析。在进行受力分析时不能遗漏所受到的力,也不能凭空增加多余的力,可以按:题中直接给出的力——重力——弹力——摩擦力的顺序来进行受力分析。
3、规定正方向(或建立坐标系)
一般情况下,选取运动方向或运动趋势方向为正方向。
4、根据牛顿运动定律及运动学公式列方程。
5、统一单位,求解方程。
6、对结果进行分析检验或讨论。
注意:把数据代入方程时,要根据此物理量的方向与选取的正方向是否一直来讨论其数值的正负:若方向与选取的正方向一直则为正值否则为负值。对结果进行讨论时要注意合理性。一般情况下,物理题的结果都与现实相符,若与现实的差距太大则结果有误。
二、应用动量定律解题的步骤
例题2、质量为的小球没光滑水平面以速度冲向墙壁,又以的速度被反向弹回,如图3示,球跟墙的作用时间为,求:(1)小球动量的增量;(2)小球受到的平均冲力。
分析:1、小球动量的增量是指小球与墙作用前后动量的增量,而动量是矢量,动量的增量是末动量与初动量的矢量差,因作用前后一条直线上可规定正方向后,用正,负号表示其方向,将矢量运算简化为代数运算。2、球受到的平均冲力就是墙对球的平均冲力,因墙对球的弹力不一定是恒力,高中阶段无法直接由牛顿第二定律求得,所以由动量定理求其平均冲力。
图3
解:选小球为研究对象,在小球与墙壁相互作用过程中,选反弹后的速度方向为正方向,则、。
初动量为:、末动量为:
小球动量的增量为:
正号表示动量增量方向与选定的正方向一致,即向左。
水平方向上,只受的弹力,设平均大小为则:
由动量定理得:
(冲力方向向左)。
从以上求解过程中可了解到,应用动量定理解题的步骤如下:
1、选取研究对象
2、确定研