物体做往返运动中一类题型的巧解

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Freyr119
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  在学习物理的过程中,要不断注重培养对知识的理解能力,按大纲的要求,对学科内的内容能“知其然,知其所以然,举一反三”,并能适当联系实际,把重点放在掌握分析问题的方法和解决问题的能力上。为适应高考对能力的要求,笔者认为在平时的教学工作中应加强这方面的培训。现结合下面的例题介绍一种解法在不同题目中的应用。
   一、从一道高考题中总结出的特点:
   例题(1996年全国)在光滑水平面上一静止的物体,现以水平恒力甲推这一物体,作用一段时间后,换成相反方向的水平恒力乙推这一物体,当恒力乙作用时间与恒力甲作用时间相同时,物体恰好回到原处,此时物体的动能为32J,则在整个过程中,恒力甲做的功等于_______J,恒力乙做的功等于______J。
   解析一:设水平恒力甲为F1,作用时间为t,水平恒力乙为F2,物体质量为m。
   甲、乙两力作用下物体运动位移大小相等:
   甲、乙两力的大小关系为:F2=3F1
   甲力推物体做功:W1=F1s
   乙力推物体做功:W2=F2s
   甲、乙两力做功关系:W2=3W1
   全过程由动能定理知:W1+W2=Ek2=32J
   甲、乙两力做功大小为:W1=8J,W2=24J
   解析二:恒力甲作用阶段与恒力乙作用阶段物体位移大小相等。设撤去恒力甲时物体的速度为v1,物体回到原位置处时速度为v2,作用时间均为t 。则:
  
   解得:v2=2v1
   对恒力甲作用过程由动能定理:W1=mv12-0
   对恒力乙作用过程由动能定理:W2=mv22mv12=mv12
   则:W2=3W1
   而W1+W2=32J
   由此可得:W1=8J,W2=24J。
   点评:此题设计新颖,解题方法多样,具有较强考察学生能力的功能。对于解法二,它抓住了物体运动两个阶段“位移大小相等,方向相反,运动时间相同”的特点,从而导出了“这两个阶段末速度的关系是v2=2v1,这两个阶段的加速度关系是a2=3a1”的结论,具有简捷、明了的效果,此方法应用于下面几题的解答中,就显得特别简练。
  二、抓住试题特点,举一反三。
   应用一原有一油滴静止在极板水平放置的平行板电容器中,给电容器再充上一些电荷ΔQ,油滴开始向上运动,经t秒后,电容器突然放电失去一部分电荷ΔQ’,又经t秒,油滴回到原位置,假如在运动过程中油滴电荷量一定,则ΔQ’:ΔQ=?
   解析:抓住电容器充电阶段和放电阶段“油滴位移大小相等,方向相反,时间相同”的特点列方程,此题的解答就简便多了。
   充电阶段和放电阶段的加速度关系为:a2=3a1
   而:a1∝ΔQ1a2∝ΔQ2
   故:ΔQ2=3ΔQ1
   又:ΔQ=ΔQ1,ΔQ’=ΔQ1+ΔQ2=4ΔQ1
   所以:ΔQ’:ΔQ=4:1
   应用二一水平放置的电容器,两板间为匀强电场。开始时两板间场强为E1,这时一带电微粒在电场中恰好静止。现将两板间场强突然增加到E2,保持方向不变,持续一段时间后,又突然将电场反向,而保持E2大小不变,再持续同样一段时间后带电微恰好回到初始位置。已知整个过程微粒并未与极板相碰,试求E2和E1的大小关系。
   解析:带电微粒在这两阶段“位移大小相等,方向相反,时间相同”,则:
   两阶段的加速度大小为:a2=3a1
   即:
   开始时微粒静止,则:qE1=mg
   所以:qE2+qE1=3(qE2-qE1)
   故:E2=2E1
   应用三:如图所示,带等量异种电荷的两块相互平行的金属板AB、CD,长均为L,两板间距为d,其间为匀强电场,当两极间电压为U0时,有一质量为m,带电荷量为q的质子紧靠AB板的上表面以初速度v0射入电场中,设质子运动过程中不会与CD板相碰,求:
  (1)当t=时,质子在竖直方向的位移多大?
  (2)当t=时,突然改变两金属板带电性质,且两板间电压为U1,则质子恰好能紧贴B端飞出电场,求电压U0和U1的比值是多少?
   解析:(1)質子在匀强电场中作类平抛运动,由平抛运动的相关知识可解得竖直方向的位移。
   竖直方向:a=
   竖直方向的位移:y=at2=
   (2) 在改变金属板带电性质前后两阶段,质子在电场中所做的曲线运动较为复杂,但如果只研究竖直方向的运动,我们不难看出质子在这两个阶段竖直方向的位移大小相等,方向相反,时间相同,由前例可知:这两个阶段竖直方向的加速度关系为:a2=3a1
   即: 则:U1=3U0
   故:U0:U1=1:3
   通过以上几个例题的分析,在往返运动的两个阶段中只要满足“位移大小相等,方向相反,时间相同”的特点,不管是哪类问题,都可运用结论“v2=2v1,a2=3a1”进行灵活处理。总之,只要善于分析各类试题的特点,抓住它们的本质进行分析,举一反三,就能提高解决问题的能力,提高解题效率。
  
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