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探究力和运动 |
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来源:未知 | 点击数:1388 | 发布时间:2011年10月31日 | 修改时间: 2011年10月31日 |
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探究力和运动
河南省信阳市四高 刘继国
一、本节命题趋势
力和运动是高中物理的重点内容，也是高考命题的热点。总结近年高考的命题趋势，一是考力和运动的综合题，重点考查综合运用知识的能力，如为使物体变为某一运动状态，应选择怎样的施力方案；二是联系实际，以实际问题为背景命题，如以交通、体育、人造卫星、天体物理和日常生活等方面的问题为背景，重点考查获取并处理信息，去粗取精，把实际问题转化成物理问题的能力。
二、知识概要
物体怎么运动取决于它的初始状态和受力情况。牛顿运动定律揭示了力和运动的关系，关系如下表所示：
力是物体运动状态变化的原因，反过来物体运动状态的改变反映出物体的受力情况。从物体的受力情况去推断物体运动情况；或从物体运动情况去推断物体的受力情况是动力学的两大基本问题。
处理动力学问题的一般思路和步骤是：① 领会问题的情景，在问题给出的信息中提取有用信息，构建出正确的物理模型；② 合理选择研究对象；③ 分析研究对象的受力情况和运动情况；④ 正确建立坐标系；⑤ 运用牛顿运动定律和运动学的规律列式求解。
在分析具体问题时，要根据具体情况灵活运用隔离法和整体法，要善于捕捉隐含条件，要重视临界状态分析。
三、典题例析
例题1 如图所示，一空间探测器的示意图，P1、P2、P3、P4是四个喷气发动机，P1、P3的连线与空间一固定坐标系的x轴平行，P2、P4的连线与y轴平行，每台发动机开动时，都能向探测器提供推力，但不会使探测器转动。开始时，探测器以恒定的速率v0向x方向平动，要使探测器改为向正x偏负y60°方向以原速率v0平动，则可（ ）。
A. 先开动P1适当时间，再开动P4适当时间
B. 先开动P3适当时间，再开动P2适当时间
C. 开动P4适当时间
D. 先开动P3适当时间，再开动P4适当时间
解题方法与技巧：该题实际上是要校正探测器的飞行状态，这在航天活动中，是很常见的工作，因为这也是很有意义的一道题。最后要达到的状态是向正x偏负y60°方向平动，速率仍为v0。如图所示，这个运动可分解为速率为v0cos60°的沿正x方向的平动和速率为v0sin60°的沿负y方向的平动，与原状态相比，我们应使正x方向的速率减小，负y方向的速率增大。因此应开动P1以施加一负x方向的反冲力来减小正x方向的速率；然后开动P4以施加一负y方向的反冲力来产生负y方向的速率。所以选项A正确。
点评：建立坐标系，在两个坐标轴的方向上分别应用牛顿运动定律，是研究动力学问题的常用方法。该题一入手，就在沿坐标轴的两个方向上对两个状态进行比较，很快就使问题变得清晰。因此要熟练掌握这种分析方法。
例题2 如图所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的，即a=g，则小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？
解题方法与技巧：
解法一：（隔离法）
木箱与小球没有共同加速度，所以须用隔离法取小球m为研究对象，受重力mg、摩擦力Ff，如图所示，据牛顿第二定律得：
mg-Ff=ma ①
取木箱M为研究对象，受重力Mg、地面支持力FN及小球给予的摩擦力Ff′如图
据物体平衡条件得：
FN-Ff′-Mg=0 ②
且Ff=Ff′ ③
由①②③式得FN=g
由牛顿第三定律知，木箱对地面的压力大小为
FN′=FN=g.
解法二：（整体法）
对于“一动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：
（mg+Mg）-FN=ma+M×0
故木箱所受支持力：FN=g，由牛顿第三定律知：
木箱对地面压力FN′=FN=g.
点评：考查对牛顿第二定律的理解运用能力及灵活选取研究对象的能力。在分析具体问题时，要根据具体情况灵活运用隔离法和整体法，要善于捕捉隐含条件。
学生常见错误有：（1） 部分考生习惯于具有相同加速度连接体问题演练，对于“一动一静”连续体问题难以对其隔离，列出正确方程。（2） 思维缺乏创新，对整体法列出的方程感到疑惑。
点评：考查对力和运动关系的理解应用能力、分析推理能力及临界条件的挖掘能力。学生常见错误：对物理过程缺乏清醒认识，无法用极限分析法挖掘题目隐含的临界状态及条件，使问题难以切入。
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