课程教育研究杂志社 > 优秀论文 > 关键词:“轻质”模型在物理解题中的应用

“轻质”模型在物理解题中的应用

发布时间:2016-12-01  点击量:

物理学是研究自然运动规律。在物理学研究中,为了研究问题方便,往往把一些用来约束、连接运动物体的杆、绳、绸带、弹簧等实际物体的质量忽略不计,即看作理想化物理模型——轻质物体。由于轻质物体可看成质量不计的理想模型,所以“轻质”模型就表现出自己的特有的特点。具体地说由于物体质量视为零,可得出以下结论:(1)由牛顿运动定律F=ma,m=0,则轻质物体的合外力为零,始终处于平衡状态。(2)因m=0,物体无惯性,加速度为无穷大,物体可瞬间与外界相同速度。(3)m=0,所以物体的动能为零,对于弹簧的机械能E=Ep。以下就对 “轻质”模型的运用通过题目说明。 
  例1:如图所示,四个完全相同的轻质弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:①中弹簧的左端固定在墙上。②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用。③中弹簧的左端拴一上物块,物块在光滑的桌面上滑动。④中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧的质量都为零,以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量,则有( ) 
  解析:在本题所示的四种情况下,弹簧作为研究对象,由于轻质,故质量不计,所以弹簧两端的力在任何情况下均相等,与系统所出的运动状态无关。因此在四种情况下,弹簧的拉力相等,均等于拉力F。故弹簧在四种情况下的伸长量均相等。答案为D。 
  评析:弹簧作为轻质物体在任何运动状态下受力均大小相等,方向相反,处于平衡状态。因此不但在以上情况下F相等,在竖直方向上或斜面上的各种运动状态中,弹簧的拉力相等依然相等。(如右图) 
  例2:打井施工时要将一轻质的坚硬底座A送到井底,由于A与井壁间摩擦力很大,工程人员采用了如图所示的装置。图中重锤B质量为m,下端连有一劲度系数为k的轻弹簧,工程人员先将B放置在A上,观察到A不动;然后在B上再逐渐叠加压块,当压块质量达到m时,观察到A开始缓慢下沉时移去压块。将B提升至弹簧下端距井口为H0处,自由释放B,A被撞击后下沉的最大距离为h1,以后每次都从距井口H0处自由释放,已知重力加速度为g,不计空气阻力,弹簧始终在弹性限度内。 
  (1)求下沉时A与井壁间的摩擦力大小f和弹簧的最大形变量ΔL; 
  (2)求撞击下沉时A的加速度大小a和弹簧弹性势能Ep; 
  (3)若第n次撞击后,底座A恰能到达井底,求井深H。 
  解析:(1)A缓慢下沉时以A,B整体为研究对象。由于A,B整体缓慢下沉。根据平衡条件f=2mg。再以轻质A为研究对象,底座质量不计,所以合力为零,所以始终有k△L=f,解得△L= (2)B从距井口为H0处下落后先与A相撞下沉,弹簧压缩,弹力增大。在弹簧弹力达到f=2mg前A不动。当弹簧弹力达到2mg时,由于A没有质量,根据平衡条件,弹簧弹力一直保持与井壁间的摩擦力大小f=2mg相同不变。这样弹簧的形变在下沉过程中保持不变。A,B及弹簧就像一个整体一样运动。撞击后AB一起减速下沉,对A,B弹簧整体f-mg=ma,a=g,对B从下落到与A,弹簧开始下沉作为一个过程。设弹簧原长为L,压缩后弹簧长度为L1,运用机械能守恒定律,mg(H0+L)=mgL1+ mv2+EP, 接下来A,B与弹簧一起下沉过程运用动能定理mgh1-fh1=0- mv2,同时△L=L-L1,联解以上三式得:Ep=mg(H0-h1+ ) 
  (3)A第二次下沉,重复第二问过程。得h2=2h1。同理h3=4h1。以此类推,A第n次下沉过程中向下滑动的距离hn=2n-1h1。所以井底深度 H=h1+h2+…+hn=(2n-1)h1 
  评析:本题的难点为在弹簧弹力达到2mg后下沉过程中。由于A为轻质物体,因此弹簧在下沉过程中弹力始终等于A与井壁间的摩擦力,弹簧的形变保持不变,A,,B弹簧作为一个整体下沉。如果A有质量,那么在下沉过程中A的速度将减小,B的速度将增大,最后达到相等。在这个过程中弹簧将继续压缩,导致高中阶段求解的困难。尤其是在与弹簧相互作用时的轻质物体更要识别轻质模型的应用。因此在解题过程中对轻质模型要予以足够的重视。


本文地址:http://www.kcjyyjzzs.com/lunwen/2903.html

相关阅读:
  • 1 小学语文有效教学方式、方法的探索
  • 2 浅析小学语文课堂有效教学
  • 3 来华留学生中国文化体验课教学的几点思考
  • 4 创建王选创新实验班,重构中学技术课程
  • 5 新教师课堂管理的基本理念与策略
  • 6 应用情景教学法提高小学数学教学对策研究
  • 7 小学数学课前预习的策略研究
  • 8 浅析“一带一路”背景下高职公共英语的教学改
  • 9 利用电教媒体优化小学数学教学
  • 课程教育研究杂志www.kcjyyjzzs.com 冀ICP备15004387号-3 网站地图 最近更新

    万方数据收录证书 课程教育研究是正规杂志吗 时代教育杂志社 课程教育研究杂志中国知网收录截图 《课程教育研究》杂志简介投稿邮箱