一般說(shuō)來(lái),力學(xué)綜合題具有過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜,圖景“撲朔迷離”、條件隱晦難辨。知識(shí)覆蓋廣的特點(diǎn),導(dǎo)致了許多同學(xué)的求解有一定的困難,本文就這類問(wèn)題的求解思路淺作介紹。
人們常說(shuō):“分析好,大有益?!苯獯鹆W(xué)綜合題首先要對(duì)題目所給的物理情景進(jìn)行透徹分析。一是分析研究對(duì)象是單個(gè)物體,還是多個(gè)物體組成系統(tǒng)。有時(shí)需要把其中一個(gè)或幾個(gè)物體從大系統(tǒng)中分離出來(lái),作為研究對(duì)象(稱為子系統(tǒng)),這是因?yàn)榱W(xué)中的許多規(guī)律運(yùn)用是有條件的,某一規(guī)律對(duì)整個(gè)系統(tǒng)不成立,但對(duì)子系統(tǒng)卻成立。二是分析物理過(guò)程。有人這樣比喻,對(duì)力學(xué)綜合題,過(guò)程分析如“十月懷胎”,得出結(jié)果好像“一朝分娩”,這句話確實(shí)很有道理。因?yàn)檎_分析物理過(guò)程,一方面能把復(fù)雜的物理過(guò)程分解為幾個(gè)簡(jiǎn)單的物理過(guò)程,化難為易;另一方面又可挖掘隱含條件,找出聯(lián)系不同階段的“橋梁”。三是分析研究對(duì)象的受力與運(yùn)動(dòng)情況。針對(duì)不同的對(duì)象,分析它們?cè)诟鱾€(gè)過(guò)程的受力情況與運(yùn)動(dòng)情況,同時(shí)分清內(nèi)力和外力,注意各力的特點(diǎn),便于運(yùn)用物理規(guī)律。
其次,要善于運(yùn)用物理規(guī)律。一般解力學(xué)綜合題有三種觀點(diǎn):一是力的觀點(diǎn),即用牛頓定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式聯(lián)立求解;二是動(dòng)量觀點(diǎn),即用動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律求解;三是能量觀點(diǎn),即用動(dòng)能定理和能量守恒定律求解。有的力學(xué)綜合題可同時(shí)運(yùn)用三個(gè)觀點(diǎn)解答,但在許多情況下用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)比用力的觀點(diǎn)要簡(jiǎn)便得多。選擇力學(xué)規(guī)律的程序是:對(duì)于有多個(gè)物體組成的研究對(duì)象,我們首先用系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行考察:①若系統(tǒng)所受的合外力為零,則系統(tǒng)的動(dòng)量守恒;若系統(tǒng)所受的合外力不為零,但某一方向上不受力的作用或所受的外力相互抵消,則這個(gè)方向上的動(dòng)量守恒;否則只能用系統(tǒng)的動(dòng)量定理。②若系統(tǒng)除重力以外的其他力不做功,系統(tǒng)內(nèi)部除彈簧彈力以外的其他內(nèi)力做功為零,則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,可用機(jī)械能守恒定律列方程;否則只能由功能關(guān)系或能量守恒列方程。對(duì)于單個(gè)物體或不能用系統(tǒng)思想來(lái)分析的問(wèn)題,若涉及位移和時(shí)間,則用力的觀點(diǎn)列方程求解;若問(wèn)題中只涉及位移,則用能量的觀點(diǎn)求解;若問(wèn)題中只涉及時(shí)間,則用動(dòng)量的觀點(diǎn)求解。這一程序可表示為:
例1(2006年全國(guó)理綜考題.湖北卷)一水平的淺色長(zhǎng)傳送帶上放置一煤塊(可視為質(zhì)點(diǎn))。煤塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。初始時(shí),傳送帶與煤塊都是靜止的?,F(xiàn)讓傳送帶以恒定的加速度a0開(kāi)始運(yùn)動(dòng),當(dāng)其速度達(dá)到V0后,便以此速度做勻速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后,煤塊相對(duì)于傳送帶不再滑動(dòng),求此黑色痕跡的長(zhǎng)度。
解析根據(jù)“傳送帶上有黑色痕跡”可知,煤塊與傳送帶之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng),煤塊的加速度a小于傳送帶的加速度a0。分析煤塊的受力情況,因開(kāi)始煤塊相對(duì)傳送帶向后運(yùn)動(dòng),所以煤塊水平方向受滑動(dòng)摩擦力作用而先做勻加速直線運(yùn)動(dòng),達(dá)到與傳送帶速度相等霎時(shí) ,再一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)。很顯然這是道力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的考題,應(yīng)該由牛頓第二定律與勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律聯(lián)立求解。
根據(jù)牛頓第二定律,得煤塊的加速度
設(shè)經(jīng)歷時(shí)間t,傳送帶由靜止開(kāi)始加速到速度等于v0,煤塊則由靜止加速到v,有:
例2(2005年廣東物理卷考題)如圖1所示,兩個(gè)完全相同的質(zhì)量為m的木板A、B置于水平地面上,它們的間距s=2.88m。質(zhì)量為2m,大小可忽略的物塊C置于A板的左端,C與A之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1=0.22,A、B與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.10,最大靜摩擦力可以認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力。開(kāi)始時(shí),三個(gè)物體處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)給C施加一個(gè)水平向右,大小為25mg的恒力F,假定木板A、B碰撞時(shí)間極短且碰撞后粘連在一起,要使C最終不脫離木板,每塊木板的長(zhǎng)度至少應(yīng)為多少?
A、B兩木板的碰撞瞬間,內(nèi)力的沖量遠(yuǎn)大于外力的沖量,由動(dòng)量守恒定律得
碰撞結(jié)束后到三個(gè)物體達(dá)到共同速度的相互作用過(guò)程中,設(shè)木板向前移動(dòng)的位移為s1,選三個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象,外力之和為零,則系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,有
設(shè)A、B系統(tǒng)與水平地面之間的滑動(dòng)摩擦力大小為f3,對(duì)A、B系統(tǒng),由動(dòng)能關(guān)系有
例3(2005年江蘇物理卷考題)如圖2所示,三個(gè)質(zhì)量均為m的彈性小球用兩根長(zhǎng)均為l的輕繩連成一條直線在光滑水平面上?,F(xiàn)給中間的小球B一個(gè)水平初速度v0,方向與繩垂直。小球相碰撞時(shí)無(wú)機(jī)械能損失,輕繩不可伸長(zhǎng),求:
(1)當(dāng)小球A、C第一次相碰時(shí),小球B的速度;
(2)當(dāng)三個(gè)小球再次處在同一直線上時(shí),小球B的速度;
(3)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中A的最大動(dòng)能EKA和此時(shí)兩根繩的夾角θ。
解析由A、B、C小球和輕繩組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象,在水平面內(nèi)系統(tǒng)不受外力作用,豎直平面內(nèi)重力和支持力作用而處于平狀態(tài),所以A、B、C小球在相互作用的過(guò)程中動(dòng)量一定守恒;又因小球相互碰撞時(shí)無(wú)機(jī)械能損失,輕繩不可伸長(zhǎng),所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。
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