力學(xué)知識(shí)在日常生產(chǎn)、生活和現(xiàn)代科技中應(yīng)用非常廣泛,主要有:(1)體育運(yùn)動(dòng)方面,如跳高、跳水、體操、鉛球、標(biāo)槍等;(2)天體物理方面,如天體的運(yùn)行、一些星體的發(fā)現(xiàn)、人類的太空活動(dòng)等;(3)交通安全方面,汽車制動(dòng)、安全距離、限速等。
由上述題材形成的實(shí)際問(wèn)題,立意新,情景活,對(duì)學(xué)生獲取信息的能力、分析理解能力、空間想象能力等有較高的要求;同時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度也是一個(gè)考驗(yàn)。
解這類問(wèn)題與解其他物理問(wèn)題的不同之處在于,首先要把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理問(wèn)題。這也是這類問(wèn)題使一部分學(xué)生感到困難的原因。為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化,應(yīng)重視以下幾點(diǎn):
1.從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)考慮問(wèn)題。以實(shí)際情景立意的題目,往往不落俗套,不同于常見(jiàn)題型,由“題海”中總結(jié)出來(lái)的套路一般很難應(yīng)用。這時(shí)從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)分析、思考才是正途。這也正是命題者的匠心所在。
2.要分析實(shí)際現(xiàn)象的空間、時(shí)間特征。力學(xué)問(wèn)題總與時(shí)間和空間有關(guān),從空間上,要關(guān)注場(chǎng)景的細(xì)節(jié),正確把握力的特征;從時(shí)間上,要分析實(shí)際現(xiàn)象如何一步一步演變,把這個(gè)演變的過(guò)程和典型的物理過(guò)程相對(duì)照,尋求轉(zhuǎn)化。
3.要提出疑問(wèn),并探求結(jié)果的意義。面對(duì)題目給出的實(shí)際現(xiàn)象,應(yīng)能抓住現(xiàn)象的本質(zhì)特征,找出原因、原因的原因……,抓住了這串因果鏈,實(shí)際上就是找到了解題思路,向物理問(wèn)題的轉(zhuǎn)化也就自然實(shí)現(xiàn)了。
4.要畫(huà)示意圖,而且要選好角度。這可以大大降低思考的難度,尤其對(duì)于空間想象能力要求較高的題目。
例題1.(天體物理研究)天文觀測(cè)表明,幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星(或星系)都在以各自的速度遠(yuǎn)離我們而運(yùn)動(dòng),離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體,背離我們運(yùn)動(dòng)的速度(稱為退行速度)越大;也就是說(shuō),宇宙在膨脹,不同星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比,即v=Hr,式中H為一恒量,稱為哈勃常數(shù),已由天文觀測(cè)測(cè)定。為解釋上述現(xiàn)象,有人提出一種理論,認(rèn)為宇宙是從一個(gè)爆炸的大火球開(kāi)始形成的,大爆炸后各星體即以各自不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng),并設(shè)想我們就位于其中心。由上述理論和天文觀測(cè)結(jié)果,可估算宇宙年齡T,其計(jì)算式為T(mén)=。根據(jù)近期觀測(cè),哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s·光年,由此估算宇宙的年齡約為年。
解析:本題涉及關(guān)于宇宙形成的大爆炸理論,是天體物理學(xué)研究的前沿內(nèi)容,背景材料非常新穎,題中還給出了不少信息。題目描述的現(xiàn)象是:所有星體都在離我們而去,而且越遠(yuǎn)的速度越大。提供的一種理論是:宇宙是一個(gè)大火球爆炸形成的,爆炸后產(chǎn)生的星體向各個(gè)方向勻速運(yùn)動(dòng)。如何用該理論解釋呈現(xiàn)的現(xiàn)象?可以想一想:各星體原來(lái)同在一處,現(xiàn)在為什么有的星體遠(yuǎn),有的星體近?顯然是由于速度大的走得遠(yuǎn),速度小的走的近。所以距離遠(yuǎn)是由于速度大,v=Hr只是表示v與r的數(shù)量關(guān)系,并非表示速度大是由于距離遠(yuǎn)。
對(duì)任一星體,設(shè)速度為v,現(xiàn)在距我們?yōu)閞,則該星體運(yùn)動(dòng)r這一過(guò)程的時(shí)間T即為所要求的宇宙年齡,T=r/v
將題給條件v=Hr代入上式得宇宙年齡 T=1/H
將哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s·光年代入上式,得T=1010年。
點(diǎn)評(píng):有不少學(xué)生遇到這類完全陌生的、很前沿的試題,對(duì)自己缺乏信心,認(rèn)為這樣的問(wèn)題自己從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò),老師也從來(lái)沒(méi)有講過(guò),不可能做出來(lái),因而采取放棄的態(tài)度。其實(shí)只要靜下心來(lái),進(jìn)入題目的情景中去,所用的物理知識(shí)卻是非常簡(jiǎn)單的。這類題搞清其中的因果關(guān)系是解題的關(guān)鍵。
例題2.(2002年高考全國(guó)理科綜合題)(蹦床中網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力)蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,一個(gè)質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員,從離水平網(wǎng)面3.2m高處自由下落,著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0m高處。已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2s,若把在這段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理,求此力的大小(g=10m/s2)