摘 要:正確地分析出物體的運動情況是高中學生學好物理課必須具備的、非常重要的基本能力,現從力和運動的關系對物體的運動情況做詳細的分析。
關鍵詞:運動情況;分析方法;單個物體;多個物體;單段運動;多段運動
高中物理教學中,對物體的運動情況進行正確分析,是學生的一項重要能力。怎樣正確判斷物體做什么運動?往往是解決問題的關鍵所在。力是改變物體運動狀態(tài)的原因。關于力和運動的關系,可以從牛頓運動定律入手進行分析。
一、單個物體單段運動
在現行的高中物理課程中,學生分別學習了:勻速直線運動,勻變速直線運動,拋體運動,圓周運動,簡諧運動和一般運動。每種運動的特點課本中都有描述。根據牛頓第二定律,某物體所受的合外力F合,產生加速度,物體的加速度和初速度v0共同決定該物體做什么運動。下面分別作出判斷:
1.當一個物體所受的合外力F合為零時,即:F合=0。這時,物體將處于靜止狀態(tài),或者做勻速直線運動。
2.當一個物體所受的合外力恒定,即在這個運動過程中,F合的大小和方向都不發(fā)生變化。根據初速度v0和合外力F合的方向之間的夾角θ的關系,物體會做如下幾種運動:
?。?)當θ=0度時,即F合和v0方向一致。物體將做勻加速直線運動。這種情況下,符合勻加速直線運動的規(guī)律,用勻加速直線運動的處理方法可以解決有關問題。
(2)當θ=180度時,即F合和v0方向相反。物體將做勻減速直線運動。這種情況下,符合勻減速直線運動的規(guī)律,用勻減速直線運動的處理方法可以解決有關問題。
(3)當θ=90度時,即F合和v0方向垂直。物體將做類似于平拋運動。這種情況下,只要把在重力作用下平拋運動中的加速度g換成F合產生的加速度a,仍然采用處理平拋運動的分析方法就可以解決這類問題。即采用運動的合成和分解的方法來處理具體問題。
?。?)當90度<θ<180度時,即F合和v0方向成鈍角。物體將做類似于斜上拋運動。這種情況下,只要把在重力作用下斜上拋運動中的加速度g換成F合產生的加速度a,仍然采用處理斜上拋運動的分析方法就可以解決這類問題。即采用運動的合成和分解的方法來處理具體問題。
(5)當0度<θ<90度時,即F合和v0方向成銳角。物體將做類似于斜下拋運動。這種情況下,只要把在重力作用下斜下拋運動中的加速度g換成F合產生的加速度a,仍然采用處理斜下拋運動的分析方法就可以解決這類問題。即采用運動的合成和分解的方法來處理具體問題。
反之,根據物體做以上運動,就可以判定F合和v0的關系。
3.當F合大小一定,方向始終垂直于速度v時,物體將做勻速圓周運動??梢?mark style="display:none;">pSxUizPhiFxy78a4DPkfyQ==用處理勻速圓周運動的方法來解決這類問題。
4.當F合和v0在同一直線上,且F合跟物體離開自己的平衡位置的位移x大小成正比,方向始終與x方向相反。這時,物體將做簡諧運動??梢圆捎锰幚砗喼C運動的方法來解決此類問題。
5.當F合不恒定,與v的夾角θ的關系是:
?。?)當0度<θ<90度時,將F合分解為一個與v一致和另一個與v垂直的兩個分力,與v一致的分力改變物體運動速度的大小,使物體運動速度的大小要增加,同時與v垂直的分力改變物體運動的方向,使物體向受垂直分力的方向偏轉,物體將做加速曲線運動。
(2)當90度<θ<180度時,將F合分解為一個與v相反和另一個與v垂直的兩個分力,與v相反的分力改變物體運動速度的大小,使物體運動速度的大小要減小,同時與v垂直的分力改變物體運動的方向,使物體向受垂直分力的方向偏轉,物體將做減速曲線運動。
(3)當θ=90度時,物體由于受到一個與v垂直的力作用,相當于做圓周運動的物體受到向心力的作用。所以將向受垂直力的方向偏轉,物體將做圓周運動。
(4)當物體所受的與v垂直的分力大小等于物體做圓周運動所需要的向心力時,物體可能做變速圓周運動。
當物體所受的合外力F合發(fā)生變化時,物體的加速度a也發(fā)生變化,這種情況下,物體就不再是單個運動過程了,可以把物體運動的整個過程看成多個單段運動的組合。
二、單個物體多段運動
在高中物理學科所需要解決的問題中,經常遇到的是單個物體多段運動問題。例如:某列車從A站出發(fā),先要做勻加速運動,達到一定速度后開始做勻速運動,快要到達B站前做勻減速運動,進入B站停止。列車從A站出發(fā)到達B站的整個過程,可以分為三個單段運動。解決這類問題,首先要能正確判定和劃分各個單段運動,同時要考慮整體和部分的關系。一般可以從時間和空間的等量關系來建立方程或方程組。還要注意兩個過程之間的交接點的等量關系,這個關系往往是解決問題的關鍵。
三、多個物體多段運動
高中物理問題中,難度較大的是多個物體的多段運動問題。這類問題需要學生有較強的分析能力和綜合判斷能力。以追擊問題為典型代表。解決這類問題,首先要弄清楚每個物體的每段運動情況,再分析每個物體的多段運動過程中的整體和分部的關系。同時要考慮多個物體的位移等量關系和時間等量關系。通過各種等量關系,建立方程組來解決問題。
總之,準確判定物體做什么運動,是解決高中物理中力和運動的有關問題必須具備的重要能力。
參考文獻:
[1]普通高中課程標準實驗教科書物理1(必修).人民教育出版社.
?。?]普通高中課程標準實驗教科書物理2(必修).人民教育出版社.
(作者單位 安徽省銅陵縣第二中學)