余永平
(重慶市長壽中學(xué)校)
高中物理力學(xué)問題解答過程中,機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理都是解題核心公式。同時(shí),歷年來高考試題中這兩個(gè)力學(xué)守恒定律都是熱點(diǎn)題型。能夠靈活掌握這兩個(gè)力學(xué)守恒定律,將為學(xué)生帶來解題的便利,因此本文主要針對(duì)兩者教學(xué)過程中的問題進(jìn)行解析。
高中物理動(dòng)能定理適用單個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)象,其為相互作用的系統(tǒng)問題,動(dòng)能定理列式運(yùn)用在隔離物體之后,而非直接對(duì)系統(tǒng)列式。機(jī)械能守恒定律則可直接運(yùn)用于系統(tǒng)。
例1.如右圖所示,墻與輕彈簧一端相連,質(zhì)量為4kg的木塊以5m/s的速度沿光滑水平面運(yùn)動(dòng)并壓縮彈簧,求彈簧在木塊速度降為3m/s時(shí)的勢(shì)能與其壓縮過程中最大彈性勢(shì)能?
分析:研究對(duì)象若為木塊,則機(jī)械能無守恒,但研究對(duì)象為木塊與彈簧所組成的系統(tǒng),則機(jī)械能守恒。彈簧壓縮量和彈性勢(shì)能最大時(shí)木塊速度為零,令Epm為彈簧最大彈性勢(shì)能,彈簧與木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,得。當(dāng)木塊速度降為v1=3m/s,令Ep1為彈簧彈性勢(shì)能,即,所以。
例2.如右圖所示,有一質(zhì)量為m車的平板小車在光滑水平面上向右正以速度v運(yùn)動(dòng),現(xiàn)以無初速度將一質(zhì)量為m木的木塊放上小車,小車速度因二者摩擦力作用發(fā)生變化。為保證小車原有速度不變,向小車及時(shí)施加一向右水平恒力F,在作用一段時(shí)間后撤去恒力,木塊則恰好與小車共同向右以速度v運(yùn)動(dòng),令μ為木塊與小車間動(dòng)力摩擦因素,那么上述過程中水平恒力對(duì)小車做功多少?
分析:研究對(duì)象為小車與木塊整體利用動(dòng)能定理列式,而求得水平恒力對(duì)小車做功求得為兩動(dòng)能之和為錯(cuò)誤答案。實(shí)際上需分別對(duì)二者進(jìn)行列式即采用“隔離法”,求得式①②分別為由動(dòng)能定理得出木塊即式③:由動(dòng)能定理得出小車即式④:,由此得出。
機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理相比,機(jī)械能守恒定律要求有外力做功,即其他力不做功,若機(jī)械能不守恒則其他力所做功,為物體機(jī)械能變化量度。而動(dòng)能定理無需附加條件,應(yīng)用范圍更廣泛。
例3.如右圖所示,質(zhì)量為m的物體從光滑斜面底端沿斜面向上以速度v0滑動(dòng),其運(yùn)動(dòng)速度恰好減到零運(yùn)到到斜面頂端,斜面長度、傾角已知分別為x、θ,求v0?(以字母g表示重力加速)
分析:動(dòng)能定理列式。由于沿斜面向上滑動(dòng)物體受支持力與重力作用,而支持力不做功求得等式。機(jī)械能守恒定律。同上因?yàn)橹С至Σ蛔龉C(jī)械能守恒,參考平面選以斜面故為初態(tài)機(jī)械能,為到達(dá)斜面頂端機(jī)械能,得出等式。
由于試題中運(yùn)動(dòng)過程中的物體受支持力和重力作用,但支持力垂直與位移不做功,因此滿足機(jī)械能守恒定律,所以解題可以用這兩個(gè)力學(xué)守恒定律。
因?yàn)楦咧形锢斫虒W(xué)中兩個(gè)力學(xué)守恒定律是高考考查熱點(diǎn)題型,為教學(xué)過程中重難點(diǎn)問題,學(xué)生雖然熟悉定律內(nèi)容,但實(shí)際應(yīng)用還尚有不足,所以,廣大高中一線教師要通過不斷總結(jié)歸納,找出幫助學(xué)生積極解決問題的對(duì)策,促進(jìn)學(xué)生提高解題能力和學(xué)習(xí)成績。