湖北省荊門市象山中學(xué) 周 全
在學(xué)習(xí)和實際問題處理中,很多同學(xué)通常沒有分析或者對幾個抽象概念理解不清,從而都按照點處理,造成錯誤的結(jié)論,在此專門進行討論,希望能夠引起同學(xué)們對條件定義的把握有更清楚的認識。
如果物體本身的大小和形狀對研究它的運動沒有影響或影響很小,我們就可以用一個有質(zhì)量的點來代替整個物體,這個用來代替整個物體的與物體具有相同質(zhì)量的點,叫做質(zhì)點。關(guān)于質(zhì)點的認識可以看這樣一個實例。
例1:兩根硬棒互成夾角θ,各自以垂直于桿的速度v1,v2的速度,求兩桿交點O移動的速度。
分析:顯然此處的交點不是質(zhì)點,不能直接用速度合成的公式直接求解。
O1AO2B四點共圓,O1O2為其外接圓,直徑設(shè)為d。
例2:當(dāng)一根質(zhì)量為m的均勻硬桿繞其中一個端點以ω轉(zhuǎn)動,求桿的動能。
分析:因為此時繞端點轉(zhuǎn)動的硬桿上各點運動狀態(tài)不同,不能看成質(zhì)點,我們需要將硬桿分成n等分(n∞),每一份質(zhì)量為:此時每份都可視為質(zhì)點,則每個質(zhì)點的動能和為所求:
特別的:在研究人從下蹲到跳離地面時,人不可視為質(zhì)點。
力作用在物體上的點稱為作用點。物體的各部分(或物體表面的各部分)在受到某些連續(xù)分布的力的作用時,從效果上講可等效于其合力的作用,像物體受到重力、浮力、支持面的支持力等就屬于這種情況,這樣的力的作用點均是等效作用點,即連續(xù)分布的力的合力作用點。
比如,牽引力肯定是在牽引點;支持力在支持表面;重力在物體的重心(等效,不是中心) ;摩擦力在摩擦表面;彈力,作用在連接點上(一般就是表面了) ;萬有引力是在重心(等效);在畫受力圖的時候要把各個力都畫在重心上(前提是不改變它的作用效果,比如,又轉(zhuǎn)動力矩情況就不可以了,如推門的例子),便于分析。
功的定義:對于質(zhì)點,是力與物體在力方向上的位移的乘積,或矢量的標積(數(shù)量級)。非質(zhì)點運動時功是力與作用點位移的標積。在這里特別要進行衍生分析。課本上的定義的物體是按質(zhì)點給出的。
例3(2006全國高考理綜1卷第20題):一位質(zhì)量為m的運動員從下蹲狀態(tài)向上起跳,經(jīng)過 △t時間,身體伸直并剛好離開地面,速度為v,在此過程中( )
B.地面對它的沖量為mv+mg△t,地面對它做的功為零.
D.地面對它的沖量為mv-mg△t,地面對它做的功為零.
在此處因為作用點沒有位移,地面對人的作用力不做功,地面作用力與重力的合力提供沖量I=IF-mg△t=mv;IF=mg△t+mv 。
當(dāng)電荷的線度遠小于作用距離時可看作點電荷。意義:帶電體的一種理想模型。如果在研究的問題中,帶電體的形狀、大小可以忽略不計,即可將它看作是一個幾何點,則這樣的帶電體就是點電荷。一個實際的帶電體能否看作點電荷,不僅和帶電體本身有關(guān),還取決于問題的性質(zhì)和精度的要求。與質(zhì)點、剛體等概念一樣,點電荷是實際帶電體的抽象和近似,它是建立具有普遍意義的基本規(guī)律的不可或缺的理想模型,又是把復(fù)雜多樣的實際問題轉(zhuǎn)化或分解為基本問題時必不可少的分析手段。
例4(2006全國高考理綜2卷第17題):ab是長為l的均勻帶電細桿,P1,P2是ab所在直線上兩點,位置如圖所示,P1處的場強為E1,P2處的場強是E2,則下列說法正確的是( )
A:兩處場強方向相同E1>E2
B:兩處場強方向相反E1>E2
C:兩處場強方向相同E1<E2
D:兩處場強方向相反E1<E2
此處我們同樣需要將帶電硬桿分為無數(shù)等分(每份視為點電荷進行疊加)。
例5:半徑為R的均勻帶電圓環(huán)帶電量為Q,空缺一小段△l<<R,求環(huán)中心的電場強度。
分析:由于補齊后電場強度為0,空缺一小段△l<<R的部分可視為點電荷。
在分析物理問題時,首先要對分析對象的屬性進行分析,避免盲目代公式,這不僅是平常做習(xí)題的易犯錯點,更是認識中的盲區(qū),分析方法的錯誤、觀念理解的問題,因此特地在此對這類問題展開討論,希望對學(xué)習(xí)有些裨益。