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        高中物理速度分解問題的探究

        2022-03-12 07:05:50陳丁丁
        數(shù)理化解題研究 2022年6期
        關(guān)鍵詞:體育老師習(xí)題物體

        陳丁丁

        (安徽省阜南一中 236300)

        速度分解是高中物理的重要知識點(diǎn),相關(guān)習(xí)題較為抽象,情境更是靈活多變.解題中如未掌握相關(guān)的規(guī)律,很容易出錯.教學(xué)中為提高學(xué)生解答的正確率,應(yīng)結(jié)合具體情形為學(xué)生做好解題的剖析,使學(xué)生能夠正確的判斷合速度與分速度,靈活運(yùn)用速度分解與合成規(guī)律解答相關(guān)習(xí)題.

        1 由合速度求分速度

        對于一般物體的運(yùn)動來講,根據(jù)其合速度運(yùn)用平行四邊形法則不難求出其分速度.但對于桿這種特殊的運(yùn)動對象,分析其速度時(shí)需要引起足夠的注意,尤其需要搞清楚桿旋轉(zhuǎn)的速度、沿桿的速度以及合速度之間的關(guān)系,避免將一些角度搞錯,得出錯誤結(jié)果.

        例如,如圖1所示,OA的長為L,且可繞著O點(diǎn)轉(zhuǎn)動,A點(diǎn)套一小球.該桿靠在一個高為h,質(zhì)量為M的物塊上.物塊放在光滑的水平面上,若物塊以速度v向右運(yùn)動,當(dāng)桿和水平面成θ角時(shí),小球的速度為( ).

        圖1

        A.vLsin2θ/hB.vLsinθ/h

        C.vLcos2θ/hD.vcosθ/h

        該題較為抽象,找到桿運(yùn)動過程中相等的速度,求出桿轉(zhuǎn)動的角速度是解題的關(guān)鍵.由運(yùn)動分解可知B點(diǎn)的速度和物塊的速度垂直于桿方向上的分速度相等,即,vB=vsinθ,而vB=rOBω,rOB=h/sinθ,v球=Lω,聯(lián)立得到:v=vLsin2θ/h,選擇A項(xiàng).

        2 由分速度求合速度

        高中物理中部分習(xí)題創(chuàng)設(shè)的情境較為新穎.解題時(shí)應(yīng)能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì),能夠迅速聯(lián)系所學(xué)的物理模型.

        例如,如圖2,一底面和地面平行的云層距離地面的高度為h,使用一角速度為ω的探照燈照射云層.當(dāng)光束和豎直方向呈θ角時(shí),則云層底面上光點(diǎn)的移動速度v為( ).

        圖2

        A.hwB.hw/cosθC.hw/cos2θD.hwtanθ

        為使學(xué)生更好的找到解題思路,課堂上設(shè)計(jì)如下問題與學(xué)生進(jìn)行互動:(1)光束的運(yùn)動速度和v有什么關(guān)系?(2)如何求解光束運(yùn)動的半徑?給予學(xué)生引導(dǎo).選擇C項(xiàng).

        例如,如圖3所示,均勻直桿兩端連接A、B兩個球,放置在豎直墻上,忽略一切摩擦力.當(dāng)桿和豎直方向的夾角為θ時(shí),B球的水平速度和加速度分別為vB,aB,求此時(shí)A球的速度和加速度.

        圖3

        對于B球,其沿桿的速度分量為v桿=vBsinθ,則A球的速度vA=v桿/cosθ,則vA=vBtanθ.同理,加速度的分解也是如此,容易得到aA=aBtanθ.

        4 由繩分速度傳導(dǎo)求合速度

        繩除不能產(chǎn)生支撐作用外,其他與桿的性質(zhì)相同.求解由繩分速度傳導(dǎo)求合速度的問題時(shí)應(yīng)注重搞清楚繩的速度是分速度還是合速度.抓住沿繩方向上的速度是相等的這一關(guān)鍵.通過對物體運(yùn)動速度進(jìn)行沿繩和垂直于繩進(jìn)行分解,構(gòu)建相關(guān)的等式關(guān)系進(jìn)行解答.

        例如,如圖4,兩光滑的桿水平、平行放置,在兩桿上分別套上球A、B,兩球通過一根輕繩繞過一定滑輪后相連.若球A以速度v向左勻速移動,某時(shí)刻繩子兩端和桿之間的夾角分別為α、β,則( ).

        圖4

        A.B球的速度為vcosα/cosβ

        B.B球的速度為vsinα/sinβ

        C.β增大到90°的過程中,B球做勻速運(yùn)

        D.β增大到90°的過程中,B球做加速運(yùn)動

        選擇AD兩項(xiàng).

        5 根據(jù)實(shí)際進(jìn)行速度分解

        解答高中物理部分習(xí)題時(shí)有時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況對速度進(jìn)行分解,而后運(yùn)用所學(xué)的運(yùn)動學(xué)知識,研究某一方向物體的運(yùn)動規(guī)律.對速度進(jìn)行分解時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況建立正確的平面直角坐標(biāo)系,準(zhǔn)確判斷相關(guān)角度,求解出某一方向的分速度,以實(shí)現(xiàn)對物體整個運(yùn)動過程的準(zhǔn)確把控.

        例如,如圖5,在光滑水平面上有一質(zhì)量為m的物體沿AB方向勻速運(yùn)動.運(yùn)動至O點(diǎn)受到兩個互相垂直的水平恒力作用,其中一個力的大小為F,另一個力的方向與v0方向成θ角.當(dāng)物體的速度達(dá)到2v0時(shí),物體剛好處在另一個力作用線OP上的P點(diǎn).求:物體從O到P的運(yùn)動時(shí)間t以及位移y.

        圖5

        點(diǎn)評該題能很好地考查學(xué)生運(yùn)用速度分解知識解決問題的靈活性.解題時(shí)需要認(rèn)識到在某一方向上物體的運(yùn)動仍然進(jìn)行運(yùn)動時(shí)的規(guī)律,運(yùn)用運(yùn)動學(xué)相關(guān)公式計(jì)算相關(guān)參數(shù).

        6 運(yùn)用模型進(jìn)行速度分解

        例如,如圖6為學(xué)生早操時(shí)的示意圖,跑操隊(duì)伍寬度d=3m,某時(shí)刻隊(duì)伍前排剛到達(dá)出口的B端,正在A點(diǎn)的體育老師準(zhǔn)備從隊(duì)伍前沿直線勻速橫穿到達(dá)對面出口BC且不影響跑操隊(duì)伍.若學(xué)生跑操的速度v=2m/s,出口BC寬度L=4m,D點(diǎn)是出口BC的中點(diǎn),則以下說法正確的是( ).

        圖6

        A.體育老師只能沿AC到達(dá)出口

        B.體育老師可沿直線AD到達(dá)出口

        C.老師的速度一定為1.5m/s

        D.體育老師到達(dá)對面出口的時(shí)間可能大于2s

        點(diǎn)評審題時(shí)應(yīng)能認(rèn)識到題干創(chuàng)設(shè)的情境符合小船渡河模型.通過聯(lián)系小船渡河模型對教師運(yùn)動速度進(jìn)行合理的分解,掌握教師、學(xué)生運(yùn)動過程中的時(shí)間、速度之間的關(guān)系.

        7 借助圖象探究速度分解問題

        運(yùn)用分速度解決物理問題時(shí)應(yīng)具體問題具體分析.當(dāng)遇到相關(guān)速度-時(shí)間圖象時(shí)應(yīng)認(rèn)真讀圖,搞清楚圖象表示的含義,結(jié)合所學(xué)把握物體在某一方向上的運(yùn)動情況,搞清楚速度分解后與合速度之間的內(nèi)在聯(lián)系,以巧妙的尋找解題突破口.

        例如,一質(zhì)量為3kg的物體在xOy平面內(nèi)運(yùn)動,t=0時(shí)刻該物體位于坐標(biāo)原點(diǎn),其x、y方向上的速度時(shí)間圖像如圖7所示,以下說法正確的是( ).

        圖7

        A.物體做直線運(yùn)動

        B.物體所受合力大小為6N

        C.物體在2s內(nèi)的位移方向和x軸正方向的夾角為45°

        D.物體在2s末的速度大小為4m/s

        點(diǎn)評解答該題需要能夠根據(jù)速度分解后的圖象,判斷出物體在某一方向上的速度、加速度,并準(zhǔn)確的判斷出物體實(shí)際運(yùn)動情況,運(yùn)用運(yùn)動學(xué)計(jì)算公式分析相關(guān)參數(shù).

        高中物理中物體速度分解主要依據(jù)平行四邊形法則.該法則難度并不大,但是只有準(zhǔn)確判斷合速度與分速度,才能應(yīng)用該法則正確求解出相關(guān)參數(shù).教學(xué)中應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況對學(xué)生容易出錯的題型進(jìn)行匯總,并組織學(xué)生開展專題教學(xué)活動,使學(xué)生總結(jié)相關(guān)解題規(guī)律,牢牢把握相關(guān)解題技巧.

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