劉惠敏

(華東師范大學(xué)第二附屬中學(xué)樂(lè)東黃流中學(xué))

高考物理中,板塊模型是一種常見(jiàn)且重要的題型.這種題型綜合性強(qiáng),對(duì)學(xué)生的受力分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、牛頓第二定律以及功和能等知識(shí)點(diǎn)的掌握程度要求較高.對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題,摩擦力是其中起橋梁作用的關(guān)鍵,本文以摩擦力為切入點(diǎn),以常見(jiàn)的臨界問(wèn)題和多過(guò)程問(wèn)題為研究對(duì)象,對(duì)板塊模型的解題方法和思路進(jìn)行探討,以期為學(xué)生提供一些幫助.

1 板塊模型的基本構(gòu)成類(lèi)型和解題思路

1.1 無(wú)外力板塊模型

這類(lèi)模型中,板塊不受外力作用,只受重力和支持力作用.解題思路為:首先根據(jù)平衡條件求出板塊所受的支持力和摩擦力,再根據(jù)牛頓第二定律求出板塊的加速度.

1.2 受外力板塊模型

這類(lèi)模型中,板塊受到外力作用,如摩擦力、推力、拉力等.解題思路為:首先根據(jù)外力條件求出板塊的合外力,再根據(jù)牛頓第二定律求出板塊的加速度.

當(dāng)然,實(shí)際遇到的問(wèn)題,往往是以上兩類(lèi)情況的綜合,萬(wàn)不可生搬硬套,需要根據(jù)實(shí)際情況具體問(wèn)題具體分析.

2 典型的板塊模型的問(wèn)題類(lèi)型和解析方法

2.1 板塊模型中的臨界問(wèn)題

這是最常見(jiàn)的一種考查類(lèi)型,屬于疊加體系統(tǒng)的臨界問(wèn)題,通常的解題思路為:1)利用隔離法求臨界加速度am;2)假設(shè)疊加體間無(wú)相對(duì)滑動(dòng),利用整體法求出系統(tǒng)的加速度a;3)通過(guò)比較am和a的大小關(guān)系判斷疊加體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài):a≤am時(shí)無(wú)相對(duì)滑動(dòng),a≥am時(shí)有相對(duì)滑動(dòng);4)根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)利用相應(yīng)物理規(guī)律求解.

具體分析時(shí),我們可以將最大靜摩擦力作為橋梁,通過(guò)物體所受摩擦力與最大靜摩擦力的大小關(guān)系來(lái)判斷物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況,這比通過(guò)計(jì)算加速度更直觀(guān)和便捷.

圖1

A.當(dāng)F＝0.5μmg時(shí),A、B、C均保持靜止

B.當(dāng)F＝2.5μmg時(shí),A、C不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)

C.當(dāng)F＝3.5μmg時(shí),B、C會(huì)以相同的加速度運(yùn)動(dòng)

D.只要拉力F足夠大,A、C必然會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)

小結(jié)本題是常見(jiàn)的臨界問(wèn)題,但是設(shè)計(jì)者很巧妙地將木板設(shè)置為理想化的無(wú)質(zhì)量的木板,這與我們通常遇到的有質(zhì)量的木板有了本質(zhì)上的區(qū)別,這讓很多學(xué)生憑借生活經(jīng)驗(yàn)誤認(rèn)為只要拉力足夠大,物塊A一定會(huì)與木板C發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),從而錯(cuò)選了選項(xiàng)D.

2.2 板塊模型中的多過(guò)程問(wèn)題

板塊模型中的多過(guò)程問(wèn)題的解題關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),這些轉(zhuǎn)折點(diǎn)通常處在板、塊的速度達(dá)到相同時(shí),分析時(shí)要以摩擦力為分析要點(diǎn),注意摩擦力的種類(lèi)、方向和大小是否發(fā)生了變化,一般只要三個(gè)參量中有一個(gè)發(fā)生突變,都有可能引起運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)折.

圖2

A.可求出t1時(shí)刻木板的動(dòng)能

B.可求出A、B系統(tǒng)在0～t1時(shí)間內(nèi)損失的機(jī)械能

C.可求出木板的長(zhǎng)度

D.可求出A和B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)

小結(jié)板、塊的速度相同就是它們由相對(duì)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橄鄬?duì)靜止的轉(zhuǎn)折點(diǎn),此時(shí)最突出的表現(xiàn)就是板、塊之間的摩擦力發(fā)生了突變,有可能是方向變化,也有可能是動(dòng)摩擦力到靜摩擦力的轉(zhuǎn)變,更有可能是摩擦力消失.

2.3 傾斜的板塊模型問(wèn)題

傾斜的板塊模型看似復(fù)雜,其實(shí)也只是增加了力的分析過(guò)程的難度,各類(lèi)考試中,試題考查的內(nèi)容依舊繞不開(kāi)臨界問(wèn)題和多過(guò)程問(wèn)題,解析過(guò)程通常是以沿斜面和垂直斜面方向建立直角坐標(biāo)系,將重力、支持力、摩擦力和外力(如果有)納入其中,正確進(jìn)行受力分析是準(zhǔn)確解題的基礎(chǔ).

圖3

小結(jié)對(duì)于傾斜的板塊模型的臨界情況,關(guān)鍵還是正確進(jìn)行受力分析,尤其是選對(duì)研究對(duì)象以及正確判斷研究對(duì)象所受摩擦力的方向和大小,進(jìn)而根據(jù)牛頓第二定律列出正確的算式.判斷物體間是否發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),依舊是動(dòng)摩擦力與最大靜摩擦力的大小關(guān)系.本題是有外力的情況,且斜面體是固定的,如果沒(méi)有外力,或者斜面體放在光滑水平面上,分析過(guò)程遵循以上原則,只需耐心仔細(xì),就能正確解題.

最后,再簡(jiǎn)單總結(jié)一下解決該類(lèi)問(wèn)題的易錯(cuò)點(diǎn):1)忽略板塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),錯(cuò)誤判斷摩擦力的方向;2)忽略支持力的變化,導(dǎo)致解題錯(cuò)誤;3)忽略力的等效性,導(dǎo)致解題復(fù)雜化;4)對(duì)板塊模型的物理過(guò)程理解不深刻,導(dǎo)致解題錯(cuò)誤.

(完)