功能關(guān)系是高中物理內(nèi)容,其思維方法貫穿整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)過程,是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn),因此牢固確立功能關(guān)系物理思維模式是學(xué)好高中物理的關(guān)鍵之一.利用功能關(guān)系解題的思維過程,培養(yǎng)并增強(qiáng)學(xué)生解題思維的自我調(diào)控意識(shí),把學(xué)生解題全流程看作“獲取信息—思維啟動(dòng)—思維邏輯—思維深化”的過程.其中與物理規(guī)律相銜接的思維邏輯的形成是解題能力提升的關(guān)鍵.
在功能關(guān)系解題思維模式中,涉及兩種重要的物理規(guī)律,即機(jī)械能守恒定律、動(dòng)能定理,還通常會(huì)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)規(guī)律相結(jié)合.研究物理規(guī)律的特點(diǎn),探究以物理規(guī)律為載體的物理思維模式,能夠簡(jiǎn)化思維流程,提升分析問題和解決問題的能力.
1 機(jī)械能守恒定律的“兩點(diǎn)一線”思維模式
機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容是:只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能和重力勢(shì)能(彈性勢(shì)能)可以相互轉(zhuǎn)換,而總的機(jī)械能保持不變.在利用機(jī)械能守恒定律解題時(shí),在思維流程上,應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)環(huán)節(jié):一是分析過程是否符合機(jī)械能守恒的條件,二是根據(jù)研究問題的需要,確定始末狀態(tài).這一思維模式可以總結(jié)為“看一線、定兩點(diǎn)”.
1)“看一線”就是根據(jù)守恒條件和過程的特點(diǎn)進(jìn)行分析,互相佐證,準(zhǔn)確判定過程是否符合機(jī)械能守恒定律.
a)守恒條件:只有重力或彈力做功.只有重力或彈力做功,并不是要求物體只受重力或彈力,此條件可以分解為三種情況:① 物體在運(yùn)動(dòng)過程中只受重力或彈力;② 物體在運(yùn)動(dòng)過程中除了受重力或彈力外,還受其他力,但其他力不做功;③ 物體在運(yùn)動(dòng)過程中除了受重力或彈力外,還受其他力,其他力也做功,但其他力做功的代數(shù)和為零.
b)過程特點(diǎn):動(dòng)能和勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化.在此過程中,只有動(dòng)能和重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,如果參與轉(zhuǎn)化的能量還涉及熱能或電勢(shì)能,則機(jī)械能一般不守恒.過程特點(diǎn)也可以顯示機(jī)械能是否守恒,如果過程中僅有動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,沒有其他能量參與(沒有能量的損失,也沒有注入能量),則機(jī)械能一定守恒.
2)“定兩點(diǎn)”即確定研究起點(diǎn)和終點(diǎn).根據(jù)機(jī)械能守恒定律的結(jié)論:起點(diǎn)和終點(diǎn)的機(jī)械能保持不變.在解題中通常用到下面的表達(dá)形式:
1/2mv22+mgh2=1/2mv21+mgh1,
或
mgh1-mgh2=1/2mv22-1/2mv21
例1 如圖1所示,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傾角為θ=37°的傳送帶以v=8ms-1的速度逆時(shí)針勻速運(yùn)動(dòng),傳送帶下端點(diǎn)C 與水平面CDP 平滑連接,B、C 間距L =20m,傳送帶在上端點(diǎn)B 恰好與固定在豎直平面內(nèi)的半徑為R=05m 的光滑圓弧軌道相切,一輕質(zhì)彈簧的右端固定在P 處的擋板上,質(zhì)量M =2kg可看作質(zhì)點(diǎn)的物體靠在彈簧的左端D 處,此時(shí)彈簧處于原長(zhǎng),C、D 間距x=1m,PD 段光滑,DC 段粗糙.
現(xiàn)用M 壓縮彈簧一定距離后由靜止釋放,M 經(jīng)過DC 沖上傳送帶,經(jīng)B 點(diǎn)沖上光滑圓孤軌道,通過最高點(diǎn)A 時(shí)對(duì)A 點(diǎn)的壓力為8N.上述過程中,M 經(jīng)C 點(diǎn)滑上傳送帶時(shí),速度大小不變,方向變?yōu)檠貍魉蛶Х较颍阎狹 與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1 =08,與CD 段間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2=05,重力加速度g ?。保癿s-2.求:
(1)在圓弧軌道的B 點(diǎn)時(shí)物體的速度;
(2)M 在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的過程中,帶動(dòng)傳送帶的電動(dòng)機(jī)由于運(yùn)送M 多輸出的電能E;
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