[编号: ]力的积累
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资料类别: 教案
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所属地区: 安徽
学科: 物理
分类: 高中自主招生
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更新时间: 2022-1-18 17:46:15
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 资料简介:
(二)力的积累
     从力在空间上的积累效果与力在时间上的积累效果两个角度,来研究物质运动状态变化的规律,是高中物理重点内容.深入理解"功是能量转化的量度",以及理解在动量守恒过程中能量的变化,是这部分的核心,应着重做好以下几项工作:
     1.深入理解几个重要概念
     本讲研究的概念较多,有功、功率、动能、重力势能、弹性势能、机械能、冲量、动量等重要概念,这是本讲知识的基础,对于它们的物理意义必须进一步深入理解.
     (1)打破思维惯性,正确认识功的计算公式.
     功的计算公式W=Fscosθ应用比较广泛,不仅机械功计算经常要应用它,电场力做功和磁场力做功有时也要应用它进行计算.
     (2)运用对比方法,区分几个不同的功率概念.
     ①正确区别P=W/t和P=Fvcosθ的应用范围.
     前者为功率的普适定义式,后者是前者导出的机械功的计算公式;前者求出的是t时间内的平均功率,当然t趋近零时,其结果也为瞬时功率,后者公式中的v为瞬时速度大小,求出的功率为瞬时功率;若v为平均速度大小,F且为恒力,求出的即为平均功率.
     在运用P=Fvcosθ进行计算时,要注意θ的大小,也可能求出负值,那是表示阻力的功率,要注意P和F及v是对应的,通常讲汽车的功率是指汽车牵引力的功率.
     ②正确区别额定功率和实际功率的不同.
     额定功率是指机器正常工作时输出的最大功率.实际功率是指机器实际工作时的功率,一般不能超过额定功率.
     ③正确区分汽车两种启动方法的物理过程的不同.
     (3)正确理解势能概念.
     中学教材研究了重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等概念,还要求能够直接运用公式计算重力势能和电势能的大小.
     不管哪种形式的势能,其对应的作用力均为保守力,它们做功与路径无关,只与物体的始末位置有关,并且W=-△Ep.势能是个相对量,它的大小与所取的零势能位置有关,但势能的变化与零势能位置的选取无关.因此,为了处理问题方便,要巧妙选取零势能的参考位置.
     势能是个标量,它的正负是相对于零势能而言的.比较势能的大小,要注意它们的正负号.
     势能属于系统所共有,平时讲物体的重力势能,实际上是物体与地球组成的系统所共有.又如,氢原子核外电子所具有的电势能,实际上应为氢原子所具有.
     (4)深入理解动量和冲量的物理意义.
     ①弄清动量和动能的区别和联系.
     动量和动能都是描述物体机械运动状态量的物理量,它们的大小存在下述关系:

     它们都是相对量,均与参照物的选取有关,通常都取地球为参照物.
     动量是矢量,动能是标量.
     物体质量一定,若动能发生变化,动量一定发生变化;若动量发生变化,动能不一定发生变化.例如物体做匀速圆周运动,动能不变,而动量时刻在变.
     ②正确理解冲量I=Ft.
     I=Ft适用于恒力冲量的计算,是个矢量式,I和F是对应的,方向相同.某一恒力有冲量,该力不一定做功;某一恒力做功,该力一定有冲量.
     ③弄清冲量和动量的关系.
     合外力冲量是物体动量变化的原因,而非动量的原因.
     2.熟练掌握动能定理和机械能守恒定律的应用
     (1)运用动能定理要善于分析物理过程.
     例如,总质量为M的列车,沿水平直线轨道匀速前进,其末节车厢质量为m,中途脱节.司机发觉时,机车已行驶L的距离,于是立即关闭发动机滑行.设运动的阻力与质量成正比,比例系数为k,机车的牵引力恒定.当列车的两部分都停止时,它们的距离是多少?
     解本题时应注意,前面的列车从脱钩以后到停止,整个运动过程有两个阶段:第一阶段牵引力没撤去时,列车做匀加速直线运动;第二阶段为关闭发动机滑行阶段.运用动能定理时不必分阶段分别列式去研究,应该从整个过程考虑列以下方程式:

     再对末节列车应用动能定理,有:

     再从整体考虑,有F=kMg                               ③
     
     本问题求解时也可假设中途脱节时,司机立即发觉并关闭发动机,则整个列车两部分将停在同一地点.然而实际上是行驶了距离L后才关闭发动机,此过程中牵引力做的功可看作用来补偿前面列车多行驶s克服阻力所做的功,即
kMgL=k(M-m)g△s
     
     (2)运用动能定理解连接体问题时,要注意各物体的位移及速度的关系.

     如图1-9-2所示,在光滑的水平面上有一平板小车M正以速度v向右运动.现将一质量为m的木块无初速地放上小车,由于木块和小车间的摩擦力的作用,小车的速度将发生变化.为使小车保持原来的运动速度不变,必须及时对小车施加一向右的水平恒力F.当F作用一段时间后把它撤去时,木块恰能随小车一起以速度v共同向右运动.设木块和小车间的动摩擦因数为μ.求在上述过程中,水平恒力F对小车做多少功?
     本题中的m和M是通过摩擦相互联系的.题中已经给出最后两者速度均为v,解题的关键是要找出s车和s木的关系.
     由于s车=vt,s木=vt/2,所以
s车/s木=2/1             ①
     根据动能定理,对于木块有

     对于车有                   WF-μmgs车=0       ③
     将①式、②式和③式联系起来,可得 W=mv2.
     3.强化动量守恒定律及其与功能关系的综合应用的训练
     (1)重视动量守恒定律应用的思维训练.
     例如下面这道试题.

     如图1-9-3所示,一排人站在沿x轴的水平轨道旁,原点O两侧的人的序号都记为n(n=1,2,3,...).每人手拿一个沙袋,x>0一侧的每个沙袋质量m=14kg;x<0一侧的每个沙袋质量为m′=10kg.一质量为M=48kg的小车以某初速度从原点出发向x正方向滑行,不计轨道阻力.当车每经过一人身旁时,此人就把沙袋以水平速度u朝与车相反的方向沿车面扔到车上,u的大小等于扔此袋之前的瞬间车速大小的2n倍(n是此人的序号数).(1)空车出发后,当车上堆积了几个沙袋时车就反向滑行?(2)车上最终有大小沙袋共多少个?
     先确定车上已有(n-1)个沙袋时,车与沙袋的动量大小p1,和第n个人扔出的沙袋动量大小p2.如果p2>p1,则车反向滑行;若p1=p2就停止.要能运用不等式讨论,得出结果.题目中第(2)问,车沿x负方向运动时,也应能用上述思维方法进行分析讨论.
     (2)强化动量守恒定律与能量转化的综合计算.
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