圖象法在牛頓定律中的應用_《數理化學習》
所屬分類:教育論文 閱讀次 時間:2014-04-10 11:44 本文摘要:注:本文摘自《數理化學習》高三版2013年第8期,作者:徐高本 圖象法是利用各種函數圖象解決物理問題的方法,由于物理圖象能形象、直觀地表達物理規(guī)律、描述物理過程、清晰地反映物理量間的函數關系,因此圖象成為一種特殊的數學語言和工具.在解決牛頓第二定
注:本文摘自《數理化學習》·高三版2013年第8期,作者:徐高本
圖象法是利用各種函數圖象解決物理問題的方法,由于物理圖象能形象、直觀地表達物理規(guī)律、描述物理過程、清晰地反映物理量間的函數關系,因此圖象成為一種特殊的數學語言和工具.在解決牛頓第二定律問題時,物體的受力過程和運動情況既可以用方程表示,又可以用圖象形象表示,因此圖象法是處理牛頓定律問題的基本方法之一.運用圖象法求解牛頓定律問題主要表現在以下三個方面.
一、識圖
識圖就能直接從圖象上解決所提出的問題.求解的關鍵是看清圖象中的“點”、“線”、“斜率”(加速度)、“截距”、“面積”的物理意義.
例1如圖1所示,繃緊的水平傳送帶始終以恒定速率v1運行.初速度大小為v2的小物塊從與傳送帶等高的光滑水平地面上滑上傳送帶,以地面為參考系,v2>v1,從小物塊滑上傳送帶開始計時,圖2中v-t圖象可能的是()
解析:如果傳送帶足夠長,小物塊滑上傳送帶后,先在恒定的滑動摩擦力的作用下做勻減速直線運動,直至速度減為零,然后在相同的滑動摩擦力的作用下反向做勻加速直線運動,直至速度大小達到v1,之后隨傳送帶一起運動,如選項(B)所示圖象;若小滑塊滑到傳送帶最左端時,速度剛好減為零,則對應于選項(C)所示圖象;若小滑塊滑到傳送帶最左端時,速度還沒有減為零,則對應于選項(B)所示圖象;選項(D)圖象描述的過程是小滑塊先向左做減速運動,直到速度減為零,然后繼續(xù)向左做加速運動,這顯然是不可能的.所以正確選項為(A)、(B)、(C).
點評:滑動摩擦力與相對運動有關,正確分析摩擦的變化是解決此題的關鍵.
例2原來靜止的物體受到外力F的作用,如圖3所示為力F隨時間變化的圖線,則與F-t圖象對應的v-t圖象是圖4中的()
解析:由F-t圖象可知,在0~t內物體的加速度a1=F/m,做勻加速直線運動;在t~2t內物體的加速度a2=F/m,但方向與a1反向,做勻減速運動,故選(B).
點評:物體的受力情況和運動情況都用圖象表示,由受力情況判斷運動情況是解決此題的關鍵.
二、析圖
析圖就是通過對v-t圖象(斜率、截距、面積、拐點)的分析,從中提取有用的信息,把握物理量間的依賴關系,建立起完整的物理情景,以揭示問題的本質和物理規(guī)律.
三、用圖
有些牛頓定律問題可以借助用圖象法求解,即根據題意把抽象的物理過程用圖線表示出來,將物理量間的代數關系轉化為幾何關系,使物理情景躍然紙上,使得分析過程更清晰、直觀,則可達到化難為易、化繁為簡的目的.
例5一水平的淺色長傳送帶上放置一煤塊(可視為質點),煤塊與傳送帶之間的動摩擦因數為μ.初始時,傳送帶與煤塊都是靜止的.現讓傳送帶以恒定的加速度a0開始運動,當其速度達到v0后,便以此速度做勻速運動.經過一段時間,煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后,煤塊相對于傳送帶不再滑動.求此黑色痕跡的長度.
點評作出兩物體的速度圖象就能直觀地看出兩物體間的幾何關系.
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