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    對巧用動(dòng)能定理解決物理特殊問題的探究

    2019-01-28 10:08:56姚志毅
    考試周刊 2019年2期
    關(guān)鍵詞:動(dòng)能定理解題策略

    摘 要:在分析動(dòng)能定理內(nèi)容和運(yùn)用步驟的基礎(chǔ)上,本文結(jié)合例題對動(dòng)能定理在物體過程做功問題、變力做功問題和復(fù)雜曲線問題等特殊物理問題解答上的運(yùn)用過程展開了分析。

    關(guān)鍵詞:動(dòng)能定理;物理問題;解題策略

    一、 引言

    在高中物理學(xué)習(xí)中,在對功能關(guān)系進(jìn)行比較時(shí),通常需要采用動(dòng)能定理。相較于其他方法,動(dòng)能定理理解起來更加容易,通過靈活運(yùn)用可以輕松解答各種特殊的物理問題。因此,動(dòng)能定理能夠?yàn)槲覀兏咧猩忸}提供便利。

    二、 動(dòng)能定理概述

    動(dòng)能定理表達(dá)式為W=ΔEk,即W1+W2+W3+…=12mv22-12mv12。不難發(fā)現(xiàn),動(dòng)能定理用于反映合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系。在合外力做功的過程中,功為過程量,能為狀態(tài)量,二者間無直接關(guān)系,做功即能量轉(zhuǎn)化的過程。而隨著動(dòng)能的變化,總功就會(huì)發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)化。如果合力做正功,動(dòng)能將隨之增加。反之做負(fù)功,動(dòng)能將有所減少。利用動(dòng)能定理,可以明確研究對象,實(shí)現(xiàn)對物體運(yùn)動(dòng)過程的分析。通過分析對象受力狀況和各力做功情況,可以明確物體在始末狀態(tài)下的動(dòng)能情況。因此在應(yīng)用過程中,需要將問題重點(diǎn)放在物體做總功、初動(dòng)能和末動(dòng)能上,忽略物體運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)過程。

    三、 巧用動(dòng)能定理解決物理特殊問題

    (一) 解決物體過程做功問題

    例1 如圖1所示,在固定盒子中存在一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊,其與盒子底面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。一開始,滑塊位于盒子中央,以初速度v0向右運(yùn)動(dòng),與盒子兩壁碰撞若干次后,滑塊速度逐漸減慢,最終變?yōu)榱?。若盒長L,滑塊與盒壁碰撞無能量損失,求物體與兩壁碰撞次數(shù)。

    在解答該問題時(shí),需要以滑塊為研究對象,判斷滑塊在運(yùn)動(dòng)期間,因?yàn)樾枰朔Σ磷枇ψ龉λ詫?dǎo)致初動(dòng)能被消耗。而滑塊在盒子底部進(jìn)行滑動(dòng),與兩壁進(jìn)行多次作用的過程中,盡管摩擦力會(huì)發(fā)生方向變化,但總體做負(fù)功,因此只需要關(guān)注摩擦力大小,可以將摩擦力與物體通過的路程相乘。

    (二) 解決物體變力做功問題

    例2 小車?yán)枚ɑ喓屠KPQ進(jìn)行連接,用于拉動(dòng)山崖下質(zhì)量為m的物體。對繩和定滑輪的重量進(jìn)行忽略,小車初始位置為A,此時(shí)繩子緊繃,左邊長H,小車由靜止加速向左運(yùn)動(dòng),由B點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng),AB間距離為H,到達(dá)B點(diǎn)速度為VB,求小車由A到B時(shí),繩子Q端物體做功大小。

    在求解該問題時(shí),由題目可知,車輛在AB端行駛的過程中,物體僅受重力和拉力的作用,拉力在不斷改變,所以還要重點(diǎn)考慮物體上升速度與高度關(guān)系。而結(jié)合動(dòng)能定理,可以確定拉力做功大小。

    (三) 解決復(fù)雜曲線問題

    例3 如圖2所示,在場強(qiáng)為E的水平勻強(qiáng)電場中,長L的絕緣桿繞過中點(diǎn)的水平軸O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),其質(zhì)量和與軸的摩擦忽略不計(jì),水平軸與場強(qiáng)方向垂直。在桿的兩端,存在固定帶電小球A和B,質(zhì)量分別為2m和m,帶電量分別為+2Q和-Q。桿最初位于圖中豎直位置,在電場力和重力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置時(shí),求A球動(dòng)能大小。

    求解該問題時(shí),表面來看似乎為圓周運(yùn)動(dòng)問題,對物體A在第二種狀態(tài)下的動(dòng)能進(jìn)行計(jì)算,需要對A的速度進(jìn)行求解。但是想要求解A的速度,需確定其受力情況。從系統(tǒng)受力情況來看,A和B均受電場力F、重力G和桿作用力N的作用,前兩個(gè)力恒定不變,但桿的作用力未知。因此在水平位置下,難以對A受的合外力進(jìn)行確定。但是如果運(yùn)用動(dòng)能定理,可以直接結(jié)合各力做功情況展開分析,因此可以簡化問題的求解。

    四、 結(jié)語

    通過研究可以發(fā)現(xiàn),針對特殊的物理問題,可以通過巧妙運(yùn)用動(dòng)能定理加以解決。而在實(shí)際解題的過程中,還要針對問題的特殊性展開分析,然后結(jié)合動(dòng)能定理知識(shí)點(diǎn)和應(yīng)用步驟進(jìn)行解題,從而提升我們的做題效率。

    參考文獻(xiàn):

    [1]趙小勇.巧用動(dòng)能定理速解高考題[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015,44(20):91.

    [2]李春明.巧用“一題多問”掌握動(dòng)能定理的應(yīng)用[J].物理之友,2015,31(8):36-37.

    [3]王大春.例談巧用動(dòng)能定理的解題策略[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(高中版),2014(10):21-22.

    作者簡介:

    姚志毅,湖南省長沙市,湖南長沙同升湖實(shí)驗(yàn)學(xué)校。

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