高中物理中運(yùn)動(dòng)圖像及形式分析

白子冰

(哈爾濱市第九中學(xué)高二級(jí)二班，哈爾濱 150001 )

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高中物理中運(yùn)動(dòng)圖像及形式分析

白子冰

(哈爾濱市第九中學(xué)高二級(jí)二班，哈爾濱 150001 )

物理是一門奇妙的學(xué)科，其中很多理論都是在實(shí)際探索中發(fā)現(xiàn)的，卻又是客觀存在的。作為一名學(xué)生，應(yīng)該認(rèn)真學(xué)好物理這門學(xué)科，在物理這個(gè)浩瀚的知識(shí)海洋中，學(xué)會(huì)擅長(zhǎng)探索新的內(nèi)容，挖掘新的領(lǐng)域。

高中物理；運(yùn)動(dòng)圖像；運(yùn)動(dòng)形式；學(xué)習(xí)過(guò)程

1 運(yùn)動(dòng)的定義

1.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)

機(jī)械運(yùn)動(dòng)是整個(gè)自然界隨處可見的一種運(yùn)動(dòng)，它的位置或狀態(tài)隨著時(shí)間的變化而變化，這就是人們常說(shuō)的運(yùn)動(dòng)。生活中的運(yùn)動(dòng)無(wú)處不在，就連地球也在時(shí)刻運(yùn)動(dòng)著，進(jìn)行著它的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。

1.2 參照物

當(dāng)需要判斷一個(gè)物體是否發(fā)生的運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，往往需要借助其他的物體來(lái)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這就是所說(shuō)的參照物。選擇參照物的原因，主要是想通過(guò)這個(gè)參照物來(lái)觀察是否這個(gè)物體有發(fā)生位置變化。當(dāng)然，選擇的參照物不同，可能會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。

1.3 運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性

大部分情況下，都會(huì)選擇靜止的參照物，從而能準(zhǔn)確的判斷物體發(fā)生的運(yùn)動(dòng)具體情況。但是，宇宙中的萬(wàn)物都時(shí)刻不停的運(yùn)動(dòng)著，根本不存在什么絕對(duì)靜止的東西，任何參照物實(shí)際上都在運(yùn)動(dòng)，所以得出了相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)靜止的概念。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，要自己學(xué)會(huì)選擇參照物，根據(jù)不同的情形，選擇恰當(dāng)?shù)膮⒄瘴铮瑥亩贸鱿胍慕Y(jié)論。一般判斷兩個(gè)物體是相對(duì)靜止是根據(jù)兩個(gè)主要條件：方向相同和速度相同。

2 主要的幾種運(yùn)動(dòng)形式

2.1 勻速直線運(yùn)動(dòng)

在直線運(yùn)動(dòng)的前提下，物體在任意相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的位移相等，稱之為該物體在做勻速直線運(yùn)動(dòng)。它的速度一定，位移隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，此時(shí)，它的合外力為零。例如，一顆珠子在毫無(wú)摩擦的平面上運(yùn)動(dòng)，忽略外界因素的影響，那么它會(huì)在這個(gè)平面上永無(wú)止境的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

2.2 勻變速直線運(yùn)動(dòng)

同樣，物體是在做直線運(yùn)動(dòng)，在任意相等的時(shí)間內(nèi)物體速度的變化相等，稱之為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。而其中又分為勻加速直線運(yùn)動(dòng)和勻減速直線運(yùn)動(dòng)，一種是速度越來(lái)越大，一種是速度越來(lái)越小。此時(shí)物體的合外力是恒定的，合外力的方向和物體運(yùn)動(dòng)的速度在一條直線上。假如合外力和速度方向一致，此時(shí)物體做的是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。假如合外力與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，此時(shí)物體做的是勻減速直線運(yùn)動(dòng)。

2.3 拋體運(yùn)動(dòng)

主要介紹幾個(gè)常見的拋體運(yùn)動(dòng)：A.平拋運(yùn)動(dòng)。其初速度不為零，并且初速度方向?yàn)樗椒较颍麄€(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程只受重力。B.斜拋運(yùn)動(dòng)。初速度不為零，速度方向與水平方向呈一定的夾角，只受重力。C.豎直向上、向下拋體運(yùn)動(dòng)。初速度不為零，速度方向與水平方向垂直，只受重力。除此之外，還有初速度為零，只受重力的自由落體運(yùn)動(dòng)。

2.4 圓周運(yùn)動(dòng)

圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡是圓周，在任意相等時(shí)間內(nèi)所劃過(guò)的弧長(zhǎng)是相等的，其合外力大小恒定，方向始終沿著圓的半徑指向圓心。比如說(shuō)，地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)和月亮繞著地球轉(zhuǎn)，其中的原理是一樣的。

2.5 簡(jiǎn)諧振動(dòng)

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受回復(fù)力的作用，進(jìn)行反復(fù)運(yùn)動(dòng)。其中回復(fù)力的大小和位移有關(guān)聯(lián)，成正比例關(guān)系，力的方向指向平衡位置。例如，在拉彈簧的時(shí)候，在彈性形變以內(nèi)，彈簧拉的越遠(yuǎn)，其回復(fù)力越大，力的方向?yàn)閺椈傻钠胶夥较颉?/p>

3 運(yùn)動(dòng)圖像分類及性質(zhì)

3.1 運(yùn)動(dòng)圖像分類

運(yùn)動(dòng)圖像分類主要是分為兩類：一類是速度和時(shí)間圖像，一類是位移和時(shí)間圖像。在對(duì)速度和時(shí)間圖像的學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，除了單純將運(yùn)動(dòng)作為考點(diǎn)外，經(jīng)常喜歡將運(yùn)動(dòng)做功、受力等作為前提條件，然后再得出整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，用運(yùn)動(dòng)的速度和時(shí)間圖像展示。從圖中可以看出該物體的速度隨時(shí)間的變化情況，有可能是速度不變，也有可能是變快或變慢，假如速度為零，則說(shuō)明該物體是靜止的。這就需要能夠根據(jù)圖像作出分析，了解物體整個(gè)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)而解答相關(guān)問(wèn)題。在位移和時(shí)間圖像學(xué)習(xí)中，可以得知某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位移，假如在一段時(shí)間物體位移并沒有發(fā)生變化，那么可以從中發(fā)現(xiàn)這個(gè)物體在這段時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)。同學(xué)們根據(jù)不同的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的轉(zhuǎn)折，從中找出解題的關(guān)鍵。

3.2 運(yùn)動(dòng)圖像的性質(zhì)

3.2.1 速度和時(shí)間圖像的性質(zhì)

在速度和時(shí)間圖像中，假如是直線圖像，速度隨時(shí)間逐漸增大，這個(gè)物體在做勻加速運(yùn)動(dòng)。速度不隨時(shí)間改變且大于零，物體在做勻速運(yùn)動(dòng)。速度隨時(shí)間逐漸減小，物體在做勻減速運(yùn)動(dòng)。若速度為零，則物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。其中，加速度其實(shí)就是圖像的斜率，通常可以根據(jù)斜率的正負(fù)來(lái)判斷物體的加、減速運(yùn)動(dòng)。假如圖像是曲線，也可以根據(jù)其斜率判斷加速度的變化情況。圖像中，某一時(shí)刻的速度和時(shí)間在圖中構(gòu)成的面積就是物體發(fā)生的位移，由于位移、速度都是矢量，方向有正負(fù)，假如速度為正方向，那么發(fā)生的位移也是正的。假如速度為負(fù)方向，那么發(fā)生的位移也是負(fù)的，其所有的正、負(fù)位移合所得到的位移就是最終物體與最初狀態(tài)相比發(fā)生的位移。在圖像中，經(jīng)常看到直線和曲線相結(jié)合，這種運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)復(fù)雜的，速度變化情況非常豐富。

3.2.2 位移和時(shí)間圖像的性質(zhì)

在位移和時(shí)間圖像中，顯示的是位移隨時(shí)間的變化情況。假如是直線圖像，當(dāng)位移隨時(shí)間均勻增加，物體在做勻速運(yùn)動(dòng)。假如位移隨時(shí)間均勻減少，物體仍舊是做勻速運(yùn)動(dòng)，只是方向與之前的運(yùn)動(dòng)方向相反。假如位移隨時(shí)間變化不發(fā)生改變，物體是處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)位移值與時(shí)間等于零的位移值相等，該物體又回到了原點(diǎn)。而此時(shí)的斜率代表的是速度，斜率為正，則物體在正方向做位移。斜率為負(fù)，則物體在反方向做位移。斜率為零，則物體是靜止的狀態(tài)。當(dāng)圖像為曲線的時(shí)候，斜率逐漸增大，物體在做勻加速運(yùn)動(dòng)。斜率逐漸減小，物體在做勻減速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)圖像中，位移是否大于零或小于零，決定了物體位移方向的正負(fù)。

4 圖像在高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)中應(yīng)用

例題：滑塊以速率v1靠慣性沿固定斜面由底端向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)速率為v2，且v2

A．上升時(shí)機(jī)械能減小，下降時(shí)機(jī)械能增大；B．上升時(shí)機(jī)械能不變，下降時(shí)機(jī)械能減小；C．上升過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能相等的位置在A點(diǎn)上方；D．上升過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能相等的位置在A點(diǎn)下方。

解析：此題幾乎所有參考書都用到常規(guī)解法，根據(jù)能量守恒列出滑到頂端和上升至某一高度時(shí)動(dòng)能和勢(shì)能相等的兩個(gè)方程，對(duì)比根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可以得到答案，但比較麻煩。利用圖像法則比較方便，在同一個(gè)坐標(biāo)軸畫出機(jī)械能、動(dòng)能、重力勢(shì)能隨高度變化的圖像。如圖1所示：

圖1 高度變化圖Fig.1 Height change chart

由圖1可知?jiǎng)幽芎椭亓?shì)能相等的點(diǎn)的位置一定在總高度一半的上方。答案為C。

選擇題中特別是考察運(yùn)動(dòng)學(xué)類的題目中，當(dāng)用傳統(tǒng)方法非常復(fù)雜、計(jì)算量大時(shí)，可以用圖像的方法，事半功倍，思路清晰，解題過(guò)程簡(jiǎn)單。

5 結(jié)語(yǔ)

在高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，除了要學(xué)會(huì)運(yùn)用文字和公式的表達(dá)以外，需額外注重圖像的分析，也應(yīng)善于用圖像來(lái)進(jìn)行問(wèn)題的解決，通過(guò)圖像的利用使得問(wèn)題由復(fù)雜變得簡(jiǎn)單化，由抽象變得更形象直觀。

[1] 程嗣，丁慶紅.高考力學(xué)中的傳送帶問(wèn)題歸類賞析[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2016，(09)：80-81.

[2] 屈濤.有關(guān)傳送帶典型問(wèn)題的分析[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(高中版)，2016，(12)：54-57.

[3] 陳繼新.淺談摩擦現(xiàn)象[J].技術(shù)物理教學(xué)，2016，(07)：125-129.

Analysis of moving images and forms in high school physics

BAI Zi-bing

(Harbin No.9 High School, Class 2 Grade 2, Harbin 150001, China)

Physics is a wonderful discipline, many theories of which are found in actual exploration with the characteristics of objective reality. Students should learn to explore new content and develop new areas in this discipline.

High school physics; Moving image; Motion form; Learning process

2016-12-06

白子冰(2000-)，女，高中在讀。

G634

B

1674-8646(2017)03-0146-02