運用物理思想 剖析力學模型

高 蒙

(江蘇省鹽城市亭湖高級中學，江蘇 鹽城 224000)

運用物理思想剖析力學模型

高 蒙

(江蘇省鹽城市亭湖高級中學，江蘇 鹽城 224000)

本文主要通過運用物理思想方法，對典型的力學模型進行剖析，通過對典型模型的剖析，讓學生對這一類題目都能很好掌握，達到觸類旁通的效果.

守恒思想；整體思想；極端思想

力學中的模型種類有很多，但高考中常見的模型是斜面、桿子和繩子這三種，這三種常見模型幾乎囊括了高中物理中重要的力學知識.希望能夠通過對這幾種常見模型的剖析，可以讓學生對這類問題都能很好掌握.

一、守恒思想剖析輕桿模型

輕桿模型是運動力學中的常見模型，常常出現的情況是在輕桿的一段固定小球，輕桿上的小球既受到拉力，也受到支持力的作用，受力比較復雜，相關的問題一般比較困難，通過能量守恒定律往往可以很好的解決問題.

例1 如圖1所示，兩個質量均為m的小球固定在輕桿的兩端，輕桿在豎直平面內可繞水平轉軸自由轉動，兩小球到軸的距離分別為L、2L，開始狀態處于水平靜止，在放手后兩小球開始運動，求當輕桿到達豎直狀態時兩球的速度.

點撥守恒法是解決這類問題的重要方法，需注意在使用機械能守恒定律時不僅需要考慮外力是否對系統做功，還不能忽視系統內力的作用.如果在條件不充分的情況下使用守恒定律往往會得出錯誤的結論，在此定律學習使用中需要多加注意.

二、整體思想剖析斜面模型

斜面模型可以說是運動力學問題中最為常見的模型，關于斜面的運動力學問題層出不窮，所以對于斜面模型的剖析非常有必要，本例對典型的斜面問題進行剖析.

圖2

例2 如圖2，粗糙水平面上有一個木楔，木楔的質量為M，傾角為θ，已知斜面的動摩擦系數為μ，而且μlt;tanθ.木楔上的質量為m的木塊由靜止開始沿斜面勻加速下滑，在物體下滑的過程中木楔沒有移動，請求出地面對木楔的支持力和摩擦力.

解析運用整體法，木塊的加速度為a，方向是傾斜向下，可以將此加速度分解為水平加速度ax和豎直加速度ay.由牛頓第二定律，木塊和斜面構成的整體在水平方向受到的合力f=(M+m)ax，摩擦力的方向向左；木塊和斜面構成的整體在豎直方向上受到的合力mg-N=(M+m)ay，那么地面對木楔的支持力N=mg-(M+m)ay，支持力的方向向上.

點撥本題采用了整體法，整體法是解決斜面問題的常用方法，對整體進行受力分析，通過整體分析列出受力方程，從而解決了問題.

三、極端思想剖析繩子模型

繩子模型的受力比較單一，但是并不意味著問題容易解決，由于小球運動過程的速度處于不斷變化之中，問題一般比較有難度.對于這類問題，一般考慮特殊位置，通過極端法來解決繩子模型問題.

圖3

例3 如圖3所示，一個小球被系在繩子的一端，繩子無法再繼續伸長.將小球拉至水平位置，然后由靜止釋放，在小球從水平位置運動到最低點的過程中，重力對小球做功的瞬時功率將會( ).

A.始終不變 B.始終增大

C.先減小后增大 D.先增大后減小

解析在小球下落的過程中，速度在沿重力的方向分量上不斷變小，而小球的速度在下落過程中不斷增大，所以重力對小球做功的瞬時功率很難直接判斷，此時若采用定量分析法，不免有些復雜.而采用極端法會很快得出答案，通過考慮極端位置，分析得到，當小球運動到再高點和最低點時，即θ為0度和90度時，重力對小球做功的功率均為零，而在小球在中間運動的過程中功率都不為零，那么要想達到在最高的和最低點功率都為零，重力對小球做功的功率只能是先增大后減小，所以選D.

點撥對于繩子模型問題，可以通過極端法，只考慮極端位置的情況，從而得出小球運動過程中功率的變化，對比定量分析法，采用極端法可以迅速得出結果.

綜上所述，本文著重剖析了運動力學問題中的重要模型，運動力學中其它的模型還有很多，通過系統的歸納與總結可以讓學生豁然開朗，希望通過以上的論述，讓學生能夠充分了解運動力學模型，達到觸類旁通的目的.

[1]呂俊宏.高中物理模型教學的理論與實踐探究[J].新課程(中)，2015(07).

[2]朱傲雪.巧建物理模型 提高復習實效[J].物理教師，2013(12).

[責任編輯：閆久毅]

G632

A

1008-0333(2017)25-0074-02

2017-07-01

高蒙(1988.05- )女，江蘇徐州人，本科學歷，中學二級，主要從事物理教學與研究.