当前位置:

首页
>> 教学科研 >> 学科指导
   
 
 教学管理
 校本课程
 教学资源
 学科指导
 水心亮话
 校本教研
学科指导
   
如何快速有效求解力学综合题
来 源:   时 间:2010/11/22 10:20:18  浏览数:
如何快速有效求解力学综合题
瓯海二高 郭靖
摘要:高中物理高考非常注重对力学综合题和力电综合题的考查,因为它涉及知识面广,综合性强,可以有效地考查学生各方面的能力,很受出题者的青睐。但学生往往在此失分严重。本人根据自己的理解,总结了一套解决力学综合题的程序,多年来,效果不错,现与大家交流和共享。
关键词:快速 求解 力学综合题 程序
 
现在高中物理高考计算题所点比重大,近60分,但失分率高,很多学生因此而严重影响高考成绩,特别是决定能否上重点的一块重要砝码。三道计算题中一般有两道是力学或力电综合题,甚至有时三道都是。很多学生虽然把物理概念、定理和规律等都理解和掌握了,也经常训练这些题,但还是不见效果,一遇到这些题就心虚。经常听学生说,老师讲解时听得懂,但自己做时就一头雾水,无从下手。究其原因:主要是学生把解决力学综合题的程序或思路没有理清。本文就来谈谈如何快速有效地求解力学或力电综合题,希望能对同学们有所帮助,也可和同行们做些交流。下面从三个方面加以说明:
一、首先要弄清求解力学综合题的程序及相应知识
大部分学生遇到力学综合题时大脑一片空白,不知如何下手,最根本的原因是没有形成有效地解题思路,即没有形成系统地解题程序。因此要想快速有效求解力学综合题,首先必须按程序做好下面六个分析:
1、研究对象分析
研究对象是很多学生容易忽视的,如果对象不明确,就可能导致一切分析都是盲目的,特别是有多个物体时,做到心中时刻有明确对象是尤为重要。因为紧接其后的一切分析都是针对研究对象进行,在有多个对象时,有时用隔离法,有时用整体法,要根据实际情况正确选取研究对象。
2、受力分析
受力分析是解力学题的基本功,如果受力分析错误就会导致解题过程既不顺又费时,解题结果就可想而知,这样是最不合算的。正确进行受力分析也要注意程序,如果不按程序分析就容易出现多力或漏力,因此一定要养成严格按受力分析程序对研究对象进行受力分析的习惯。其程序如下:
    分析场力(包括重力、电场力、磁场力)
    分析弹力
    分析摩擦力
    分析其它外力
此外要正确分析出各个力还要注意以下几点:
第一、对每个性质力分析时,要根据每个性质力形成条件进行分析。如:电场力的形成条件是有电场、有电荷;磁场力的形成条件是有磁场、有不平行磁感线的电流或运动电荷;弹力的形成条件是要接触、要有弹性形变;摩擦力的形成条件是接触、弹性形变、不光滑、有相对运动或相对运动趋势。
第二、有时力还要结合运动情况或其它情况进行分析,才能确定其力的有无和方向。如:摩擦力等。
第三、不同运动过程受力情况往往不同,因此要注意对象受力情况的变化。因为受力改变就可能导致运动形式及相应运动量发生变化。
3、运动过程和运动形式分析
复杂的力学综合题一般都有多个运动过程,因此首先要把复杂的运动过程分解成多个子过程,然后结合受力分析对每个子过程进行运动形式分析,一般每个子过程运动形式都是常见的几种简单的运动形式,这样就可以化难为易。
其次,要正确进行运动形式分析必须掌握每种运动形式的形成条件,一般情况下学生对运动形式的判断是凭感觉进行,缺乏系统地对每种运动形式条件的整理和研究,从而导致判断失误。现将高中物理中运动形式及条件整理如下:

运动形式
受力条件(F
运动条件(Vo
V方向关系
静止
=0
Vo=0
 
匀速运动
=0
Vo≠0
 
匀加速直线运动
恒定
 
与V方向相同
匀减速直线运动
恒定
Vo≠0
与V方向相反
平抛或类平抛运动
恒定
Vo≠0
与Vo方向垂直
匀速圆周运动
大小恒定方向指向圆心
Vo≠0
与V方向垂直
简谐运动
回复力=-kx
 
 

从上表可知,每种运动形式要从合力条件、初始运动条件(即初速度)、合力与速度方向的关系三个方面去分析,这样才能快速准确分析出每个过程的运动形式,然后运用相应运动形式的规律解题。
除了上述这些特定地有规律的运动形式之外,还有其它一些更复杂的运动形式。我们仍然通过受力分析,判断合力的变化情况,然后确定其运动量(加速度、速度等)的变化情况(必要时可用图象法,这样会更直观、更简洁),从而做到运动形式心中有数,才能在后面选用正确合理的解题方法。
4、关键点分析
一个复杂的物理过程我们还要注意关键点的分析,它常常是一道题隐含条件的隐藏点,也是这道题的突破点。常见的关键点有如下几种情况:
①前后两个运动过程的连接点,如:速度,如果没有发生碰撞等突变,第一个过程的末速度就是第二个过程的初速度;如果发生了碰撞,可通过动量守恒定律把前后两个过程联系起来。
②在竖直平面内作圆周运动的最高点和高低点。
③某个力或者几个力发生突变点。
只有通过受力分析和运动分析抓住这些关键点,才能有效地突破难点,才能有效地建立力学关系和运动关系。
5、已知条件和未知条件分析
已知条件和未知条件的分析就是通过认真审题,知道哪些已知量(特别是题中的一些隐含已知条件),哪些是未知量,题目求解什么,做到目标明确,然后运用我们所学知识把已知量和未知量联系起来。
6、解题方法分析
高中物理中解决动力学问题的方法有三种:
①用牛顿运动定律解题,即利用牛顿第二定律F=ma把力学量和运动量联系起来。
②用能量观点解题,即利用动能定理(W=Ek)、机械能守恒定律(Ek+Ep=0)、能量守恒定律(E=E)把力学量和运动量联系起来。
③用动量的观点解题,即利用动量定理和动量守恒定律把力学量和运动量联系起来(这种方法现在已不做要求)。
因此现在选择方法就更清晰。根据已知条件合理选择方法,哪种简单用哪种,一般用能量的观点解题要简洁些,这可以在平时训练中有意识地进行比较,从而达到真正领悟这些方法目的。
为了更加有效地利用能量观点解题,现将有关能量的各种关系整理如下:

 
第一列
第二列
第三列
力(F)
力做功(W)
直接对应能量形式
动能EK
 重力
+
重力势能
减少
增加
-
增加
减少
弹力
形变不明显(如支持力)
+
 
增加
-
减少
形变明显(如弹簧)
+
弹形势能
减少
增加
-
增加
减少
摩擦力
静摩擦力
+
 
增加
-
减少
滑动摩擦力
+
内能
增加
增加
-
减少
 电场力
+
电势能
减少
增加
-
增加
减少
磁场力
洛仑兹力
不做功
 
安培力
+
电能
减少
增加
-
增加
减少
 人为等外力
+
化学能
减少
增加
-
减少
 分子力
+
分子势能
减少
分子动能变化 
-
增加
 核力
 
核能
 
 

由上表可得如下结论:
①、第一、二列是功能关系,第二列某力做功对应着第一列特定能量形式。
②、第一、三列也是功能关系,第一列的力做功都会改变物体的动能。故第一列各个力做功之和就等于第三列动能变化量之和,这就是动能定理,即W=EK
③、第二、三列是能量转化关系,即第二、三列能量形式相互转化。但其总和构成能量守恒定律。
④、从数值上看,每一行的各列的值一般相等(除滑动摩擦力做功不一定等于内能的变化量外)。
只有理清了上述关系,才能灵活运用能量观点解题,才能真正发挥能量解题的优越性。
按程序进行上述六个步骤分析,一道力学综合题基本上就心中有数,这样思路理顺了,就可以快速有效地求解力学综合题或力电综合题。
二、其次要掌握书写解题过程中必要文字说明的技巧
有很多学生在求解计算题的过程中,书写极不规范,没有必要的文字说明,几个生硬的公式写在那里,从而影响试卷得分。其实这些必要文字说明并不难写,只要掌握了规律,就可轻松搞定。其程序如下:
1、写研究对象
2、画受力分析图
3、写运动过程和运动形式
4、写关键点
5、写假设(对每个过程中未知物理量进行假设)
6、写物理定理或物理规律
从上可以看出,写这些文字说明的步骤跟上面六步分析是一致的。其实在具体书写过程中只需要根据具体情况说明其中两个或几个。
三、例题示范
为了帮助大家充分理解上面的分析程序和书写程序,下面举例说明如何利用上述方法快速求解力学综合题。
例、[2009年浙江卷]某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛。比赛路径如图所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟。已知赛车质量m=0.1kg,通电后以额定功率P=1.5w工作,进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3N,随后在运动中受到的阻力均可不计。图中L=10.00mR=0.32mh=1.25mS=1.50m。问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g=10 m/s2
u      按程序分析如下:
研究对象遥控赛车。
受力分析AB段先受四个力后受三个力(其中赛车牵引力是变力);圆轨道上受两个力;BC段受两个平衡力;CD段受一个力。
运动过程和运动形式分析:共五个过程,根据受力分析可知每个过程的运动形式分别是变加速直线运动、匀减速直线运动、圆周运动、匀速运动、平抛运动。
关键点分析:根据题意赛车要完成两个动作,一是要能通过竖直圆轨道,此过程关键点是最高点和最低点,即赛车要能至少刚好通过最高点;二是赛车要越过壕沟,此过程关键点就是C点的初速度。故只有这两个条件同时满足才符合题意。
已知条件和未知条件分析:略。
解题方法分析:根据题意可知AB段赛车先是额定功率工作,即做一个加速度减少的加速运动,牵引力是变力,用牛顿运动定律不方便,故选用能量观点解题,即动能定理或能量守恒要简洁些。
u      经过上面分析之后,思路已非常清晰,然后按程序解析如下:
解: 对CD段:小车做平抛运动,设赛车越过壕沟
需要的最小速度为v1,则有:              (写过程、写运动形式、写假设)
                    
                     
解得:  
在圆轨道上:设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道
最高点的速度为v2,最低点的速度为v3
由牛顿第二定律及机械能守恒定律有:      (写过程、写假设、写规律)
                              
                       
解得:m/s
通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是:(写结论)
                          m/s
AB段:设电动机工作时间至少为t,由动能定理有:
                                           (写过程、写假设、写规律)
                     0
代入数据解得: t=2.53s
由上可知:必要文字说明并不复杂,是有规律可循的,平时要养成良好的书写习惯,这样既清晰,又有助于让你更深刻理解物理知识和物理规律,发现写物理计算题犹如写文章一样,也是非常具有美感。
   由于篇幅有限,就只列举一个例子,我们老师在平时训练中有意识地培养学生按程序解题,让学生形成一套系统求解力学综合题的思路。并且这些程序不仅适用于解复杂力学或力电综合题,那些简单的力学题就更适用了,只是分析过程中相对简单些。因此我们在平时教学中,特别是高三第一轮复习中,不管是大题还是小题,都让学生养成良好的解题习惯,这样将大大减轻学生的学习负担,有效提高学生解决物理问题的能力。
 
 
(此文获2010年市论文评比三等奖)
打印】【关闭
 
 
Produced By 大汉网络 大汉版通发布系统