受访者现为大四学生,当年高考物理成绩为107/110。 进入大学后,我喜欢物理,所以当了几年高中物理导师。 我见过形形色色的高中生,也逐渐总结出一套高中物理的教学方法,现在分享给大家。
第一步:绘图和建模
其实,当你迈出了做题第一步的时候,不要急于套用公式,因为这时候你还没有分析出题中物体的运动,茫然地套用公式只会让你你头晕。 这时候你应该画一幅画,将题目中的文字信息转换成你画的物理模型。 例如,如果他说有一个斜坡,你就在草稿纸上画一个斜坡。 如果他说斜坡上有一个物体,你就继续画它。 在此斜坡上添加一个块。 简而言之,你只需要将问题中提到的所有东西都画到图中即可。 然后在图上标记所有已知量,并设置所有未知量。 不要害怕设置太多的未知数。 因为它最终是肯定能够被消除或者解决的。
步骤 2:受力分析和运动分析
物理学的核心是力,物理学的运动本质上是由力决定的。 因此,受力分析是问题的核心。 这里我们需要利用好整体法和孤立法。 我之前不是让你把所有的图都画出来了吗? 那么你就不再需要看试卷了,只需盯着草稿纸上的图片,找到一个物体作为分析的对象即可。 这个物体周围可能还有很多其他的东西,但你要记住,我们只是研究力,所以无论物体周围有什么小球、块、斜坡、传送带、圆形轨道或电磁场,都要对待它们皆为力量。 例如,如果您已经绘制了传送带施加在物体上的所有力,那么传送带可以被您忽略并消失,因为它唯一的功能是提供力。 如果继续这样分析,你会发现物体周围的物体纷纷消失,最后纸上只剩下你的分析物体。 该对象现在应该位于一堆具有不同方向和长度的箭头之中。 这就是它的兵力情况。 那么接下来自然就是求这些力的合力,因为真正发挥作用的是合外力,即产生加速度。
第三步:逐步分析
物理学上没有困难的问题。 简单的问题太多了,自然就变成了难题。 事实上,物理学中的难题本质上是一堆简单问题的组合。 这些简单的问题与物理公式或逻辑包裹在一起。 出题者接着加上一些专有名词和临界条件,比如“顺利,恰到好处”,只要,至少,节点,链接等等,就可以把学生迷倒。 但此时不要害怕。 之前不是让你分析过力吗? 您现在就可以使用它。 根据施加在物体上的力,可以总结出其运动轨迹。 这个轨迹可能包括多种运动情况,包括先匀加速,然后匀速,然后圆周运动,最后一段平抛运动。 但不要被他吓倒,因为每个动作片段都是相互独立的。 分析匀加速运动时,只用匀加速相关的公式,不考虑后续的运动。 在这个一步一步的分析中,物体的所有运动都被分析了。 问题可能会要求你找出总的锻炼时间或者其他什么。 您只需将 t1 与 t4 相加即可。 当然,问题中可能有多个物体在运动,但在两个物体所受的力保持不变的前提下,两个物体的运动是相互独立的。 你可以单独分析一下。 这时,问题往往会问““板子至少有多长?”“划痕有多长?”“产生多少热量?”这些问题本质上是问你有多少相对位移。
步骤 4:将数据代入计算
也许很多初中生刚进入高中时都有一个初中遗留下来的习惯。 当他们看到字母时,他们就害怕字母。 他们喜欢尽早引入问题中的数据并将其转换为数字。 但其实字母更适合高中题,因为字母代表一般情况,每个字母都体现了它的物理意义。 这样可以减少你的计算量,理清你的思路。 对于真正的数值评估,我们一般都会把它们全部放到最后。
第五步:检查是否有遗漏并填写
当你解决完一个问题后,你必须看看你的答案是否有任何不完美的地方。 注意,我不是要求你重新检查问题或者重新计算问题,而是看你是否完整地回答了问题。 不可以,比如题目要求你求A点的速度,你就得检查你是否写了方向。 如果不这样做,你只能回答一半的问题。 力分析中分析的是圆形轨道对物体的支撑力,但问题问的是物体对圆形轨道的压力。 你得看看能不能用牛顿第三定律来换算? 这些都是严格的物理逻辑斜面上做功怎么计算,不注意就会扣分。 最后,记得给老师写一个答案斜面上做功怎么计算,总结你所有问题的答案。 老师一眼就能看到你的答案,真的很舒服。
说了这么多,我们根据一个话题来分析一下。
如图所示,质量为m=1Kg的小滑块(视为质点)在半径为R的四分之一平滑圆弧的最高点A处从静止状态释放,运动到B点时速度为2m/ s。 。 当滑块经过B时,圆弧轨迹立即消除。 滑块在光滑水平面上移动一定距离后,从C点经换向轨道过渡到倾角=37°、长度L=1m的斜面CD。 CD之间铺有一层特殊材料。 动摩擦因数范围为0≤μ≤1.5,坡底D点与光滑地面平滑连接。 地面上的轻弹簧一端固定在O点,另一端在自然状态下正好在D点。 认为滑块在C、D点反转方向。当速度不变时,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。 (不含空气阻力,g为10m/s^2)
问题:(1)求光滑圆弧的半径R以及滑块经过B点时圆弧上的压力。
(2) 若μ=0,求滑块第一次从C移动到D的时间和弹簧的最大弹性势能。
(3) 如果滑块最终停在D点,求μ的取值范围。
乍一看,这个问题似乎很长,而且开头那句“去掉圆弧轨道”显得莫名其妙。 但此时不要着急。 慢慢分析就会明白它的用处了。 我们开始分析吧。 (注:下面的分析中,VB2是指B点速度的平方,其他字母同理)
解:(1)第一题我们分析块。 由于圆形轨道是光滑的,块体从A点到B点没有能量损失。因此,减少的重力势能完全转化为B点的动能。有mgR=mVB2/2。 R=0.2m
然后对B点的木块进行受力分析。它在B点只受到两个力,一个是垂直向上的弹力N,另一个是垂直向下的重力mg。 这两个力的合力提供了向心力。 ,故N-mg=Fa=mVB2/R,解为N=30N。 但请注意,答案到这里还没有结束。 这道题问的是圆形轨道上的一个物块的压力,这里你的力分析分析的是圆形轨道对一个物块的弹力。 因此,你还需要多说一件事。 根据牛顿第一第三定理,N和F压力大小相等,所以F压力=30N。
(2)第二题给出了条件μ=0,所以我们会发现木块在整个运动过程中并没有产生任何内能。 C点木块的速度为Vc=2m/s。 对斜坡上的方块进行同样的操作。 受力分析,沿倾斜方向分解重力,表明物体仅受到沿倾斜方向的 6N 滑动力和来自倾斜方向的 8N 支撑力。 但由于μ=0,本题不使用8N支撑力。 我们只考虑6N的滑动力。 显然,这是物体所受的总外力。
由F=ma可知,物体在a=6m/s2的斜坡上作匀加速直线运动,VD2-VC2=2aL,VD=4m/s,故△V等于VD-VC = 2m/s,然后由a=△V/△t的定义,求出△t=1/3秒
当物体处于OD段时,只有动能和弹簧的弹性势能相互转换。 因此,当物体的动能完全转化为弹簧的弹性势能时,EP达到最大值,EP(max)=EDK=mVD2/2=8J
(3)从标题中我们可以看出,弹簧的作用实际上就是将物体推回斜面。 也就是说,你可以这样理解,弹簧的作用就是使物体在D点的速度反向,而不会丢失物体本身。 能量(因为肯定会被返回),而整个装置只有粗糙的表面CD,所以方块的所有能量损失只能由斜面来承担。
我们假设μ从0开始逐渐增大。当μ很小时,由于物体本身在C点有动能,如果斜率消耗的能量太少,物体可能会冲回C点。这里你会发现问题的答案“去除圆形轨道”中“去除圆形轨道”的作用是什么? 这是告诉你,物体返回到C点时,会从B点掉落。因此,所有允许物体返回到C点的μ都是不可取的。 我们只需要计算出让木块精确返回到C点的临界μ即可。由于木块的正面和背面都在C点,重力不起作用,mVC2/2=Wf=2Lf=16μ。 解为μ等于1/8。 可见0≤μ<1/8是一个不理想的区间。
然后μ继续增加。 此时物体肯定无法返回到C点,只能滑到斜坡上。 那么下一个关键点是什么? 事实上,它就是物体可以自由地静止在斜面上的μ。 如果物体不能停留在斜坡上,那么它只能落到弹簧上,弹簧必须将其推回到斜坡上。 这时,你发现物体无法停在泉水或斜坡上,那么它就只有一个地方了。 你可以停下来,这就是我们要求的D点。 此时,木块将在OD段和CD段之间来回运动,由于CD段的摩擦消耗,其运动幅度不断减小,最终能量耗尽,停在点处。 D. 对于临界分析,有=μ,且μ=tan37=3/4。 因此我们发现1/8≤μ<3/4是理想的。
然后μ继续增加。 这时,物体可以停在斜坡上,但它的能量显然不足以支持它两次通过斜坡。 因此,如果它想停在D点,只能滑到D点一次并停止。 有Wf=16μ=mVC2/2+,解为μ=1。 因此,当3/4≤μ≤1.5时,仅μ=1即可。
综上所述,μ的取值范围为1/8≤μ<3/4或μ=1