在学习物理的时候,我们经常会听到模型这个词。模型到底是什么?模型这个概念有多重要?我们又该如何利用模型呢?可以说,现在你接触到的所有物理知识都是建立在模型的基础上的。因此,在学习物理的时候,建立模型是一个基础。那么什么是建立模型呢?在处理一个实际问题的时候,用数学关系来描述目标的变化,这就是建立模型。在这个过程中,有三个核心问题:目标、变化、关系。在这个系列专题中,我们将从模型的角度来总结高考物理的解题方法。
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模型 06:传送带模型
该模型的三个核心部分是:
变化:物体以不同的速度向上或向下滑动
关系:摩擦总是抵消相对运动
传送带问题是典型的相对运动问题,物体的运动状态取决于受力条件。传送带问题中起关键作用的是滑动摩擦,因此准确判断滑动摩擦的方向成为解决问题的关键。
速度矢量差法:教科书上说滑动摩擦的方向和相对运动的方向相反,那么如何判断相对运动的方向呢?那就需要做速度矢量差。以下图为例:A、B都向右运动,所以右方向为正方向。A相对于B的运动方向为A的速度V1减去B的速度V2。如果结果大于零,就说明A相对于B向右运动;如果结果小于零,就说明A相对于B向左运动。
这里要注意的是,速度减法是一个矢量,也就是说,如果V2在左边,那么一定是V1-(-V2);
公式:我们知道滑动摩擦的作用是抵消相对运动,最终使两个物体之间的相对运动消失。那么如何让两个速度不同的物体速度相同呢?那就是让快的物体减速,慢的物体加速。所以,公式就是:快的物体领先慢的物体物理-传送带综合问题选定物理-传送带综合问题选定,慢的物体阻挡快的物体。
以上图为例,若V1>V2,那么A会因为摩擦力而减速,而B会因为摩擦力而加速,所以A受到的摩擦力在左边,B受到的摩擦力在右边。
斜面模型(斜面始终保持静止)无非就是向上滑动和向下滑动。向上滑动很简单,重力沿斜面向下分力的方向是沿斜面向下;摩擦力(向上滑动)的方向是:沿斜面向下;所以可能的加速度只有一个a=g(sinθ+μcosθ)。
滑落的情况不止一种,需要考虑μ与tanθ的关系。下图列出了滑落和在斜面上滑动的所有可能情况。滑落的讨论围绕临界点μ=tanθ展开,即在斜面上,物体重力的滑动分力等于最大静摩擦力(认为等于滑动摩擦力)。
传送带模型
通过我们上面对斜面模型的分析,摩擦方向决定了运动形式,相对运动决定了摩擦方向。因此物理-传送带综合问题选定物理-传送带综合问题选定,延伸斜面模型,就出现了传送带模型。它们的区别在于,斜面是静止的,判断相对运动时,物体与0比较;而在传送带上,我们只需要比较物体的速度与传送带的速度即可。下图列出了传送带上可能的运动情况,以及对应的条件。
功能问题:
传送带问题经常涉及到物体在传送带上来回移动,所以函数中要注意的一点是:功是按相对于地面的位移计算的,热量是按相对位移计算的;涉及的三个重要的长度是:相对位移(初始位置和最终位置)、划痕长度(最大相对位移)和产热长度(位移的代数和);
传送带问题是一个比较综合的问题,即包括了对力和运动的考察,还结合了函数关系。从往年高考的情况来看,绝对是必考题型,而且不但以选择题的形式出现,也很有可能是计算题。下面精选了典型的传送带例子和相关变异训练(保存后可打印),有详细的解析过程。在做的过程中,同学们要细细体会摩擦力的变化。如有疑问,请私信。
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