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高中物理力学模型和分析

高中物理力学模型及分析

1.连接体模型是指运动中几个物体叠放在一起、或并排在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。

解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。

整体法是指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体,对整体用牛二定律列方程

隔离法是指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时,把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。

 

2斜面模型(搞清物体对斜面压力为零的临界条件)

斜面固定:

物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定

=tg物体沿斜面匀速下滑或静止>tg物体静止于斜面

 

 

3.轻绳、杆模型

绳只能受拉力,杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。

杆对球的作用力由运动情况决定

只有=arctg()时才沿杆方向

 

最高点时杆对球的作用力;最低点时的速度?

,杆的拉力?

若小球带电呢?

 

假设单B下摆,最低点的速度VB=mgR=

整体下摆2mgR=mg+

=;=>VB=

所以AB杆对B做正功,AB杆对A做负功

若V0<,运动情况为先平抛,绳拉直沿绳方向的速度消失

即是有能量损失,绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。

而不能够整个过程用机械能守恒。

求水平初速及最低点时绳的拉力?

换为绳时:

先自由落体,在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v1突然消失),再v2下摆机械能守恒

例:

摆球的质量为m,从偏离水平方向30°的位置由静释放,设绳子为理想轻绳,求:

小球运动到最低点A时绳子受到的拉力是多少?

 

4.超重失重模型

系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量ay)

向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a);向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)

难点:

一个物体的运动导致系最高点时杆对球的作用力;最低点时的速度?

,杆的拉力?

若小球带电呢?

 

假设单B下摆,最低点的速度VB=mgR=

整体下摆2mgR=mg+

=;=>VB=

所以AB杆对B做正功,AB杆对A做负功

若V0<,运动情况为先平抛,绳拉直沿绳方向的速度消失

即是有能量损失,绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。

而不能够整个过程用机械能守恒。

求水平初速及最低点时绳的拉力?

换为绳时:

先自由落体,在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v1突然消失),再v2下摆机械能守恒

例:

摆球的质量为m,从偏离水平方向30°的位置由静释放,设绳子为理想轻绳,求:

小球运动到最低点A时绳子受到的拉力是多少?

4.超重失重模型

系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量ay)

向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a);向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)

难点:

一个物体的运动导致系统重心的运动1到2到3过程中(1、3除外)超重状态

绳剪断后台称示数系统重心向下加速

斜面对地面的压力?

地面对斜面摩擦力?

导致系统重心如何运动?

统重心的运动

1到2到3过程中(1、3除外)超重状态

绳剪断后台称示数

系统重心向下加速

斜面对地面的压力?

地面对斜面摩擦力?

导致系统重心如何运动?

铁木球的运动用同体积的水去补充。

5.碰撞模型:

特点,动量守恒;碰后的动能不可能比碰前大对追及碰撞,碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度。

◆弹性碰撞:

m1v1+m2v2=

(1)

(2)

◆一动一静且二球质量相等的弹性正碰:

速度交换

大碰小一起向前;质量相等,速度交换;小碰大,向后返。

◆一动一静的完全非弹性碰撞(子弹打击木块模型)

mv0+0=(m+M)=+E损

E损=一=

E损可用于克服相对运动时的摩擦力做功转化为内能E损=fd相=mg·d相=一

“碰撞过程”中四个有用推论

弹性碰撞除了遵从动量守恒定律外,还具备:

碰前、碰后系统的总动能相等的特征,

设两物体质量分别为m1、m2,碰撞前速度分别为υ1、υ2,碰撞后速度分别为u1、u2,即有:

m1υ1+m2υ2=m1u1+m1u2

m1υ12+m2υ22=m1u12+m1u22

碰后的速度u1和u2表示为:

u1=υ1+υ2

u2=υ1+υ2

推论一:

如对弹性碰撞的速度表达式进行分析,还会发现:

弹性碰撞前、后,碰撞双方的相对速度大小相等,即}:

u2-u1=υ1-υ2

推论二:

如对弹性碰撞的速度表达式进一步探讨,当m1=m2时,代入上式得:

即当质量相等的两物体发生弹性正碰时,速度互换。

推论三:

完全非弹性碰撞碰撞双方碰后的速度相等的特征,即:

u1=u2

由此即可把完全非弹性碰撞后的速度u1和u2表为:

u1=u2=

例3:

证明:

完全非弹性碰撞过程中机械能损失最大。

证明:

碰撞过程中机械能损失表为:

△E=m1υ12+m2υ22―m1u12―m2u22

由动量守恒的表达式中得:

u2=(m1υ1+m2υ2-m1u1)

代入上式可将机械能的损失△E表为u1的函数为:

△E=-u12-u1+[(m1υ12+m2υ22)-(m1υ1+m2υ2)2]

这是一个二次项系数小于零的二次三项式,显然:

当u1=u2=时,

即当碰撞是完全非弹性碰撞时,系统机械能的损失达到最大值

△Em=m1υ12+m2υ22-

推论四:

碰撞过程中除受到动量守恒以及能量不会增加等因素的制约外,还受到运动的合理性要求的制约,比如,某物体向右运动,被后面物体追及而发生碰撞,被碰物体运动速度只会增大而不应该减小并且肯定大于或者等于(不小于)碰撞物体的碰后速度。

6.人船模型:

一个原来处于静止状态的系统,在系统内发生相对运动的过程中,

在此方向遵从动量守恒:

mv=MVms=MSs+S=ds=M/m=Lm/LM

载人气球原静止于高h的高空,气球质量为M,人的质量为m.若人沿绳梯滑至地面,则绳梯至少为多长?

7.弹簧振子模型:

F=-Kx(X、F、a、v、A、T、f、EK、EP等量的变化规律)水平型竖直型

8.单摆模型:

T=2(类单摆)利用单摆测重力加速度

9.波动模型:

特点:

传播的是振动形式和能量,介质中各质点只在平衡位置附近振动并不随波迁移。

各质点都作受迫振动,起振方向与振源的起振方向相同,离源近的点先振动,

没波传播方向上两点的起振时间差=波在这段距离内传播的时间波源振几个周期波就向外传几个波长。

波从一种介质传播到另一种介质,频率不改变,波速v=s/t=/T=f

波速与振动速度的区别波动与振动的区别:

波的传播方向质点的振动方向(同侧法)

知波速和波形画经过Δt后的波形(特殊点画法和去整留零法)

物理解题方法:

如整体法、假设法、极限法、逆向思维法、物理模型法、等效法、物理图像法等.

模型法常常有下面三种情况

(1)物理对象模型:

用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统,称为对象模型(也可称为概念模型),即把研究的对象的本身理想化.常见的如“力学”中有质点、刚体、杠杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、弹性体、绝热物质等;

(2)条件模型:

把研究对象所处的外部条件理想化,排除外部条件中干扰研究对象运动变化的次要因素,突出外部条件的本质特征或最主要的方面,从而建立的物理模型称为条件模型.

(3)过程模型:

把具体过理过程纯粹化、理想化后抽象出来的一种物理过程,称过程模型

其它的碰撞模型:

 

 

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