2015高中物理系列讲座--高中力学解题策略研究(135张PPT)

高中物理力学解题策略研究孙恒芳[e-mail]高中物理系列讲座“…人们在力学的研究中，不仅了解了物体做机械运动的规律，而且还创造了科学研究的基本方法，所以霍尔顿（G.Holton)说：“无论从逻辑上还是从历史上讲，力学都是物理学的基础，也是物理学及其他科学研究的典范…”“…力学之与物理学如同骨骼之与人体。…”——教材-必修1笛卡尔说：最有价值的知识是关于方法的知识。方法？！个体间最大差异方法的利用，“知识平等”，方法决定着复习的效果和效率爱因斯坦有一句很著名的话：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题有时仅仅是一个数学上或实验上的技巧，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学上的真正进步”阅读教材：人民教育出版社－必修1－第46页－右侧复习指导思想_没有新角度，复习一定会烦！寻找新的话题-就是新的角度！物体运动过程模型动量守恒机械能守恒匀变速直线运动简谐运动圆周运动牛顿定律动量定理动能定理.匀速直线运动.力学体系平抛运动三大观点五大规律.五大运动重力弹力静摩擦力万有引力库仑力电场力安培力洛伦兹力分子力核力11种性质力滑动摩擦力主干知识：力——运动maFatvvattvxoto221单体、瞬时、状态单体、恒力、过程功——能21222121mvmvFx单体、空间、过程21EE整体、状态冲量——动量12mvmvFt单体、时间、过程21pp整体、状态说明：1、两个守恒定律使用简单，但只能解决状态而不能解决时间问题。2、每个公式各负其责，不能乱用。两个条件决定一个公式。F合的三大效果1，单体瞬时效应2，单体空间效应3，单体时间效应状态和过程是构成物理事件的基本元素条件力的作用规律作用效果标、矢量瞬时作用----力牛顿第二定律maF合产生加速度a矢量空间累积---功cosFxW动能定理KEW合动能变化KE标量时间积累---冲量FtI动量定理PI合动量变化P矢量只有重力或弹簧弹力做功不受外力或合外力为零机械能守恒定律2211PkPkEEEE动量守恒定律'2'121ppppPEEK系统21pp系统标量矢量单体、状态单体、过程系统、状态系统、状态一、动力学规律比较单体、过程恒力作用运动学公式矢量二、解题方法指导情景建模规律计算数学物理文字图像图表规律画草图四个分析耐心细心结果讨论判断模型化解题的基本步骤1情境规律模型文字讨论结果运算操作关联决策再现分析特点示意图三、运动模型及相应规律匀速直线运动匀变速直线运动变加速直线运动运动学公式动能定理机械能守恒动量定理动量守恒定律单体系统直线运动自由落体竖直上抛二、运动模型及相应规律圆周运动水平圆周竖直圆周天体运动带电粒子在磁场中的运动瞬时状态中间过程牛顿运动定律动能定理机械能守恒定律能量守恒定律匀变速曲线运动斜抛运动平抛运动类平抛运动oxvvgagvooxvv恒定aavo二、运动模型及相应规律运动的合成与分解动能定理机械能守恒定律能量守恒定律子弹打木块vv1v2弹簧作用模型v0mM相互作用动量守恒动能不增加动量守恒能量守恒二、运动模型及相应规律四、物理模型的拆解与组合情境一mLovm求物体运动到B点时的速度？Bv动能定理AB情境二mtovm求物体运动到B点时的速度？Bv动量定理四、物理模型的拆解与组合AB情境三mLovm若有恒力F拉物体m，且滑到时撤去，求物体运动到B点时的速度？Bv动能定理四、物理模型的拆解与组合2LAB情境四mLm若m以恒定功率P由静止开始运动时间t滑到B点，求物体运动到B点时的速度？Bv动能定理三、物理模型的拆解与组合AB情境五m1Lovm2动能定理四、物理模型的拆解与组合若m1滑到B点时与m2相碰并粘在一起，求碰后速度？共vAB动量守恒定律情境六m1Lovm2动能定理若m1滑到B点时与m2相碰并粘在一起，求二者从桌边滑出后的落地点到桌边的水平距离x？四、物理模型的拆解与组合hAB动量守恒定律平抛运动规律情境七m1L动能定理四、物理模型的拆解与组合R若m1从半径为R光滑圆周滑到A点，求其在A点的速度？并说出其在A点受的支持力N的大小？41AB牛顿第二定律情境八m1L动能定理四、物理模型的拆解与组合RHAB若物体从C上方H高度自由下落求其在A点的速度及受到的支持力N？C牛顿第二定律情境九m1L动能定理RHAB若物体从C上方H高度自由下落求其滑到B点的速度？从B点抛出后的水平位移？C四、物理模型的拆解与组合平抛运动规律情境十m1LRAB释放弹簧，m1恰好到圆轨道最高点，求m1被弹开时的速度v1？C四、物理模型的拆解与组合m2牛顿第二定定律动能定理情境十一m1LRAB释放弹簧，m1恰好到圆轨道最高点，求m2获得速度v？求弹簧具有的弹性势能？C四、物理模型的拆解与组合m2牛顿第二定定律动能定理动量守恒定律能量守恒情境十二m1LRAB释放弹簧，m1恰好到圆轨道最高点，求其落到水平桌面的水平距离xC四、物理模型的拆解与组合m2m1牛顿第二定定律平抛运动规律情境十三m1LRAB释放弹簧,m1带正电，圆轨道右侧有匀强电场E,m1恰好到圆轨道最高点，则其从最高点出来时做什么运动？其落地时间为多少？C四、物理模型的拆解与组合m2m1E牛顿第二定定律运动的合成分解情境十四m1LRAB释放弹簧,m1带正电q，圆轨道右侧有匀强电场E,m1恰好到圆轨道最高点，从最高点出来做恰好做匀速圆周运动，求电场强度大小，并判断出磁场方向C四、物理模型的拆解与组合m2m1E牛顿第二定定律平衡关系左手定则五、审题与解题“拆”、“联”①多物体问题各个击破把握联系时间关系位移关系②多阶段问题抽出运动模型，分段处理，把握联系各段之间的速度处理物理问题的思想----1.提高审题能力：特别注意：①圈关键词语，②找隐含条件，③排除干扰因素。2.画好示意图：示意图是审好题的产物！它是物理情景的展现；它是完成建模的过程；它能使产生事半功倍的解题效果。对于“画示意图”怎样强调都不过分！五、审题与解题3.大题的“拆”与“联”将多过程拆分成几个简单模型？•每个过程遵从什么规律？•两个过程间的联系是什么？.如图9所示,光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切,半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧,当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍,之后向上运动恰能到达最高点C.(不计空气阻力)试求:(1)物体在A点时弹簧的弹性势能.(2)物体从B点运动至C点的过程中克服阻力所做的功.图9例1解析(1)设物体在B点速度为vB,弹力为FNB,则有又FNB=8mg所以由能量转化与守恒可知:弹性势能(2)设物体在C点速度为vC,由题意可知:物体由B运动到C点的过程中,克服阻力所做的功为W,由能量守恒得解得W=mgR答案(1)(2)mgRRmvmgFBB2NmgRmvB27212mgRmvEB27212pRmvmgC2WmgRmvmvCB2212122mgR27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=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，S=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）例2解析设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1，由平拋运动的规律得x＝v1th＝12gt2解得v1＝xR2h＝3m/s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得mg＝mv22R12mv32＝12mv22＋mg(2R)解得v3＝5gh＝4m/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vmin＝4m/s设电动机工作时间至少为t，根据功能关系得Pt－FfL＝12mvmin2由此可得t＝2.53s．．（13分）如图所示，一玩滚轴溜冰的小孩（可视作质点）质量为m=30kg，他在左侧平台上滑行一段距离后平抛，恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点进入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑，A、B为圆弧两端点，其连线水平．已知圆弧半径为R=1.0m，对应圆心角为θ=1060，平台与AB连线的高度差为h=0.8m．（计算中取g=10m/s2，sin530=0.8，cos530=0.6）求：（1）小孩平抛的初速度（2）小孩运动到圆弧轨道最低点O时对轨道的压力OhAB例30053tanvgtvvtanxy221gth0.4s2ghtm/s4gtvy03m/sv由于小孩无碰撞进入圆弧轨道，即小孩落到A点时速度方向沿A点切线方向，则又由得而联立以上各式得解:（1）OhAB)]531([21210202cosRhmgmvmvxRvmmgFxN2（2）设小孩到最低点的速度为vx，由机械能守恒，有在最低点，据牛顿第二定律，有代入数据解得FN=1290N由牛顿第三定律可知,小孩对轨道的压力为1290N．题目.（14分）如图所示，在竖直面内有一光滑水平直轨道与半径为R＝0.25m的光滑半圆形轨道在半圆的一个端点B相切，半圆轨道的另一端点为C。在直轨道上距B为x(m)的A点，有一可看做质点、质量为m＝0.1kg的小物块处于静止状态。现用水平恒力将小物块推到B处后撤去恒力，小物块沿半圆轨道运动到C处后，恰好落回到水平面上的A点，取g＝10m/s2。求（1）水平恒力对小物块做功W与x的关系式（2）水平恒力做功的最小值（3）水平恒力的最小值FCBARO例4解：FCBARO小物块从C到A的运动是平抛运动。（1）设小球在C处的速度为vC，则由C到AtvxC2212gtRy由以上两式得RgxvC422小球从A到C由动能定理有2212CFmvmgRW解得J50508222).x.()RxR(mgWF（2）当WF最小时，物块刚好能够通过C点，此时mgRvmC2RgxvC422由C到A仍做平抛运动，所以仍成立由以上两式：x＝2R代入公式可求得恒力做功的最小值为J6250J50250450J505022.)...().x.(WminF题目（3）由功的公式得xWFFJ50502).x.(WF将代入上式得N5050)x.x.(F∴Fmin＝1N由数学知识可知，当x.x.5050,即x＝1时F最小,题目第2页专题五动能定理和机械能守恒定律的综合应用典例5如图4所示，摩托车运动员从高度h＝5m的高台上水平飞出，跨越L＝10m的壕沟．摩托车以初速度v0从坡底冲上高台的过程历时t＝5s，发动机的功率恒为P＝1.8kW.已知人和车的总质量为m＝180kg(可视为质点)，忽略一切阻力．取g＝10m/s2.(1)要使摩托车运动员从高台水平飞出刚好越过壕沟，求他离开高台时的速度大小．(2)欲使摩托车运动员能够飞越壕沟，其初速度v0至少应为多大？(3)为了保证摩托车运动员的安全，规定飞越壕沟后摩托车着地时的速度不得超过26m/s，那么，摩托车飞离高台时的最大速度vm应为多少？图4例5解析(1)摩托车运动员由高台水平飞出后由平抛运动规律水平方向：L＝vht①竖直方向：h＝12gt2②联立①②得vh＝10m/s(2)摩托车运动员由坡底冲上高台，根据动能定理Pt－mgh＝12mvh2－12mv02③将vh＝10m/s代入到③得v0＝10m/s(3)从高台水平飞出到地面，由机械能守恒定律12mvm2＋mgh＝12mv地2解得vm＝24m/s如图5所示,质量为m的滑块,放在光滑的水平平台上,平台右端B与水平传送带相接,传送带的运行速度为v0,长为L.今将滑块缓慢向左压缩固定在平台上的轻