能力培養
一、動能定理與動量定理的應用比較
動能定理和動量定理都是把過程物理量(功和衝量)與狀態物理量(動能和動量)相聯係的規律,因此在運用中,它們有相通之處。因而帶來規律的選取、功與衝量的比較、公式的變形等一係列能力要求。
1.衝量與功
例1.一質量為m一1千克的物體,從傾角為30°的光滑不動的斜麵高h=0.8米處由靜止開始滑下。求它滑到底端過程中(1)重力對物體做的功;(2)物體動能的變化;(3)重力對物體的衝量;(4)物體動量的變化。(g=10米/秒2)
說明:物體下滑作勻加速運動的加速度
A=gsin30°=5米/秒2
滑到底端所用時間
t=(2s/a)1/2=0.8秒
達底端時的速度v=at=4米/秒
(1)重力功(與路徑無關)W=mgh=8焦
(2)物體動能的變化△Ek=mv2/2一0=8焦
(3)重力衝量I=mgt=8牛·秒
(4)物體動量變化△p=mv-0=4千克·米/秒
從結論明顯看出W=ΔEk,而I≠Δp,為什麼呢?其關鍵是斜麵對物體的彈力N,在物體沿斜麵向下運動過程中,N不對物體做功,但卻有衝量。這就是重力衝量方向豎直向下,而物體動量變化方向沿斜麵向下的原因。
2.動能定理與動量定理
若質量分別為m1和m2的l和2兩個物體,都進入水平麵而作勻減速直線運動到停下,比較它們運行時間t1和t2,位移S1和S2。其決定因素是兩個方麵:一是物體進入水平麵時的初始狀態,它們可能是初速度v0相同,初動能Ek0相同,初動量p0相同或是其它已知的情況;二是物體所受阻力,它們可能是所受阻力廠相同,可能是與水平麵間的摩擦係數相同,或是其它已知情況。
二、動能定理的應用
在力學範圍內,常常是涉及勻變速直線運動的問題,是采用動力學、運動學解法,還是采用動能定理解法,選擇餘地較大.難、易差別也不大。那麼如何考查動能定理呢?大體有三個方麵。
一是在“試題剖析”中提到的計算變力做功問題。既是變力,就不可能運用動力學、運動學的方法描述過程。
二是物理過程比較複雜,若用動力學、運動學解法比較繁瑣,往往顯示出甩動能定理解的優勢,下麵將舉例說明。
三是在電場、磁場問題中動能定理的應用。這一一點經常體現在高考試題中,其特點和能力要求將在第四講和第五講中分析。
例2.正沿平直軌道勻速行駛的列車。質量為M,忽然尾部一質量為m的車廂脫鉤,等司機發現脫鉤.關閉發動機時,前部車已經前進了L。已知機車關閉發動機前的牽引力不變,所受阻力跟車的質量成正比,求:前、後兩部車都停下後的距離。
思路分析及解答:尾部車廂脫鉤後.作勻減速直線運動;而前部車則先作勻加速直線運動,待關閉發動機君,再作勻減速直線延動直到停下,對於這樣較為複雜的運動過程,要求出兩車停下後的距離,是不容易的。若選用牛頓運動定律和運動學公式來解.將更不容易。由於兩部車最終都停下,末速度(動能)為零,加之運動過程中所受的力為恒力,故可選用動能定理方法來解。
三、機械能守恒定律的應用
機械能守恒定律的適用條件比較嚴謹,也比較難於把握。但是,正因為這樣,能應用這一定律解題的範圍比較小,有
(1)拋體運動;
(2)質點在豎直平麵內的圓周運動;
(3)物體沿光滑不動的斜麵或曲麵上的運動。