李紅
板塊模型中多對象、多過程是高中物理的高頻考點,在這種模型中涉及到了物體之間的速度關(guān)系、位移關(guān)系、時間關(guān)系、相互作用之間的關(guān)系、相對運動關(guān)系、能量關(guān)系等高考考點。此問題較為復(fù)雜繁瑣,過程多變。在高中物理教學(xué)中,老師們發(fā)現(xiàn)學(xué)生呈現(xiàn)一種“一聽就懂,一做就錯,一過就忘”的現(xiàn)象。因此教師要對此類問題進(jìn)行深入研究,幫助學(xué)生尋找解決本類問題的策略,在理解的基礎(chǔ)上運用到此類問題,從而提高學(xué)生的物理思維能力。本文就多對象、多過程動力學(xué)問題深入分析成都七中2019屆老師原創(chuàng)的一個壓軸計算題,得到一種解決策略,與大家分享。
解決復(fù)雜的動力學(xué)問題,運用高中物理中學(xué)生難以理解的多對象、多過程、多結(jié)構(gòu)、多關(guān)系、多變化的綜合動力學(xué)問題。
1.受力分析是解決問題的基礎(chǔ)
對物體進(jìn)行受力分析:首先要把物體從環(huán)境中隔離出來,然后分析物體受到各個作用力的大小和方向。受力分析與運動分析相輔相成,是解決板塊模型問題的基礎(chǔ)。物體受到的常見的作用力包括重力、彈力、摩擦力、靜電力、磁場力(安培力、洛倫茲力)等。進(jìn)行受力分析的一般順序為“一重二彈三摩擦四其他”。非接觸力包括重力、靜電力、磁場力(安培力、洛倫茲力)等;接觸力包括彈力、摩擦力等。
2.運動分析是解決問題的關(guān)鍵
板塊模型涉及到多個物體,由于各個物體運動情況不一樣,因此要對各個物體進(jìn)行運動分析。受力分析后,結(jié)合受力特點,確定物體運動性質(zhì)。選取研究對象(整體隔離)和運動過程,分析各個過程中初速度、末速度、加速度、位移和時間的關(guān)系。確定各參數(shù)之間的關(guān)系,利用動力學(xué)觀點求出未知的物理量。
通過“庖丁解?!睂⒚總€過程分開,若單獨的看每一個過程的運動分析就簡單的多。
3.能量分析是解決問題的捷徑
在多對象、多過程問題中涉及到多種能量關(guān)系的轉(zhuǎn)化,高中物理中主要涉及以下功和能的關(guān)系。重力做功等于重力勢能的改變;彈力做功等于彈性勢能的改變;電場力做功等于電勢能的改變;合外力做功等于動能的變化量;滑動摩擦力做功與熱量的關(guān)系,除了重力、彈力做功與機械能的關(guān)系;克服安培力做功與電能、焦耳熱的關(guān)系。
通過對這個例題的分析,板塊模型題這類問題屬于力學(xué)綜合題,涉及物理量較多,過程較為復(fù)雜,但通過對大量此類習(xí)題的深入分析,解決這種多過程問題是高考的熱頻考點,因此高三學(xué)生必須強化訓(xùn)練。解答本類問題的基本思路歸納為:受力分析→運動分析→功能關(guān)系分析。將整個復(fù)雜過程如“庖丁解牛”一樣,化繁為簡,再利用動力學(xué)觀點對每個過程進(jìn)行計算求解,最后利用能量觀點綜合分析求解。