解决高中物理力学综合问题的基本策略.doc

解决高中物理力学综合问题的基本策略

在物理教学中，如何指导学生学会掌握准确而又迅速地选择最简单的解题方法，这是新时期物理创新教学中的一个重要的课题。因此，教会学生掌握一定的解题方法，力求解题方法的最优化是十分必要的，是符合“教是为了不教”的科学教学原则。
物理学有许多内容，如力学、热学、电磁学、光学、原子和原子核物理学等等，力学知识是物理学的基础，力学所要解决的中心课题是力和运动的关系。我认为在物理教学中指导学生解决高中物理力学综合问题应从以下四个方面入手。
一．深刻理解、熟练掌握物理规律，是解决力学综合问题的基础和前提
解答物理习题的依据是物理定理、定律等，若选用的方法恰当，就能化繁为简，化难为易。因而，在解题时不但要审清题意，明确物理过程，找出已知量与待求量之间的关系，而且要注意恰当选用规律、公式，尽量使已知量与待求量直接包含在所选规律之中。这就要求深刻理解各规律的适用条件和范围，熟练掌握物理规律。
1． 一般情况下，若研究某一时刻（或某一位置）的动力学问题，用牛顿第二定律求解。
2． 研究某一物理过程的力学问题时，物理规律的选用通常遵循以下原则：
①若物体受到的各个力均是恒力，且又直接涉及物体运动过程中的加速度问题，应采用牛顿第二定律和运动学公式求解。
②对于不涉及物体运动过程中的加速度，而涉及运动时间的问题，如打击一类问题，因作用时间极短且冲力随时间变化则应用动量定理求解。
③对于不涉及物体运动过程中的加速度和时间的问题，无论是恒力做功还是变力做功，一般利用动能定理求解；若该问题中物体只有重力做功和弹力做功，则采用机械能守恒定律求解。
④对于碰撞、反冲一类问题，应用动量守恒定律求解。
⑤利用动量观点和能量观点解题时还需注意的是：动量定理和动量守恒定律是矢量表达式，而动能定理和能量守恒定律是标量表达式；动量守恒定律和机械能守恒定律研究的是物体系统，还必须注意动量守恒的条件及机械能守恒的条件。
二．认真审题，明确研究对象，正确分析它的受力情况
通过仔细审题，才能弄清题意，确定所研究的对象，对它进行受力分析，进一步明确选用哪种方法解题。
例1．如图1所示，A、B、C为三个质量相同的木块，叠放于水平桌面上。水平恒力F作用于木块B上，三个木块以共同速度V沿水平桌面匀速移动，则在匀速运动的过程中（ ）
A．木块C作用于木块B的静摩擦力大小为2F/3
B．木块C作用于木块B的静摩擦力大小为F
C．地面对木块C的滑动摩擦力大小为F/3
D．地面对木块C的滑动摩擦力大小为F

解：因为三个木块A、B、C一起做匀速运动，它们受到的合力为零，加速度均为零，所以当我们分析木块C作用于木块B的静摩擦力大小时，可将两个木块A、B视为一个整体，取这个整体为研究对象，对它受力分析如图2所示。
根据平衡条件可得，木块C作用于木块B的静摩擦力大小为：FCB=F，故选B
当我们分析地面对木块C的滑动摩擦力大小时，可将三个木块A、B、C视为一个整体，取这个整体作为研究对象，对它进行受力分析，如图3所示。
根据平衡条件可得，地面对木块C的滑动摩擦力的大小为：FC=F ，故选D

评析：若本题中把三个木块A、B、C隔离出来分别作为研究对象进行受力分析，采用隔离法解题也可以求出木块C作用于木块B的静摩擦力大小和地面对木块C的滑动摩擦力大小，但是这样做要繁琐一些。而上述的解题中两次巧妙地选取研究对象，采用整体法分析研究对象的受力情况，思路清晰，简单明了。
三．正确分析物理过程，抓住物体的运动特征，建立清晰的物理情景，构建物理模型。
物体的运动常包含着几个运动过程，而在不同的运动过程中又往往遵循不同的物理规律。因此只有正确分析物理过程，抓住物体的运动特征和受力特征，建立清晰的物理情景，构建物理模型，才能选用恰当的物理规律，找到简捷的解题方法。
例2．如图4所示，传送带与地面之间的夹角为37º，从A至B的长度为SAB=16m，传送带以10 m/s的速率逆时针方向匀速转动。在传送带的上端A处无初速度地放上一个质量为0.5kg的物体（其可视为质点），它与传送带之间的动摩擦因数为0.5. 求物体从A运动到B所需的时间是多少？ g取10m/s2

解：当物体的速度小于10m/s时，设物体的加速度为，受力如图5所示.

根据牛顿第二定律得 : ①
即 ②
联立①、②两式解得：
设当物体的速度达到V=10m/s时，物体发生的位移为S1，所经历的时间为 .
则有
可知此时物体还没有到达B点.

又因为 所以物体继续沿传送带做匀加速度直线运动，
但是物体受到的滑动摩擦力的方向已发生改变，受力如图6所示， 设物体的加速度为，物体到达B点时速度大小为VB .
根据牛顿第二定律得: ③
所以 ④
由运动学公式得： 即 ⑤

联立③、④、⑤三式解得： VB =12m/s
物体从速度达到10m/s的位置运动到B点经历的时间为：
所以物体从A运动到B所需的时间为：tAB = t1+t2 = 2s
评析：本题是一道动力学综合题目，解题的关键是对研究对象正确地进行受力分析，运用牛顿第二定律和运动学公式解题，才能得知物体受到的滑动摩擦力的方向发生突变，以致认清物体从A至B的运动过程分为两个阶段，从而顺利求解。若本题采用动能定理解题，则无法求出物体从A运动到B所需的时间。
例3．如图7所示，一颗质量为m的子弹以水平初速度V0穿过静止在光滑水平面上紧挨着的两个木块A、B，子弹穿过两木块A、B所经历的时间分别为t1和t2.设子弹在木块中运动时所受阻力恒为F，两木块的质量分别为mA和mB .则子弹穿过两木块A、B后,子弹、木块A和木块B的速度分别是多大？

解：设子弹穿过木块A时，木块A和木块B的共同速度为V1 ，子弹穿过木块A后，木块A受到的合力为零，所以木块A最后以速度V1做匀速直线运动。取子弹水平初速度V0的方向为正方向。以两个木块A、B组成的系统作为研究对象，从子弹打进木块A到穿出木块A的过程中，对系统由动量定理得
解得
以木块B为研究对象，设子弹穿出木块B时，木块B的速度为V2. 从子弹打进木块B到穿出木块B的过程中，由动量定理得
解得
以子弹为研究对象，设子弹穿出木块B时，它的速度为V3 ，从子弹开始打入木块A到穿出木块B的过程中，由动量定理得
解得
　　评析：本题关键是选好研究对象及分析研究对象的受力特征，明确其物理过程，才能进一步确定运用动量定理解题，从而顺利求解。
　　四．灵活选用力学规律解决力学综合问题
解决高中物理力学综合问题一般有三种方法：①从力的角度分析，用牛顿第二定律和运动学公式解题；②从能量的角度分析，用动能定理和能量守恒定律解题；③从动量的角度分析，用动量定理和动量守恒定律解题。在求解有效的前提下，规律的选择顺序是：守恒定律→ 动能定理（或动量定理）→牛顿运动定律与运动学公式，这是因为应用守恒定律来解决问题是最简捷的．动能定理（或动量定理）可以解决变力、曲线运动问题，而这类问题在高中阶段应用牛顿运动定律与运动学公式是难以解决的．
分析物理过程时，要从多侧面、多角度、多层次地进行正确思考、推理，明确各过程之间联系和制约关系，综合归纳出物理过程所遵循的规律。当所求的物理量只涉及运动的全过程而不必分析某一阶段的运动情况时，可通过整体研究运动的全过程解决问题。例如：运用动能定理、动量定理、机械能守恒定律和动量守恒定律时，不必追究运动过程的细节，这对于处理变力问题及难以分析运动过程的问题时，显示出极大的优越性。
例4．如图8所示，ABC是一条长的水平轨道，其中AB段是光滑的水平轨道，BC段是粗糙的水平轨道，AB轨道与BC轨道在B点衔接。一个质量为1kg的木块1被一条细线的一端拴住放在光滑的AB段水平轨道上，细线的另一端固定在墙壁上，木块1和墙壁之间夹有一根被压缩的轻质弹簧。在水平轨道上的B点放置一个质量为0.5kg的木块2。当剪断这条细线后，木块1被弹出而向右运动，木块1即将与木块2发生碰撞的瞬间木块1的速度为6m/s，此时弹簧恰好恢复原长，木块1和木块2发生碰撞后粘在一起。已知木块1和木块2与BC段水平轨道之间的动摩擦因数均为0.1，g取10m/s2，求：
（1）当细线被剪断的瞬间弹簧具有的弹性势能是多大？
（2）当木块1和木块2发生碰撞后，两个木块能在BC段水平轨道上滑行多远？

解:（1）设木块1和木块2的质量分别为m1和m2 ，细线被剪断的瞬间弹簧具有的弹性势能为EP .
将木块1和弹簧组成系统，在木块1被弹出向右运动至即将与木块2发生碰撞的过程中，系统的机械能守恒。根据机械守恒定律得

（2）设木块1和木块2发生碰撞后的瞬间它们的速度大小为V2 .
取碰撞前木块1运动的方向为正方向，将木块1和木块2组成系统，根据动量守恒定律得
①

两个木块发生碰撞后，在BC段水平轨道上运动的过程中，根据动能定理得
②

由①、②两式解得 S= 8m .
评析：该题是一道综合性较强的力学题目，解这种类型题目时，需全面读懂、领会题意，并在头脑中建立起非常清晰的物理图景和过程，灵活选用动量守恒定律、能量守恒定律和动能定理解题，从而化难为易，变繁为简，求出题中所求的物理量。
其实，高中物理力学综合问题的解题方法是多种多样的，并没有一种固定的模式，但这并不等于说物理解题方法是杂乱无章的，这就是物理解题方法中的辩证法。而如何从“多种多样”中选“优”，这就要求教师指导学生学会具体问题具体分析，学会归纳、综合，学会灵活运用。总之，师生都要充分发挥主观能动性，从物理题目的实际出发，探求优化物理解题方法。路漫漫其修远兮，盼同仁们共求索。