物理君說(shuō)
在高中物理中，力學(xué)是最重要的內(nèi)容之一，占分?jǐn)?shù)的35%以上。 而且，以往高考的物理期末題中，也會(huì)有與力學(xué)相關(guān)的題。
解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，關(guān)鍵是要弄清楚問(wèn)題所涉及的力學(xué)模型是什么，這樣才能有的放矢地找到解決辦法。 今天物理君就對(duì)高中物理中可能出現(xiàn)的四大力學(xué)模型做一個(gè)全面的總結(jié)。 希望對(duì)大家有幫助。
1.斜面問(wèn)題模型
每年的高考卷子里幾乎都有斜面模型的題目。 當(dāng)遇到此類問(wèn)題時(shí)，以下結(jié)論可以幫助大家更好更快地理解解題思路，選擇解題方法。
1、當(dāng)自由釋放的滑塊能在斜面上勻速下滑時(shí)（如下圖所示），m與M之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=gtanθ。
2、自由釋放滑塊在斜坡上（如上圖）：
(1)靜止或勻速下滑時(shí)，斜面M對(duì)水平地面的靜摩擦力為零；
(2)加速下降時(shí)，斜坡對(duì)水平地面的靜摩擦力向右水平；
(3)減速下滑時(shí)，斜坡對(duì)水平地面的靜摩擦力是水平向左的。
3． 當(dāng)自由釋放的滑塊在斜坡上勻速下滑時(shí)（如下圖所示），M對(duì)水平地面的靜摩擦力為零。 在此過(guò)程中，任意方向的力都會(huì)加到 m 上（在 m 停止之前）。 M對(duì)水平地面的靜摩擦力仍然為零（參見(jiàn)圓書(shū)上的方法概述）。
4、懸掛物體的汽車(chē)在斜坡上滑動(dòng)（如下圖）：
(1) 當(dāng)向下加速度a=gsinθ時(shí)，吊繩穩(wěn)定時(shí)將垂直于斜面；
(2)當(dāng)向下加速度a>gsinθ時(shí)，吊繩穩(wěn)定時(shí)會(huì)向上偏離垂直方向；
(3)當(dāng)向下加速度a<gsinθ時(shí)，吊繩將偏離垂直方向并向下運(yùn)動(dòng)。
5、將一個(gè)小球以速度 v0 水平拋向傾斜角 θ 的斜坡上（如下圖）：
(1) 下坡時(shí)間t=θ/g；
(2) 斜面落下時(shí)，速度方向與水平方向夾角α恒定，且tan α=2tan θ，與初速度無(wú)關(guān)；
6、如下圖所示，當(dāng)整體加速度a=gtan θ向右時(shí)，m可以在斜坡上保持相對(duì)靜止。
例1：在傾斜角為θ的光滑斜面上，存在兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的均勻磁場(chǎng)。 一個(gè)方向垂直于斜面向上方向，另一個(gè)方向垂直于斜面向下方向（如下圖所示）。 它們的寬度為L(zhǎng)。當(dāng)質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的方形線框以速度v進(jìn)入上層磁場(chǎng)時(shí)，它恰好以恒定速度移動(dòng)。
(1) 當(dāng)邊ab剛好穿過(guò)邊界ff′時(shí)，線框的加速度是多??少，其方向是什么？
(2) 當(dāng)ab邊到達(dá)gg′和ff′的中間位置時(shí)，線框正好勻速運(yùn)動(dòng)。 然后線框開(kāi)始進(jìn)入上層磁場(chǎng)，當(dāng)ab邊到達(dá)gg'和ff'的中間位置時(shí)，該過(guò)程結(jié)束。 ，線框中產(chǎn)生的焦耳熱是多少？ （無(wú)論摩擦阻力如何，線框的ab面在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與磁場(chǎng)邊界平行）
【點(diǎn)評(píng)】恒力作用下切割磁力線的線的運(yùn)動(dòng)是高中物理中常見(jiàn)的一類題。 它需要熟練地找到各種情況下的平衡速度。
2. 疊加模型
疊加人體模型歷年來(lái)在高考中頻頻出現(xiàn)。 一般需要解決它們之間的摩擦力、相對(duì)滑動(dòng)距離、摩擦生熱、多次動(dòng)作后的速度變化等。另外，廣義的疊加體模型可以有很多變化，涉及的問(wèn)題也比較多。
疊加模型變化較多，解決問(wèn)題時(shí)往往需要綜合分析。 以下兩種典型情況和結(jié)論需要記憶并靈活運(yùn)用。
1、疊放的長(zhǎng)方體塊A、B在光滑的水平面上勻速運(yùn)動(dòng)或在光滑的斜面上自由釋放然后變速運(yùn)動(dòng)時(shí)（如下圖所示），不存在摩擦力A 和 B 之間。
2、如下圖所示，一對(duì)滑動(dòng)摩擦所做的總功一定是負(fù)值。 其絕對(duì)值等于摩擦力乘以相對(duì)滑動(dòng)的總距離或等于摩擦產(chǎn)生的熱量。 與單個(gè)物體的位移無(wú)關(guān)，即Q摩擦力=f·s相。
示例2 將質(zhì)量為M 的均勻木塊放置在光滑的水平表面上。 木塊左右兩側(cè)都有一名射手拿著一模一樣的步槍和子彈。 首先，左邊的射手開(kāi)火，子彈水平穿透木塊的最大深度為d1。 然后右邊的射手開(kāi)火，子彈水平穿透木塊的最大深度為d2高中物理傳送帶模型，如下圖所示。 假設(shè)兩顆子彈都沒(méi)有擊穿木塊，并且兩顆子彈與木塊之間的力相同。 當(dāng)兩顆子彈相對(duì)于木塊靜止時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（ ）
A。 最后，塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，d1 = d2
B、最后木塊向右移動(dòng)，d1< d2
C. 最后，塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，d1< d2
D． 最后木塊靜止，d1>d2
【點(diǎn)評(píng)】摩擦生熱公式可以稱為“函數(shù)關(guān)系”或“函數(shù)原理”公式，但不能稱為“動(dòng)能定理”公式。 它是由動(dòng)能定理的關(guān)系式推導(dǎo)出來(lái)的二次結(jié)論。 。
3. 包含彈簧的物理模型
縱觀歷年高考題，與彈簧相關(guān)的物理題占了相當(dāng)大的比例。 高考考生經(jīng)常使用彈簧作為載體來(lái)設(shè)計(jì)各種試題。 這些問(wèn)題涉及靜力學(xué)問(wèn)題、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、動(dòng)量與能量守恒問(wèn)題、振動(dòng)問(wèn)題、泛函問(wèn)題等，幾乎貫穿整個(gè)力學(xué)知識(shí)體系。 為了幫助學(xué)生掌握該類試題的分析方法，現(xiàn)將春季相關(guān)試題進(jìn)行分類分析。
對(duì)于彈簧來(lái)說(shuō)，從力的角度來(lái)看，彈簧上的彈力是變力； 從能量的角度來(lái)看，彈簧是一種儲(chǔ)能元件。 因此，春季題能夠很好地考驗(yàn)學(xué)生的綜合分析能力，因此受到高考命題老師的青睞。
問(wèn)題類型包括：靜力學(xué)中的彈簧問(wèn)題、動(dòng)力學(xué)中的彈簧問(wèn)題以及與動(dòng)量和能量相關(guān)的彈簧問(wèn)題。
1.靜力學(xué)中的問(wèn)題
(1)胡克定律：F=kx，ΔF=k·Δx。
(2) 對(duì)彈簧秤兩端施加不同的拉力（沿軸向）。 彈簧刻度的示值必須等于吊鉤上的拉力。
2.動(dòng)力學(xué)中的彈簧問(wèn)題
（1）瞬時(shí)加速度問(wèn)題（與光繩、光棒不同）：如果一根彈簧一端固定，另一端與物體連接，變形不會(huì)突然改變，彈力也不會(huì)突然改變。
(2)如圖所示，當(dāng)A、B被壓下，去除外力后，當(dāng)彈簧恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度時(shí)，B、A開(kāi)始分離。
【點(diǎn)評(píng)】關(guān)于本例描述的物理過(guò)程，需要特別注意的是，分離瞬間m1和m2之間的彈力減小到零。 下一瞬間，彈簧的彈力和秤的重力將導(dǎo)致秤的加速度小于a，因此秤盤(pán)與重物分離。
3．彈簧與動(dòng)量和能量有關(guān)的問(wèn)題
與動(dòng)量、能量有關(guān)的彈簧題在高考題中頻繁出現(xiàn)，且常以計(jì)算題的形式出現(xiàn)。 在分析過(guò)程中，以下兩個(gè)結(jié)論的應(yīng)用非常重要：
(1)當(dāng)彈簧的壓縮和拉伸變形相同時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能相等；
(2)當(dāng)彈簧連接兩個(gè)物體進(jìn)行變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)彈簧處于原始長(zhǎng)度時(shí)，兩個(gè)物體的相對(duì)速度最大，當(dāng)彈簧變形最大時(shí)，兩個(gè)物體的速度相等。
實(shí)施例5 如圖所示，用輕彈簧將質(zhì)量m=1kg的A塊和B塊連接起來(lái)，并固定在空中。 彈簧處于其原始長(zhǎng)度。 A距地面的高度為h1 = 0.90 m。 當(dāng)兩個(gè)物塊同時(shí)釋放時(shí)，A與地面碰撞后速度立即變?yōu)榱恪?由于B壓縮彈簧并反彈，A只能離開(kāi)地面（但不會(huì)繼續(xù)上升）。 如果將B塊換成質(zhì)量為2m的C塊（圖中未示出），它和A仍然固定在空中，彈簧處于原來(lái)的長(zhǎng)度，并在高度h2處同時(shí)從A釋放離開(kāi)地面，C壓縮彈簧彈回后，A就可以離開(kāi)地面了。 已知彈簧的剛度系數(shù)k=100N/m，求h2的大小。
【點(diǎn)評(píng)】由于高中物理并不要求彈性勢(shì)能的表達(dá)，所以高考幾次考彈簧題時(shí)必須使用上述結(jié)論“①”。
從以上例子可以看出，春季題是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生身體思維、體現(xiàn)和開(kāi)發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛力的極好題。 由彈簧和相連物體組成的系統(tǒng)所表現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，使學(xué)生能夠充分運(yùn)用物理概念和定律（牛頓第二定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律）熟練地解決物理問(wèn)題。問(wèn)題和展示自己的才華提供了廣闊的空間，當(dāng)然也是常規(guī)的題型，以區(qū)分學(xué)生的能力強(qiáng)弱，拉開(kāi)差距高中物理傳送帶模型，選拔人才。 因此，春試題成為高考物理題中重要且獨(dú)特的題型。
4、輸送帶問(wèn)題
帶傳動(dòng)問(wèn)題廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)生活中。 在此類問(wèn)題中，摩擦力的大小和方向以及物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)都是可變的，涉及力、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、能量轉(zhuǎn)換等各個(gè)方面的知識(shí)。 它可以更好地考驗(yàn)學(xué)生分析物理過(guò)程和應(yīng)用物理定律解決物理問(wèn)題的能力。
對(duì)于滑塊靜止放置在均勻驅(qū)動(dòng)的傳送帶上的模型，必須清楚地理解和記住以下結(jié)論：
(1)滑塊加速時(shí)的位移等于滑塊與輸送帶之間的相對(duì)滑動(dòng)距離；
(2)對(duì)于水平輸送帶，在加速過(guò)程中輸送帶對(duì)滑塊所做的功等于該過(guò)程中摩擦產(chǎn)生的熱量，即輸送帶在加速過(guò)程中所需要的附加（相對(duì)空載）功。在此過(guò)程中輸送裝置W=mv2=2Ek=2Qmo。
實(shí)施例6 如圖所示，物體從光滑曲面上的P點(diǎn)自由滑動(dòng)，穿過(guò)粗糙的靜止水平傳送帶，然后落到地面上的Q點(diǎn)。 如果傳送帶的滑輪以逆時(shí)針?lè)较騽蛩龠\(yùn)動(dòng)（使傳送帶隨之移動(dòng)），而物體仍從P點(diǎn)自由滑動(dòng)，則（ ）
A．木塊不能掉到地上
B.方塊仍會(huì)落在Q點(diǎn)
C.方塊會(huì)落到Q點(diǎn)的左邊
D．方塊會(huì)落到Q點(diǎn)的右邊
【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于這個(gè)例子，你應(yīng)該深刻理解以下兩點(diǎn)：
①滑動(dòng)摩擦力f=μFN，與相對(duì)滑動(dòng)速度或接觸面積無(wú)關(guān)；
②兩個(gè)滑梯（均以地面為參考系）的初速度相等，加速度也相等，因此運(yùn)動(dòng)過(guò)程完全相同。
如果進(jìn)一步思考，物體在皮帶上的運(yùn)動(dòng)可以理解為初速度為v0的物體受到一個(gè)反方向?yàn)棣蘭g的力F。 它與施加力的物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。
結(jié)尾
