多模型組合是提出復雜物理問題的常用方法。 我們還是用例子來說明。
例:如圖所示物理資源網(wǎng),將質(zhì)量為m的盒子A放置在足夠長的光滑水平地面上。 其內(nèi)部長度l=1m。 盒子中央有一個質(zhì)量為m的滑塊B(無論大?。? A之間的動摩擦系數(shù)μ=0.05。 現(xiàn)在讓 B 以初速度 V0 = 4m/s 向右移動。 假設(shè)B與A的前后墻之間的碰撞是完全彈性的。 當B和A相對靜止時,A相對地面的位移是多少? (g=10m/s2)
?分析:讀完題,首先要抓住兩個關(guān)鍵詞高中物理彈性碰撞,一是“彈性碰撞”,二是“相對靜止”。
彈性碰撞的思維方式必須是兩個方程:動量守恒和能量守恒。
相對靜止告訴我們兩個物體最終以相同的速度移動。
所以我們可以很容易地得出公式mv0=2mv,所以v=2m/s
?mv02=?*2mv2+μmgs(s是滑塊B相對于盒子A的相對距離,注意是相對的,是距離)。 這個公式大家是不是很熟悉呢? 這不是典型的子彈擊中木塊的模型嗎? 很容易得到s=8米。 因此,物體B先在A上面走了0.5米,然后走了七次1米,最后走了0.5米。
結(jié)合問題的已知條件,兩個物體相對靜止時的相對位移為零。 當然,這個結(jié)論也可以從我們前面提到的動量守恒的本質(zhì)是質(zhì)心靜止或勻速運動這一事實出發(fā)。
當然,如果我們單獨以A為研究對象,利用動量定理,我們很容易求出從開始到相對靜止所需的時間。 μmgt=mv-0,t=4秒。
事實上,這個問題的真正難點在于如何求解相對位移。 因為無論哪個物體以可變加速度運動,應用動力學知識都是復雜且容易出錯的。 所以圖像是我們最好的選擇。
我們在彈性碰撞中已經(jīng)得到了一個重要的結(jié)論:如果彈性碰撞后質(zhì)量相等,則交換速度就是。 嘗試繪制速度時間圖。
如圖所示,B相對于地面的Vt圖像如圖中虛線所示,A相對于地面的Vt圖像如圖中實線所示,因此A的位移相對于地面是圖中的實線和時間軸以及t=4s直線圍成的面積,即底部三角形的面積與4個小梯形的面積之和與相同的面積。
同理,B的相對位移就是圖中虛線與時間軸圍成的面積,等于大梯形的面積減去4個相同的小梯形的面積區(qū)域。
當然,更高的要求是質(zhì)心勻速直線運動。 質(zhì)心相對位移為2*4=8,兩物體相對位移為零。 因此高中物理彈性碰撞,對任意物體的相對位移應用伽利略變換就可以很容易地得到結(jié)果。
解決了問題之后,我們再來看問題。 這個問題確實很難。 有什么難度呢? 點多、點深、點相連、交叉。 彈性碰撞、子彈打木塊、摩擦功、多次碰撞、復雜的速度-時間圖像,再深入一點,伽利略變換、質(zhì)心不變原理、質(zhì)心速度等等。這就需要我們了解每一個知識觀點。 徹底; 面對復雜問題不要膽怯,每個知識點都要遵循套路; 每天進行處理復雜模型的練習。 如果你不想考985或者基礎(chǔ)一般,沒必要在這上面浪費時間。
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