在學(xué)習(xí)物理的時(shí)候,我們經(jīng)常會(huì)聽到模型這個(gè)詞。模型到底是什么?模型這個(gè)概念有多重要?我們又該如何利用模型呢?可以說,現(xiàn)在你接觸到的所有物理知識(shí)都是建立在模型的基礎(chǔ)上的。因此,在學(xué)習(xí)物理的時(shí)候,建立模型是一個(gè)基礎(chǔ)。那么什么是建立模型呢?在處理一個(gè)實(shí)際問題的時(shí)候,用數(shù)學(xué)關(guān)系來描述目標(biāo)的變化,這就是建立模型。在這個(gè)過程中,有三個(gè)核心問題:目標(biāo)、變化、關(guān)系。在這個(gè)系列專題中,我們將從模型的角度來總結(jié)高考物理的解題方法。
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模型 06:傳送帶模型
該模型的三個(gè)核心部分是:
目標(biāo):解決傳送帶上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題:力、運(yùn)動(dòng)過程和函數(shù)關(guān)系。
變化:物體以不同的速度向上或向下滑動(dòng)
關(guān)系:摩擦總是抵消相對(duì)運(yùn)動(dòng)
傳送帶問題是典型的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于受力條件。傳送帶問題中起關(guān)鍵作用的是滑動(dòng)摩擦,因此準(zhǔn)確判斷滑動(dòng)摩擦的方向成為解決問題的關(guān)鍵。
速度矢量差法:教科書上說滑動(dòng)摩擦的方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反,那么如何判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向呢?那就需要做速度矢量差。以下圖為例:A、B都向右運(yùn)動(dòng),所以右方向?yàn)檎较颉相對(duì)于B的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)锳的速度V1減去B的速度V2。如果結(jié)果大于零,就說明A相對(duì)于B向右運(yùn)動(dòng);如果結(jié)果小于零,就說明A相對(duì)于B向左運(yùn)動(dòng)。
這里要注意的是,速度減法是一個(gè)矢量,也就是說,如果V2在左邊,那么一定是V1-(-V2);
公式:我們知道滑動(dòng)摩擦的作用是抵消相對(duì)運(yùn)動(dòng),最終使兩個(gè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)消失。那么如何讓兩個(gè)速度不同的物體速度相同呢?那就是讓快的物體減速,慢的物體加速。所以,公式就是:快的物體領(lǐng)先慢的物體物理-傳送帶綜合問題選定物理-傳送帶綜合問題選定,慢的物體阻擋快的物體。
以上圖為例,若V1>V2,那么A會(huì)因?yàn)槟Σ亮Χ鴾p速,而B會(huì)因?yàn)槟Σ亮Χ铀伲訟受到的摩擦力在左邊,B受到的摩擦力在右邊。
斜面模型(斜面始終保持靜止)無非就是向上滑動(dòng)和向下滑動(dòng)。向上滑動(dòng)很簡(jiǎn)單,重力沿斜面向下分力的方向是沿斜面向下;摩擦力(向上滑動(dòng))的方向是:沿斜面向下;所以可能的加速度只有一個(gè)a=g(sinθ+μcosθ)。
滑落的情況不止一種,需要考慮μ與tanθ的關(guān)系。下圖列出了滑落和在斜面上滑動(dòng)的所有可能情況。滑落的討論圍繞臨界點(diǎn)μ=tanθ展開,即在斜面上,物體重力的滑動(dòng)分力等于最大靜摩擦力(認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力)。
傳送帶模型
通過我們上面對(duì)斜面模型的分析,摩擦方向決定了運(yùn)動(dòng)形式,相對(duì)運(yùn)動(dòng)決定了摩擦方向。因此物理-傳送帶綜合問題選定物理-傳送帶綜合問題選定,延伸斜面模型,就出現(xiàn)了傳送帶模型。它們的區(qū)別在于,斜面是靜止的,判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),物體與0比較;而在傳送帶上,我們只需要比較物體的速度與傳送帶的速度即可。下圖列出了傳送帶上可能的運(yùn)動(dòng)情況,以及對(duì)應(yīng)的條件。
功能問題:
傳送帶問題經(jīng)常涉及到物體在傳送帶上來回移動(dòng),所以函數(shù)中要注意的一點(diǎn)是:功是按相對(duì)于地面的位移計(jì)算的,熱量是按相對(duì)位移計(jì)算的;涉及的三個(gè)重要的長(zhǎng)度是:相對(duì)位移(初始位置和最終位置)、劃痕長(zhǎng)度(最大相對(duì)位移)和產(chǎn)熱長(zhǎng)度(位移的代數(shù)和);
傳送帶問題是一個(gè)比較綜合的問題,即包括了對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的考察,還結(jié)合了函數(shù)關(guān)系。從往年高考的情況來看,絕對(duì)是必考題型,而且不但以選擇題的形式出現(xiàn),也很有可能是計(jì)算題。下面精選了典型的傳送帶例子和相關(guān)變異訓(xùn)練(保存后可打印),有詳細(xì)的解析過程。在做的過程中,同學(xué)們要細(xì)細(xì)體會(huì)摩擦力的變化。如有疑問,請(qǐng)私信。
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