有一種常見(jiàn)的初中物理試題是八年級(jí)末必考的,并且經(jīng)常出現(xiàn)在中考中。很多初中生從來(lái)沒(méi)有真正思考過(guò)歸納法,直到高中才真正理解其中蘊(yùn)含的物理知識(shí)和方法!
這類題就是“蹦極”、“蹦極”題!
其本質(zhì)是彈簧模型中動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)換。
由于所涉及的受力條件在不斷變化,速度和高度也在變化,彈簧的變形也在變化,導(dǎo)致其相關(guān)能量也發(fā)生相應(yīng)的變化!正是因?yàn)樽兞刻?strong>初中物理勢(shì)能,大多數(shù)初中生在第一次接觸此類問(wèn)題時(shí)往往不知如何下手,仿佛除了胡亂猜測(cè)已經(jīng)無(wú)法分析。
我們先來(lái)看下面這個(gè)“反向蹦極”問(wèn)題:
要成功解決這個(gè)問(wèn)題,首先必須掌握以下基礎(chǔ)知識(shí):
1.動(dòng)能的大小是由質(zhì)量和速度決定的!質(zhì)量越大,速度越大,動(dòng)能也越大!
2、重力勢(shì)能的大小由質(zhì)量和高度決定!質(zhì)量越大、高度越高,引力勢(shì)能就越大!
3、彈性勢(shì)能的大小是由變形量(伸長(zhǎng)和壓縮)決定的!變形越大,彈性勢(shì)能越大!
我們來(lái)仔細(xì)讀一下這個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題說(shuō)得很清楚了:當(dāng)一個(gè)人在A點(diǎn)從靜止?fàn)顟B(tài)釋放出來(lái)(A點(diǎn)速度為零),上升到B點(diǎn)時(shí)速度最大,最高位置是C點(diǎn)(即速度C 點(diǎn)為零)!因此,當(dāng)人從A到C時(shí),速度是先增大后減小,因此動(dòng)能也是先增大后減小。人的速度在B點(diǎn)最大,因此人的動(dòng)能在B點(diǎn)最大。因此,D選項(xiàng)錯(cuò)誤,A選項(xiàng)正確。而且由于人在上升過(guò)程中身高不斷增加,重力勢(shì)能不斷變大!故C選項(xiàng)錯(cuò)誤!
當(dāng)人在A點(diǎn)時(shí),由于此時(shí)彈力繩伸長(zhǎng)最長(zhǎng),也就是說(shuō)變形量最大,所以彈力繩在A點(diǎn)的彈性勢(shì)能最大!所以選項(xiàng)B是正確的。
那么貝語(yǔ)網(wǎng)校,為什么人在A點(diǎn)的速度最大呢?
解決這個(gè)問(wèn)題,如果我們從初中的角度來(lái)分析,由于我們?cè)诟咧袝r(shí)沒(méi)有學(xué)過(guò)加速度和牛頓第二定律的知識(shí),所以只能通過(guò)受力情況來(lái)分析。
當(dāng)人在A點(diǎn)時(shí),彈力繩的變形最大,導(dǎo)致彈力大于重力。因此,合力是向上的,改變了人的靜止?fàn)顟B(tài)。人在這個(gè)合力的作用下加速向上。在此過(guò)程中,彈力繩的變形逐漸增大。變小,導(dǎo)致彈力逐漸變小。當(dāng)彈力變小并等于重力時(shí),合力為零,速度最大!之后,由于慣性,人繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),變形量不斷減小,導(dǎo)致彈力小于重力,所以合力是向下的,而人的速度仍然是向上的,所以這個(gè)合力就是對(duì)人的阻力!人們?cè)贐C期間進(jìn)行減速運(yùn)動(dòng)!這就導(dǎo)致了上述能量的變化!
讓我們繼續(xù)討論第二個(gè)水平彈簧問(wèn)題:
由于該問(wèn)題中的彈簧在水平桿上滑動(dòng),因此不涉及重力勢(shì)能的變化。只有彈性勢(shì)能和動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換。
由于b點(diǎn)是彈簧原來(lái)的長(zhǎng)度,也就是變形為零的位置,所以此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為零!
由于a是球壓縮彈簧后釋放的位置,所以球在a點(diǎn)的速度為零; c是球到達(dá)最右端的位置,因此球在c點(diǎn)的速度也為零。因此,當(dāng)球從a行進(jìn)到c時(shí),其速度一定是先增大后減小!因此,它的動(dòng)能也是先增大后減小!在這個(gè)過(guò)程中,由于球在垂直方向上沒(méi)有運(yùn)動(dòng),即球在重力方向上沒(méi)有運(yùn)動(dòng)距離,所以球的重力不做功!
當(dāng)球從c點(diǎn)返回到左側(cè)時(shí),球受到向左的彈簧拉力和向右的滑動(dòng)摩擦力!由于滑動(dòng)摩擦取決于兩個(gè)因素:接觸面的壓力和粗糙度,而這兩個(gè)因素沒(méi)有改變,所以它所受到的滑動(dòng)摩擦力沒(méi)有改變(就像蹦極時(shí)重力沒(méi)有改變一樣)!但彈簧正在收縮,伸長(zhǎng)較小,然后逐漸壓縮得更多!所以,彈力的大小總是在變化的,方向也會(huì)變化!由于初始伸長(zhǎng)比較大,所以球上左邊的彈力比右邊的摩擦力大!因此,球會(huì)加速。當(dāng)彈力等于摩擦力時(shí),速度達(dá)到最大,動(dòng)能也達(dá)到最大!顯然,在這個(gè)位置,彈簧還沒(méi)有恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度,即小球在b點(diǎn)右側(cè)的位置處動(dòng)能最大!當(dāng)球到達(dá)b點(diǎn)時(shí),彈力為零,只受到向右摩擦力的影響!當(dāng)球繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧開(kāi)始?jí)嚎s,彈力方向向右改變,與摩擦力方向相同,成為球運(yùn)動(dòng)的阻力!所以這個(gè)過(guò)程中小球一直在減速!動(dòng)能也在不斷減少!
這是解決方案!
關(guān)于蹦極及相關(guān)蹦床問(wèn)題,分析如下:
類似相關(guān)問(wèn)題如下。你可以嘗試用上面的方法來(lái)分析解答!
綜上所述,日常生活中犯下的任何錯(cuò)誤都不能輕易放過(guò)。一定要多次學(xué)習(xí)初中物理勢(shì)能,深入探索,直到徹底搞懂與之相關(guān)的同類型題!只有這樣,你才能真正理解這類問(wèn)題,以免以后再犯同樣的錯(cuò)誤!
通過(guò)研究自己的錯(cuò)題,可以查漏補(bǔ)缺,快速提升自己的能力;
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