自以一道运动学计算题作为I卷理综物理部分压轴题开始,以后每年的三道计算题中都有运动学计算题。现列举如下:
年份 题号 第25题 第23题 第23题 第24题 第23题 分值 20分 16分 16分 19分 15分 占物理的百分比 16.7% 13.3% 29.2% 12.5% 四年平均分值为21.5分,占物理的百分比为17.9%;而四年的实验平均分值为17分,占物理的百分比为14.2%,可见运动学计算题的比重比实验题还高,实验题要得满分,那是有一定困难的,而运动学的计算题要做对,可能性就大多了,所以运动学计算题在高考中要能拿下。那么它有什么特点,该如何有效地解决呢?
1.“多体、多过程”的特点
试题往往以生活、生产实际为情景,情景中包含多个或单个研究对象,各对象同时参与多个物理过程,且各对象、各过程间相互作用、相互牵连、相互影响建构成一个物理问题,即多体、多过程的特点。当然由于受试题难度限制和对学生能力考虑,研究对象不可能非常多,一般为2或3个,过程也不可能有许多步骤,一般为3个过程左右。过程无非是一些运动类型的组合。运动类型为:匀速运动、匀变速直线运动、平抛运动和圆周运动。目前运动学的计算题主要以匀速运动和匀变速直线运动为组合的过程。实际生活中物体的加速度可以由摩擦力提供,当物体在水平面上运动时,则物体的加速度
,与物体的质量m与关,已知摩擦因数
,就可知道物体的加速度a了。
2.解题策略
2.1 明确研究对象 由于多体的特点,在分析时要明确研究对象,代入相应的物理量时才明确,不会出现张冠李戴现象。
2.2 分析过程 由于多过程的特点,试题所涉及的运动过程往往多变,必然使问题趋于复杂,但复杂多变的运动过程又常常具有阶段性。把全过程划分为若干个阶段(子过程)来研究,就可以把看似十分复杂的问题加以简化。子过程的运动过程一般为上面所列的四种运动类型之一。
2.3 解构接点 在上面两步的基础上着重研究、分析各对象间通过何种方式相互作用、各子过程的牵连点及临界条件。从时空上、相互作用的对象上、事件发生的因果关系上解构出它们的接点,从而突破、化解难点。接点体现为位移、速度、时间和加速度的关系。
2.4解题思路 对于单个研究对象按时间先后顺序发生列出相应的运动过程,从而知道运动规律。其框架与思路如图1所示。
对于各研究对象关键也是找出它们的接点关系,其框架与思路如图2所示
3.例题剖析
例1(全国理综I卷25题)一小圆盘静止在桌布上,位于一方桌的水平面的。桌布的一边与桌的AB边重合,如图。已知盘与桌布间的动摩擦因数为
,盘与桌面间的动摩擦因数为
。现突然以恒定的
加速度a 将桌布抽离桌面,加速度的方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下,则加速度a 满足的条件是什么?(以g 表示重力加速度)
分析与解答 本题是从生活中在桌面上抽桌布引出的一道运动学题,涉及到三个物体:圆盘、桌布和桌面,圆盘先与桌布作用、然后与桌面作用构成了复杂的过程。可以分解为三步加以考虑(设桌面长度为L),用表格列举如下。
圆盘与桌布作用过程 研究对象 圆盘 桌布 运动过静止开始的匀静止开始的匀程 加 加 接点 在相等的时间内,桌布的位移S?-圆盘的位移S1=L/2 圆盘与桌面作用过程 研究对象 圆盘 桌面 运动过某一速度v开始的匀程 减 静止 接点 圆盘的位移
而对于圆盘,它与桌布作用的末速度v即为与桌面作用的初速度v。现解答如下:圆盘与桌布作用,设作用时间为t1 对于圆盘 加速度 位移 ①
对于桌布 位移 ②
接点 S-S1=L/2 ③ 圆盘速度 ④
圆盘与桌面作用,圆盘加速度 位移
⑤
由题意可知 ⑥
联立①、②、③、④、⑤、⑥解得
例2(全国理综I卷23题)原地起跳时,先屈腿下蹲,然后突然蹬地。从开始蹬地到离地是加速过程(视为匀加速)加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。离地后重心继续上升,在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有下列数据:人原地上跳的“加速距离”
,“竖直高度”;跳蚤原地上跳的“加速距离”
,“竖直高度”
。假想人具有与
跳蚤相等的起跳加速度,而“加速距离”仍为0.50m,则人上跳的“竖直高度”是多少?
分析与解答 本题把人与跳蚤在假定起跳加速度相等条件进行比较它们的竖直高度,不失为一道有趣的题目。对于人或跳蚤都有两个子过程:与地面作用的匀加速直线运动和在空中的竖直上抛运动。现在假定它们与地面作用的过程具有相同的加速度。则
人(跳蚤)运动过程 与地面作用的子过程 物理过程 与地面作用 在空中
研究对象 人 跳蚤 运动规律 初速为零的匀加 竖直上抛 运动过程 初速为零的匀初速为零的匀加 加 接点 与地面作用的末速度v=空中运动的初速度v 接点 具有相同的加速度a 用a 表示跳蚤起跳的加速度,v表示离地时的速度,则对加速过程和离地后上升过程分别有
v2=2ad2 v2=2gh2
若假想人具有和跳蚤相同的加速度a ,令V表示在这种假想下人离地时的速度,H 表示与此相应的竖直高度,则对加速过程和离地后上升过程分别有
V2=2ad1 V2=2gH
由以上各式可得
代人数值,得 H = 62.5 m
例3(全国理综I卷24题)天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度,在水平地面上与观测者的距离为d=3.0km处进行一次爆炸,观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt=6.0s。试估算云层下表面的高度。已知空气中的声速v=km/s。
分析与解答 此题利用生活中爆炸声来测量云层的高度,来源于我们身边的物理。有些学生对于云层的位置难以判断,如果理解了类似光的反射,那么云层一定在观测者与爆炸处中垂线上某点上,这题就迎刃而解。研究爆炸声,经过了两个过程。
研究对象:爆炸声
物理过程 水平直接传到观测者 经云层反射传到观测者 运动规律 匀速运动 匀速运动 接点 经云层反射到观测者的时间t2 -水平直接到观测者时间t1 =Δt h表示云层下表面的高度。用t1表示爆炸声直接传到观测者所经时间,则有d=vt1 ①
用t2表示爆炸声经云层反射到达观测者所经历时间,因为入射角等于反射角,故有
②
已知 t2-t1=Δt ③
联立①②③式,可得
代入数值得h =2.0×103m
例4(全国理综I卷25题)一水平的浅色长传送带上放置一煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为
。初始时,传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a0开始运动,当其
速度达到v0后,便以此速度做匀速运动。经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。
分析与解答 这题来源于实际生产,教材中出现过类似的安检问题,并且平时训练和各种资料中对传送带(皮带)问题做过不少分析和练习,可一般是传送带一直匀速运动,而此题在前面加了一个静止开始的匀加速阶段,增加了题目的实际性、兴趣性,自然也增加了复杂性难度性。
研究对象 煤块 传送带 研究对象:传送带 运动过程 一直匀加速到速度静止开始加速到运动过静止开始加以v0的速为v0运动 v0,然后匀速运动 程 速到v0 度匀速 接点 时间t相等 接点 加速时间t1+匀速时间t2=时间t
根据“传送带上有黑色痕迹”可知,煤块与传送带之间发生了相对滑动,煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律,可得a=g
所以煤块全过程的位移
传送带加速过程 位移 且
传送带匀速过程 位移 且
则黑色痕迹
例5(全国理综I卷23题)甲、乙两运动员在训练交接棒的过程中发现:甲经短距离加速后能保持9m/s的速度跑完全程;乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的。为了确定乙起跑的时机,需在接力区前适当的位置设置标记。在某次练习中,甲在接力区前S0=13.5m处作了标记,并以V=9m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令。乙在接力区的前端听到口令时起跑,并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上,完成交接棒。已知接力区的长度为L=20m。
求:(1)此次练习中乙在接棒前的加速度a;
(2)在完成交接棒时乙离接力区末端的距离。
分析与解答 本题来源于学生知道的交接棒体育运动,可是对于一些具体的规则,不一定清楚,比如乙不是站在哪儿等着甲来给他棒;更不明白乙可以先起跑,却有一个接力区。理解了这些运动规则,就他们的运动过程,应该还是非常明了的:甲一直做匀速运动,乙做匀加速直线运动。
研究对象 甲运动员 乙运动员 运动过程 匀速直线运动 初速为零的匀加速直线运动 ①完成交接棒过程,他们时间t相等。 接点 ②甲追上乙,完成交接棒时,乙的速度v=甲的速度V。 ③在这段时间内,甲的位移S1=乙的位移S2+ S0。
(1)设经过时间t,甲追上乙,则由位移关系有
将v=V=9m/s代入得到:t=3s,
再有 v=at
解得:a =3m/s2
(2)在追上乙的时候,乙走的距离为S2,
则:
代入数据得到 S2=13.5m
所以乙离接力区末端的距离为 △S =20-13.5=6.5m
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容