例题4.如图6所示,一个小球从直立在地面上的轻弹簧的上方某处自由落下,接触弹簧后将弹簧压缩,在压缩的整个过程中,弹簧均为弹性形变,那么当弹簧的压缩量最大时
.小球所受合力最大,但不一定大于重力值
.小球的加速度最大,且一定大于重力加速度
.小球的加速度最大,有可能小于重力加速度
.小球所受弹力最大,但不一定大于重力值
解析:本题的四个选项中,要求对两个量的大小进行判断,一个是力,另一个是加速度。根据牛顿第二定律可知,加速度由力决定,所以按照通常的做法,只要解决了弹簧被压缩过程中弹力大小的变化情况的判断,就可以很顺利的进行小球加速度大小的判断,实际上是这样吗?当弹簧的压缩量最大时,弹簧的弹力究竟和重力是个什么样的关系?
小球从弹簧上端的某处自由落下,以某一速度刚接触弹簧时,只受重力作用,从而此时小球的加速度为重力加速度。小球一旦开始压缩弹簧,弹簧便会产生弹力,但开始时弹力很小,随着压缩量逐渐增大,弹簧产生的弹力也会逐渐增大,当弹力增大到和重力相等时,合力为零,加速度也为零,此时小球的速度达到最大值。这一时刻过后,小球还会继续压缩弹簧,弹力也将会大于小球的重力,当小球的速度减小到零时,弹簧被压缩到最短,弹力最大。分析到此,好象只能判断出弹簧被压缩到最短时,弹簧的弹力最大(此时小球所受合力也是最大的),并且一定大于小球的重力,从而答案是错误的。至于弹簧的弹力到底比小球的重力大多少?合力是否“一定大于重力”?“加速度一定大于重力加速度”?答案不是一下子就能判断出来的,甚至解决不了!
这时,就应该改变思维方式,把“由力判断加速度”改作“对加速度直接判断”。根据学过的弹簧振子模型,当弹簧振子在最大位移处时,加速度最大,并且关于平衡位置对称的位置上,加速度、速度和位移等都有对称关系。此题中,弹簧被压缩到最短的位置,就是“振子”的最大位移处;小球受力平衡,即其加速度为零的位置就是“振子”的平衡位置处;而和小球刚接触弹簧位置关于平衡位置对称的位置,应该在和之间,如图7 所示。因为小球刚接触弹簧时其加速度为重力加速度,位置处的加速度又是最大的,故处的加速度大于重力加速度,本题的正确答案是。
命题解读:分析本题时,如果一个思路走下去可能就是死胡同一条,可巧妙的利用了弹簧振子模型后,问题的解决变得既简洁又准确,平常的学习中就要多类比、多联想、多变换,使平常学过的知识能够被灵活的运用。
2.正交分解法:
例题3.如图4所示,在倾角为的足够长的斜面上,有一质量的物体,物体与斜面之间的动摩擦因数为,物体受到沿斜面向上的拉力的作用,并从静止开始运动,经过绳子突然断了,试求:断绳后多长时间物体的速度大小达到?
解析:在最初的内,物体在的拉力作用下,从静止开始沿斜面做匀加速直线运动,据受力分析(如图5所示),根据牛顿第二定律和物体的平衡条件可知
①
②
且 ③
由①--③式可得
末断绳,物体的瞬时速度达到
从绳子断开,物体继续沿斜面向上运动达到最高点速度为零的过程,设加速度为,经过的时间为,则
再设物体从最高点沿斜面下滑过程中加速度为,到物体的速度大小达到所用时间为,则由牛顿第二定律和运动学的基本公式,得
综上所述,从断绳到物体速度达到所经历的总时间为
思考:如果题目要求“断绳后多长时间物体的速度大小达到?”呢?这个速度对应的时间因该有两个,即两个解,一个是从断绳到速度减小到经过的时间,另一个则是从断绳到物体反向加速到。不妨求一下试试?
命题解读:在物体受力较多(3个以上)的情况下,受力分析完了以后,一般采取的都是正交分解的办法,即沿两个互相垂直的方向将力进行分解,然后列出相对应的方程。正交分解在处理多力问题时有它的优越性,需要解决的问题就是取“怎样的两个相互垂直的方向”?一般情况下,选取的其中一个方向就是物体的运动方向,另一个则是和物体运动方向垂直的方向。
1.合成法:
例题2.如图2所示,一倾角为的斜面上放一滑块,滑块上固定一支架,支架末端用细绳悬挂一小球,滑块在斜面上下滑时小球与滑块相对静止一起运动,当细线:①沿竖直方向、②与斜面方向垂直、③沿水平方向,试求上述三种情况下滑块下滑的加速度.
解析:由题意知,小球与滑块的加速度相同,都是沿斜面向下的。对几种情况下的小球进行受力分析,分别如图3中的甲、乙和丙所示。
①图甲中,细线对小球的拉力和小球的重力都在竖直方向上,故不可能有加速度,=,所以,说明滑块沿斜面匀速下滑。
②图乙中,和的合力方向就是加速度的方向,即沿斜面方向,做出平行四边形,求得合力为
由牛顿第二定律,得
即加速度的大小为,方向沿斜面向下。
③图丙中,细绳产生的拉力方向如图所示,故小球所受的合力为
所以,此时的加速度为
方向沿斜面向下。
命题解读:这道题的解题过程并不复杂,但它反映了利用牛顿第二定律解题的一种类型,即在物体受力不太多的情况下,分析完物体的受力情况后,一般是利用平行四边形定则求出合力,然后利用牛顿第二定律求出加速度。
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2009学年苍南中学高一第二学期期中考语文试卷
答卷纸
(1)日月忽其不淹兮, 。
(2) ,号呼靡及。
(3) ,匹夫之有重于社稷也。
(4)欲流之远者, ;思国之安者,必积其德义。
(5)吾所以为此者, 。
(6) ,零丁洋里叹零丁。
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