高中物理运动模型的应用
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高中物理高中物理22个经典模型汇总清晰实用高中物理22个经典模型汇总与清晰实用一、引言高中物理作为理科学科的重要组成部分,是学生们接触自然科学的第一步,也是理解世界的窗口。
在学习高中物理的过程中,掌握经典模型是至关重要的。
经典模型能够帮助我们理解自然界的规律,为我们解决问题提供了基本的思路,更好地认识自然界的奥秘,也更好地应对未来的挑战。
本文将汇总高中物理22个经典模型,并探讨它们的清晰实用之处。
二、运动学1. 位移、速度、加速度模型位移、速度、加速度是运动的基本概念,它们之间的关系能够帮助我们描述物体的运动状态,从而解释各种日常运动现象。
2. 牛顿三定律牛顿三定律是力学的基础,这个模型能够帮助我们理解物体受力的情况,进而分析物体的运动状态。
3. 万有引力万有引力模型是物理学中重要的一部分,它描述了物体之间的引力大小与距离的关系,解释了宇宙中广泛存在的引力现象。
4. 匀变速直线运动匀变速直线运动模型描述了物体在力作用下的匀变速直线运动规律,让我们能够准确预测物体的位置随时间的变化。
5. 抛体运动抛体运动模型适用于空中物体在重力作用下的运动,可以帮助我们分析和计算各种投掷运动。
6. 圆周运动圆周运动模型帮助我们理解物体在圆周运动中受力的情况,解释了各种圆周运动中发生的现象。
7. 谐振谐振模型能够帮助我们理解谐振现象产生的原因,也让我们在实际应用中更好地利用谐振的特性。
三、动能和势能8. 动能与势能转化动能和势能的转化模型描述了物体在力的作用下,动能和势能之间相互转化的规律,为我们解释各种能量转化现象提供了理论依据。
9. 机械能守恒机械能守恒模型说明了在某些力场内,物体的机械能守恒,这个规律被广泛应用于各种动力学计算中。
四、波动10. 机械波机械波模型帮助我们理解机械波的传播规律,解释了声音、水波等机械波的传播特性。
11. 光的直线传播光的直线传播模型适用于介质中光的传播规律,让我们能够更好地理解光的传播路径。
高中物理课堂中的模型建构在高中物理课堂中,模型建构是一个重要的教学方法,旨在帮助学生理解抽象的物理概念,并将其应用到实际问题中。
本文将探讨高中物理课堂中的模型建构方法和其对学生的益处。
一、模型建构的定义模型建构是指通过构建各种物理模型来描述和解释物理现象、规律或定律的过程。
它可以是一个实际的物体模型、一个图示模型或一个数学模型,通过这些模型,学生可以更加直观地理解抽象的物理概念。
二、物理模型的种类在高中物理课堂中,常见的物理模型包括实物模型、示意图模型、数学模型等。
1. 实物模型实物模型是指将抽象的物理概念用具体的物体来表示。
例如,在讲解牛顿第一定律时,可以使用一个滑轮和一块滑块来展示物体在惯性状态下的运动。
这种方法能够让学生亲自操作实物,通过实际观察和实验来探究物理规律,增强学生的实践能力。
2. 示意图模型示意图模型是指通过图示的方式来呈现物理概念。
例如,在讲解光的反射和折射时,可以使用射线图来表示光的传播方向和路径。
示意图模型能够帮助学生更直观地理解物理过程,加深对物理规律的认识。
3. 数学模型数学模型是指通过数学公式和方程来描述和解释物理现象。
例如,在讲解运动学时,可以使用速度-时间图和位移-时间图来表示物体的运动情况。
数学模型能够培养学生的逻辑思维和分析问题的能力,使他们能够用数学语言描述物理现象。
三、模型建构对学生的益处模型建构在高中物理教学中具有许多益处,它能够提高学生的学习兴趣、促进他们的思维发展以及加深他们对物理概念的理解。
1. 提高学习兴趣通过模型建构,学生能够参与到实际操作和实验中,这种亲身体验能够激发他们对物理学科的兴趣。
学生在实践中感受到物理规律的奇妙和实用性,从而激发出对物理学的热爱。
2. 促进思维发展模型建构要求学生观察、分析和解释物理现象,培养了他们的观察力、逻辑思维和问题解决能力。
学生通过构建模型,能够将抽象的物理概念转化成具体的形式,从而培养了他们的抽象思维和空间想象力。
平抛运动和斜面组合模型及其应用平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,其运动轨迹和规律如图1所示,会应用速度和位移两个矢量三角形反映的规律灵活的处理问题。
设速度方向与初速度方向的夹角为速度偏向角φ,位移方向与初速度方向的夹角为位移偏向角θ,若过P点做与初速度平行的直线,则该直线与位移方向的夹角可以看作是构造的虚斜面的倾角,这样平抛运动模型和斜面模型就组合在一起了。
在中学物理中有大量的模型,平抛运动和斜面模型是重要的模型,这两个模型组合起来进行考查,是近几年高考的一大亮点。
为此,笔者就该组合模型的特点和应用,归纳如下。
一.斜面上的平抛运动问题例1.(2006·上海)如图2所示,一足够长的固定斜面与水平面的夹角为370,物体A以初速度v1从斜面顶端水平抛出,物体B在斜面上距顶端L=15m处同时以速度v2沿斜面向下匀速运动,经历时间t物体A和物体B在斜面上相遇,则下列各组速度和时间中满足条件的是(sin37O=0.6,cos370=0.8,g=10 m/s2)A.v1=16 m/s,v2=15 m/s,t=3sB.v1=16 m/s,v2=16 m/s,t=2sC.v1=20 m/s,v2=20 m/s,t=3sD .v 1=20m/s ,v 2=16 m/s ,t =2s解析:设物体A 平抛落到斜面上的时间为t ,由平抛运动规律得 t v x 0=,221gt y =由位移矢量三角形关系得 x y =θtan 由以上三式解得gv t θtan 20= 在时间t 内的水平位移g v x θtan 220=;竖直位移gv y θ220tan 2= 将题干数据代入得到3v 1=20t ,对照选项,只有C 正确。
将v 1=20 m/s ,t =3s 代入平抛公式,求出x ,yA s ==75m ,B s =v 2t =60m ,15A B s s L m -==,满足题目所给已知条件。
方法26 高中物理模型盘点(十六)类平抛运动模型物理模型盘点——类平抛运动模型[模型概述]带电粒子在电场中的偏转是中学物理的重点知识之一,在每年的高考中一般都与磁场综合,分值高,涉及面广,同时相关知识在技术上有典型的应用如示波器等,所以为高考的热点内容。
[模型要点]1、类平抛运动模型:初速度不为零,加速度恒定且垂直于初速度方向的运动,我们称之为类平抛运动.在解决这类运动时,方法完全等同于平抛运动的解法,即将类平抛运动分解为两个互相垂直、互相独立的运动,然后按运动的合成与分解的方法解题.即将平抛运动的解题方法推广到类平抛运动中去.2、类平抛运动与平抛运动的区别平抛运动的初速度水平,只受与初速度垂直的竖直向下的重力,a =g ;类平抛运动的初速度不一定水平,但合外力与初速度方向垂直且为恒力,a =F 合m。
3、求解方法(1)常规分解法:将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向(即沿合外力方向)的匀加速直线运动。
(2)特殊分解法:对于有些问题,可以过抛出点建立适当的直角坐标系,将加速度a 分解为ax 、ay ,初速度v0分解为vx 、vy ,然后分别在x 、y 方向上列方程求解。
4、求解类平抛运动问题的关键(1)对研究对象受力分析,找到合外力的大小、方向,正确求出加速度。
例题中,物体受重力、支持力作用,合外力沿斜面向下。
(2)确定是研究速度,还是研究位移。
(3)把握好分解的思想方法,例题中研究位移,把运动分解成沿斜面的匀加速直线运动和水平方向的匀速直线运动,然后将两个方向的运动用时间t 联系起来。
5、带电粒子的类平抛运动模型其总体思路为运动的分解(1)电加速:带电粒子质量为m ,带电量为q ,在静电场中静止开始仅在电场力作用下做加速运动,经过电势差U 后所获得的速度v0可由动能定理来求得。
即2012qU mv =。
(2)电偏转:垂直电场线方向粒子做匀速00x v v x v t ==,,沿电场线方向粒子做匀加速,有:220tan 2y y x v qU qUL v t y dm v dmv θ===,, (要求自行作图推导) 在交变电场中带电粒子的运动:常见的产生及变电场的电压波形有方行波,锯齿波和正弦波,对方行波我们可以采用上述方法分段处理,对于后两者一般来说题中会直接或间接提到“粒子在其中运动时电场为恒定电场”。
高中物理模型建构教学中geogebra软件的应
用举例
利用geogebra软件建构高中物理数学模型是现在教学中应用比较广泛的方式,它能够帮助学生更直观地掌握物理公式,加深印象,提高学习效率。
下面就以抛体运动模型的建构为例来讲解如何在教学中使用geogebra来辅助模型的建构:
1、首先选择geogebra3D工具,然后建立一个空间坐标系,并在空间坐标系的原点上新建一个球形物体,作为抛体;
2、在空间坐标系内设定一条可以调节的射线,作为抛体施加的初始速度,将这个射线设定为抛体施加初始速度的方向;
3、在坐标系内设定一个引力,并把抛体作为它的受力物体,并让引力施加在抛体上;
4、然后运行程序,观察运动状态,并可以在画面中标注出抛体的运动轨迹;
5、最后,观察抛体的运动轨迹,用物理公式计算出运动轨迹的参数和速度变化的规律,而geogebra的辅助下,使学生对运动轨迹及其变化有更直观的理解。
综上所述,geogebra是一款强大的软件,它可以帮助学生在物理模型的建构中,更快更准确地理解物理公式。
同时,它也可以让学生更直观地观察模型的运动规律,加深对物理现象的理解。
因此,在高中物理模型建构教学中,geogebra软件应用是必不可少的手段。
高中物理模型及其应用教案
一、教学目标
1. 理解物理模型的概念和作用;
2. 掌握常见的物理模型及其应用;
3. 能够运用物理模型解决实际问题。
二、教学重点
1. 物理模型的概念和作用;
2. 常见的物理模型及其应用。
三、教学难点
1. 具体物理模型在解决实际问题中的应用;
2. 融合不同物理模型来解决复杂问题。
四、教学过程
1. 导入:通过展示一些物理模型的照片或视频来引起学生的兴趣,让学生猜测这些模型的功能及应用。
2. 学习:介绍物理模型的概念和作用,引导学生思考为什么需要物理模型以及物理模型在科学研究中的重要性。
3. 实践:让学生通过实验或观察,认识常见的物理模型及其应用,例如比例模型、几何模型、数学模型等。
4. 分组讨论:让学生根据所学知识,分组讨论一个具体的实际问题,然后尝试利用不同的物理模型来解决这个问题。
5. 总结:引导学生总结本节课所学内容,思考物理模型的概念和应用,以及如何运用物理模型解决实际问题。
六、课后作业
1. 回顾本节课所学内容,思考物理模型对科学研究的意义;
2. 自选一个实际问题,尝试运用物理模型进行建模和解决;
3. 完成相关练习题。
七、教学反思
本节课通过引入物理模型的概念和作用,让学生了解了物理模型在科学研究中的重要性,通过实践和讨论,让学生掌握了常见的物理模型及其应用。
同时,通过课后作业的布置,激发了学生对物理模型的进一步思考和探索,培养了学生解决实际问题的能力。
希望通过本节课的学习,学生能够更好地理解物理模型的概念和应用,并能够灵活运用物理模型解决实际问题。
高中物理模型大全引言在高中物理学习中,模型是我们理解和解释自然现象的重要工具。
通过建立模型,我们可以更好地理解物理规律和现象,并预测未知情况下的结果。
本文将介绍一些高中物理学习中常用的模型,帮助同学们更好地掌握物理知识。
1.简谐振动模型简谐振动模型是描述振动现象的重要模型。
在简谐振动模型中,假设振动系统回复力与位移成正比,且方向相反。
例如弹簧振子、摆钟等都可以使用简谐振动模型进行分析和计算。
2.牛顿第二定律模型牛顿第二定律模型是描述物体运动的基本模型。
根据牛顿第二定律,物体的加速度与受到的合外力成正比,与物体的质量成反比。
这个模型被广泛应用于解决各种运动问题,如自由落体、斜抛运动等。
3.热传导模型热传导模型是描述热传导现象的模型。
在热传导模型中,假设热量从高温物体传递到低温物体,传递速率与温度差成正比,与材料的热导率和截面积成反比。
这个模型可以用于解释热传导过程和计算热传导速率。
4.光的折射模型光的折射模型是描述光线在介质中传播时发生折射现象的模型。
根据斯涅尔定律,入射角、折射角和介质折射率之间存在一定的关系。
这个模型被应用于解决各种光学问题,如光的折射、全反射等。
5.电路模型电路模型是描述电流和电压分布的模型。
通过欧姆定律、基尔霍夫定律等原理,我们可以建立电路模型来分析电路中的电流和电压变化。
这个模型被广泛应用于解决电路中的各种问题,如串联电路、并联电路等。
6.引力模型引力模型是描述物体之间引力相互作用的模型。
根据万有引力定律,两个物体之间的引力与它们的质量成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
这个模型可以用于解释行星运动、地球引力等现象。
7.声音传播模型声音传播模型是描述声音在介质中传播的模型。
根据声波传播原理,声音的传播速度与介质的性质有关,一般来说,声速在固体中最大,在气体中最小。
这个模型可以应用于解释声音的传播和计算声音的传播速度。
8.磁场模型磁场模型是描述磁场分布和磁力作用的模型。
通过安培环路定理和洛伦兹力定律,我们可以建立磁场模型来分析磁场中的磁感应强度和磁力变化。
⾼中物理基础知识-总结⼏种典型的运动模型⾼考物理知识点总结⼏种典型的运动模型:追及和碰撞、平抛、竖直上抛、匀速圆周运动等及类似的运动两个基本公式(规律): V t = V 0 + a t S = v o t +12a t 2及⼏个重要推论: (1) 推论:V t 2 -V 02 = 2as (匀加速直线运动:a 为正值匀减速直线运动:a 为正值) (2) A B 段中间时刻的即时速度: V t/ 2 =V V t 02+=st(若为匀变速运动)等于这段的平均速度 (3) AB 段位移中点的即时速度: V s/2 =v v o t222+V t/ 2 =V =V V t 02+=s t=T S S NN 21++= V N ≤ V s/2 =v v o t222+ 匀速:V t/2 =V s/2 ; 匀加速或匀减速直线运动:V t/2(4) S 第t 秒 = S t -S (t-1)= (v o t +12a t 2) -[v o ( t -1) +12a (t -1)2]= V 0 + a (t -12) (5) 初速为零的匀加速直线运动规律①在1s 末、2s 末、3s 末……ns 末的速度⽐为1:2:3……n ;②在1s 、2s 、3s ……ns 内的位移之⽐为12:22:32……n 2;③在第1s 内、第 2s 内、第3s 内……第ns 内的位移之⽐为1:3:5……(2n-1);④从静⽌开始通过连续相等位移所⽤时间之⽐为1:()21-:32-)……(n n --1)⑤通过连续相等位移末速度⽐为1:2:3……n(6)匀减速直线运动⾄停可等效认为反⽅向初速为零的匀加速直线运动.(先考虑减速⾄停的时间).“刹车陷井”实验规律:(7) 通过打点计时器在纸带上打点(或频闪照像法记录在底⽚上)来研究物体的运动规律:此⽅法称留迹法。
=-+=+=+==axv v at t v x at v v v v v t v x tt t22122022000①②③初速⽆论是否为零,只要是匀变速直线运动的质点,就具有下⾯两个很重要的特点:在连续相邻相等时间间隔内的位移之差为⼀常数;?s = aT2(判断物体是否作匀变速运动的依据)。
匀变速直线运动的应用【考点梳理】要点一、对自由落体运动运动的理解要点诠释:1.自由落体运动是一种理想化模型自由落体运动是一种实际物体运动的抽象运动,是一种理想化模型.当自由下落的物体受到的空气阻力远小于重力时,才可以看做是做自由落体运动.2.自由落体运动的条件(1)初速度为零;(2)仅受重力作用.3.自由落体运动的特点(1)初速度为零,即v 0=0;(2)始终竖直向下运动,其轨迹是直线;(3)在同一地点其加速度恒定不变,即为g .4.自由落体运动的公式因为自由落体运动的实质是初速度为零的匀加速直线运动,所以匀变速直线运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动.(1)速度公式:v gt =;(2)位移公式:212h gt =; (3)位移速度关系式:22v gh =;(4)平均速度公式:02v v v +=; (5)推论:2h gT ∆=;…由上面几式看出,v 、t 、h 中任一物理量确定,其余两个物理量就确定了. 要点二、对竖直上抛运动的理解要点诠释:1.处理竖直上抛问题的方法(1)分段处理将全程分为两个阶段,上升阶段做匀减速直线运动,下降阶段做自由落体运动.(2)全程统一处理为初速度为v 0(设为正方向)、加速度a =-g 的匀减速直线运动.2.竖直上抛运动的上升阶段和下降阶段具有对称性(1)速度对称:上升和下降过程经过同一位置时速度等大、反向.(2)时间对称:上升和下降过程经过同一段高度的上升时间和下降时间相等.(3)竖直上抛运动的实质是匀变速运动,但又具有自身的特点,如对称性.【提示】若物体在上升或下落中还受到空气阻力,则物体的运动不再是自由落体和竖直上抛运动,分别计算上升a 上和下降a 下的加速度(此时a 上与a 下不相等),利用匀变速运动公式同样可以得到解决.要点三、纸带问题分析要点诠释:1.纸带上点的意义①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置.②通过研究纸带上各点之间的间隔,可以判断物体的运动情况.③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔.2.利用纸带判断物体运动状态的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间内不同时刻的速度分别为1234v v v v ⋯、、、、,若213243v v v v v v ⋯-=-=-=,则说明物体在相等时间内速度的增量相等,由此说明物体在做匀变速直线运动,即12v v v a t t t∆∆∆⋯∆∆∆====. (2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为1234s s s s ⋯,,,, 若213243s s s s s s s ∆⋯=-=-=-=,则说明物体在做匀变速直线运动,且2s aT ∆=.3.速度、加速度的求解方法(1)“平均速度法”求速度 即12n n n s s v T++=,如图所示.(2)由纸带求物体运动的加速度①逐差法:即根据24152633s s s s s s aT -=-=-=(T 为相邻两计数点间的时间间隔), 求出526341123222333s s s s s s a a a T T T---=、=、=,再算出a 1、a 2、a 3的平均值即为物体运动的加速度. ②图象法:即先根据12n n n s s v T++=求出打第n 点时纸带的瞬时速度,后作出v -t 图象,图象的斜率即为物体运动的加速度.【典型例题】类型一、关于自由落体运动的特点和规律的考查 例1、(2014重庆卷)以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时,一个物体所受空气阻力可忽略,另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比。
高中物理动量十个模型笔记
1、连接体模型:指运动中几个物体叠放在一起、或并排在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。
解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。
2、斜面模型:用于搞清物体对斜面压力为零的临界条件。
斜面固定,物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定物体沿斜面匀速下滑或静止。
3、轻绳、杆模型:绳只能受拉力,杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。
杆对球的作用力由运动情况决定。
4、超重失重模型:系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量ay);向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a);向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)。
5、碰撞模型:动量守恒;碰后的动能不可能比碰前大;对追及碰撞,碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度。
6、人船模型:一个原来处于静止状态的系统,在系统内发生相对运动的过程中,在此方向遵从动量守恒。
7、弹簧振子模型:F=-Kx(X、F、a、V、A、T、f、E、E:等量的变化规律)水平型和竖直型。
8、单摆模型:T=2T(类单摆),利用单摆测重力加速度。
9、波动模型:传播的是振动形式和能量.介质中各质点只在平衡位置附近振动并不随波迁移。
10、"质心"模型:质心(多种体育运动),集中典型运动规律,力能角度。
高中物理运动模型的应用高要市第一中学 钱良峰内容摘要:中学物理教材中无论哪一部分的内容都是以物理模型为基础向学生传达物理知识的。
物理模型是中学物理知识的载体,通过对其进行分析与讲解,是学生获得物理知识的一种基本方法,更是培养学生创造思维能力的重要途径。
本文拟从习题教学中浅谈提高运动模型的建模能力。
关键词:运动模型、匀速圆周运动学好物理,关键是学习物理思想和物理方法。
常有高中学生说,物理听课易懂,做题难。
难就难在对物理模型的应用上,也就是学生在解题过程中往往存在一些问题,读不懂题或做题过程思维混乱。
这在很大程度上是由于学生不良解题习惯、建模能力差造成的。
据对学生的调查,发现大多数学生的解题模式是:一般来说,较为有效的解决物理问题的思维流程应该是通过审题先确定研究对象,对其进行抽象建立物理模型,再应用模型知识求解。
此过程大致可以归纳为:如果在解题过程中快速准确地建立起与题目相符合的物理模型是至关重要的。
这个解题流程学生容易模仿,如果说正确识别或建立物理模型是正确解题的前提,那么在解决具有物理过程的物理习题时,学生头脑中对物理过程的一个清晰的图景则是解决此类物理问题的关键和保证。
下面以力学中运动模型的应用为例。
一、 基本模型1.两种直线运动模型匀速直线运动:00,v v t v x ==匀变速直线运动:atv v at t v x +=+=02210,(特例:自由落体运动:gt v gt h ==,221)2.两种曲线运动模型平抛运动: 水平方向为匀速直线运动竖直方向为自由落体运动匀速圆周运动:r Tm r mw r mv ma F F n 2222n 4π=====合(天体运动:由万有引力提供向心力) 二、 模型应用运动模型的应用,要求我们对模型所遵循的规律十分熟悉,从而才能对具体的物理问题加以纯化、抽象,灵活地运用规律进行推理和计算。
1. 单个模型(1) 匀变速直线运动模型例1(99年全国卷,14)一跳水运动员从离水面10m 高的平台上向上跃起,举双臂直体离开台面,此时其重心位于从手到脚全长的中点,跃起后重心升高0.45m 达到最高点,落水时身体竖直,手先入水(在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计)从离开跳台到手触水面,他可用于完成空中动作的时间是______s 。
(计算时,可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点,g 取10m/s 2,结果保留二位数)解析:运动员的跳水过程是一个很复杂的过程,主要是竖直方向的上下运动,但也有水平方向的运动,更有运动员做的各种动作。
构建运动模型,应抓主要因素。
现在要讨论的是运动员在空中的运动时间,这个时间从根本上讲与运动员所作的各种动作以及水平运动无关,应由竖直运动决定,因此忽略运动员的动作,把运动员当成一个质点,同时忽略他的水平运动。
当然,这两点题目都作了说明,所以一定程度上“建模”的要求已经有所降低,但我们应该理解这样处理的原因。
这样,我们把问题提炼成了质点作竖直上抛运动的物理模型。
在定性地把握住物理模型之后,应把这个模型细化,使之更清晰。
可画出如图1所示的示意图。
由图可知,运动员作竖直上抛运动,上升高度h ,即题中的0.45m ;从最高点下降到手触到水面,下降的高度为H ,由图中H 、h 、10m 三者的关系可知H =10.45m 。
为:3.01045.0221=⨯==g h t s 由于初速未知,所以应分段处理该运动。
运动员跃起上升的时间4.11045.10222=⨯==g H t s 从最高点下落至手触水面,所需的时间为:所以运动员在空中用于完成动作的时间约为:21t t t +==1.7s点评:构建物理模型时,要重视理想化方法的应用,要养成画示意图的习惯。
像这个问题中,运动员的运动被理想化为竖直上抛运动,可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点。
建立了质点模型后,就容易画出相应的起跳和入水的草图,分析出过程。
(2) 平抛运动模型例2(08广东卷,11)某同学对着墙壁练习打网球,假定球在墙面上以25m/s 的速度沿水平方向反弹,落地点到墙面的距离在10m 至15m 之间,忽略空气阻力,取g =10m/s 2,球在墙面上反弹点的高度范围是 A.0.8m 至1.8m B.0.8m 至1.6m C.1.0m 至1.6m D.1.0m 至1.8m 解析:网球反弹后的速度大小几乎不变,故反弹后在空中运动的时间在0.4s ~0.6s 之间,在这个时间范围内,网球下落的高度为0.8m 至1.8m ,由于竖直方向与地面作用后其速度大小也几乎不变,故还要上升同样的高度,故选项A 正确。
点评:网球与墙壁发生碰撞,入射速度与反射速度具有对称性,反弹后网球的运动轨迹与无墙壁阻挡是网球继续前进的轨迹相对称,所以网球的运动可以转换为我们所熟悉的平抛运动模型处理了。
2. 复合模型(1)直线运动的复合模型。
匀速直线运动的复合模型,多与相对运动有关,如通讯兵由队尾到队头又返回的过程、超市乘电梯等问题;匀速与匀变速直线运动、匀变速与匀变速直线运动的复合模型,如汽车追击和相遇问题。
例3(04广西卷)一路灯距地面的高度为h ,身高为l 的人以速度v 匀速行走,如图所示。
(1)试证明人的头顶的影子作匀速运动; (2)求人影的长度随时间的变化率。
解析:(1)设t=0时刻,人位于路灯的正下方O 处,在时刻t ,人走到S 处,根据题意有OS=vt ①过路灯P 和人头顶的直线与地面的交点M 为t 时刻人头顶影子的位置,如图所示.OM 为人头顶影子到O 点的距离.由几何关系,有OS OM l OMh -=② 解①②式得tl h hv OM -=③因OM 与时间t 成正比,故人头顶的影子作匀速运动.(2)由图可知,在时刻t ,人影的长度为SM ,由几何关系,有SM=OM -OS ④由①③④式得tl h lv SM -=⑤可见影长SM 与时间t 成正比,所以影长随时间的变化率l h lv k -=点评:本题由生活中的影子设景,以光的直线传播与人匀速运动整合立意。
根据光的直线传播规律,建立三角形的模型。
运用数学上的平面几何知识解决物理问题,培养学生应用数学知识解决物理问题的能力。
(2)曲线运动的复合模型:有平抛运动复合模型、平抛运动与匀速圆周运动复合模型、匀速圆周运动与匀速圆周运动复合模型。
例4(08全国卷,25)我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形轨道绕月飞行。
为了获得月球表面全貌的信息,让卫星轨道平面缓慢变化。
卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。
设地球和月球的质量分别为M 和m ,地球和月球的半径分别为R 和R 1,月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r 和r 1,月球绕地球转动的周期为T 。
假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面,求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间(用M 、m 、R 、R 1、r 、r 1和T 表示,忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响)。
解析:如下图所示:设O 和O '分别表示地球和月球的中心.在卫星轨道平面上,A 是地月连心线O O '与地月球表面的公切线ACD 的交点,D 、C 和B 分别是该公切线与地球表面、月球表面和卫星轨道的交点.过A 点在另一侧作地月球面的公切线,交卫星轨道于E 点.卫星在圆弧BE 上运动时发出的信号被遮挡.设探月卫星的质量为m 0,万有引力常量为G ,根据万有引力定律有:rT m r Mm G 222⎪⎭⎫⎝⎛=π ①12102102r T m r m mG ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=π ② ②式中,T 1表示探月卫星绕月球转动的周期.由以上两式可得:3121⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛r r mM T T ③设卫星的微波信号被遮挡的时间为t ,则由于卫星绕月球做匀速圆周运动, 应有:πβα-=1T t ④ 上式中A O C '∠=α,B O C '∠=β.由几何关系得:1cos R R r -=α ⑤11cos R r =β ⑥由③④⑤⑥得:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=111331arccos arccos r R r R R mr Mr Tt π⑦点评:把抽象的物理具体化,将物理知识与数学知识有机结合,培养数学物理方法,提高综合分析问题与解决问题的能力。
(3)直线运动与曲线运动复合模型:匀速(或匀变速)直线运动与平抛运动复合、匀速(或匀变速)直线运动与圆周运动复合等。
例5 如图所示为车站使用的水平传送带装置的示意图.绷紧的传送带始终保持3.0m/s 的恒定速率运行,传送带的水平部分AB 距水平地面的高度为A=0.45m.现有一行李包(可视为质点)由A 端被传送到B 端,且传送到月端时没有被及时取下,行李包从B 端水平抛出,不计空气阻力,g 取l0m/s 2.(1)若行李包从B 端水平抛出的初速v =3.0m/s ,求它在空中运动的时间和飞出的水平距离; (2)若行李包以v 0=1.0m/s 的初速从A 端向右滑行,包与传送带间的动摩擦因数μ=0.20,要使它从B 端飞出的水平距离等于(1)中所求的水平距离,求传送带的长度L 应满足的条件.解析:(1)设行李包在空中运动时间为t ,飞出的水平距离为s ,则12h gt =①s =vt ②代入数据得:t =0.3s ③ s =0.9m ④(2)设行李包的质量为m ,与传送带相对运动时的加速度为a ,则 滑动摩擦力F mg ma μ== ⑤代入数据得:a =2.0m/s 2⑥要使行李包从B 端飞出的水平距离等于(1)中所求水平距离,行李包从B 端飞出的水平抛出的初速度v=3.0m/s设行李被加速到时通过的距离为s 0,则 22002as v v =- ⑦代入数据得s 0=2.0m ⑧故传送带的长度L 应满足的条件为:L ≥2.0m点评:由该问题可知:选择合适的参考系,建立质点模型,匀速运动、匀变速运动、平抛运动模型是解决问题的关键。
由此可知,解决物理问题,建立正确易懂的物理模型是破题的关键,建立物理模型要遵循物理研究问题和解决问题的思想及方法,即是把抽象问题具体化,化抽象思维为形象思维;把具体问题理想化,深入浅出,化复杂为简单,当然吧建模过程中要遵循原物理情景及规律,尊重客观事实。
学生如能贯彻这样的学习思想,定能形成良好的解题习惯,提高分析和解决问题的能力,从而提高物理水平。
针对练习:1 .(04广东)一杂技演员,用一只手抛球.他每隔0.40s抛出一球,接到球便立即把球抛出,已知除抛、接球的时刻外,空中总有四个球,将球的运动看作是竖直方向的运动,球到达的最大高度是(高度从抛球点算起,取g=10m/s2)()A.1.6m B.2.4m C.3.2m D.4.0m2.在水平地面上建有相互平行的A、B两竖直墙,墙高h=20m,相距d=1m,墙面光滑。