高三下册物理 力和运动(二) 逐字稿-4,067字
师:好,同学们好,今天我们一起来上一节高三物理的二轮复习课,力和运动第二课时。首先,请同学们看题目。这是一个比较简单的问题,是关于电容车的恒功率启动。根据基本规律,功率等于牵引力乘以速度,再结合牛顿运动定律,我们可以分析它启动时的运动情况。随着速度增大,牵引力减小,加速度也减小,也就是说电容车做的是加速度减小的变加速运动,直到加速度等于0时,速度不再增长,即速度达到最大。求最大速度,实际上就是求加速度为0时的速度,通过功率公式很容易得出。
这个题目本身不难,我们想说的是这种加速度变化的加速运动,在高中物理中不仅出现在这里,在其他地方也有。比如同学们非常熟悉的一个例子,电磁感应中导体棒在倾斜轨道上加速。导体棒受重力、安培力、轨道支持力三个力作用,其中安培力随着速度增大而增大。随着导体棒速度增大,合外力减小,加速度减小。最终,导体棒的运动情况和刚才电容车的运动情况,它们的v - t图是一样的,都是加速度减小的变加速运动。同样,求最大速度就是求加速度等于0时的速度。尽管这两个例子,一个是纯力学题,一个是电磁学题,但它们运动情况类似,因为有个共同点:所受力和速度有关,速度变化会反过来影响物体所受外力,进而影响加速度,使物体做变加速运动。把握这些过程,分析其中特征,就很容易解决这类问题。
下面看这个,这是一个两个物体叠合的问题,但和纯力学的叠合体不同,滑块带电,空间存在磁场。先不管这些,分析一开始的情况:没有速度时,一个拉力拉着叠合体。我们要先判断滑块和木板之间一开始有没有相对滑动。根据上节课的方法,先看最大静摩擦力能否满足系统的加速度,根据题目条件很容易计算出一开始它们是相对静止的。也就是说,在拉力作用下,滑块和木板一起向左加速。随着速度增大,会发生什么变化呢?滑块带正电向左运动,所受洛伦兹力向上。有了速度后,多了这个力,竖直方向平衡,压力就会减小。
那么它们之间的摩擦力变吗?一开始静摩擦力不变,但最大静摩擦力在减小。随着加速过程,最大静摩擦力减小到一定程度,它们就不能保持相对静止,后面就会分开。同样,这是木板的受力分析,相对静止时,f不变,但随着最大静摩擦力减小,速度到一定程度,f会变成滑动摩擦力,并且n减小,f也会减小,木板的运动就会发生变化。我们具体看这道题的分析过程:一开始它们相对静止,对整体、对滑块可求得一开始共同的加速度,此时滑块和木板之间是静摩擦,一起做匀加速运动。但随着速度增大,最大静摩擦力减小,到两者相对滑动后,进入第二阶段。对滑块进行研究,相对滑动后,滑动摩擦力μn = ma,随着速度增大,a?减小,所以物块做加速度减小的加速运动,减小到什么时候呢?速度越大压力越小,小到n = 0时,滑块和木板之间虽接触但不再挤压,实质上就是两个物体分开了。此后滑块不再受到向前的摩擦力作用,做匀速运动,最大速度不变。这个最大速度其实就是加速度为0时的速度,根据平衡条件和洛伦兹力公式,可算出它的最大速度。所以我们得到结论,对滑块来说,它先做加速度为2m/s2的匀加速直线运动,到两者有相对滑动时,滑块做加速度减小的加速运动,到两者脱离后,滑块做10m/s的匀速运动。
题目还问木板如何运动?前面情况一样,到相对滑动后,对木板进行分析。相对滑动后,摩擦力变成滑动摩擦力,随着速度增大,压力减小,f'也在减小,所以木板做加速度增大的加速运动,直到压力为0。此时f'变为0,就有f = ma,最后木板做匀加速直线运动。
结论,这又是一个某些外力随速度变化而变化,最终引起物体运动情况改变的例子。我们还是需要对它做仔细的受力分析和过程分析,并且抓住其中临界状态,比如最大静摩擦力的时候就是临界状态,两个运动阶段交接的部分也是临界状态。接着看。
在这个问题中,由于两个物体之间有一根弹簧,即两个物体之间位置的变化会引起弹簧弹力的变化。在这种情况下,我们来具体分析A、B两个物体的运动情况。A获得v?的初速度向前运动,弹簧会伸长。随着弹簧伸长,A受到向后的弹力作用,且弹簧越长,A的加速度越大,速度减小。不仅如此,弹簧伸长对B就有向前的拉力,B会随着弹簧伸长做加速度增大的加速运动。一开始A的速度大,B没有速度,但A在做加速度增大的减速运动,而B在做加速度增大的加速运动。A的速度比B的速度大,但B的速度在增加,那么这种变化到什么时候为止呢?或者说弹簧到什么时候拉到最长呢?弹簧最长的时候有什么特点?我们这样来看,如果此时A的速度比B的速度大,那么它们之间的距离会进一步拉长,说明弹簧还不是最长,接下来弹簧会比现在长;如果B的速度比A的速度大,那么B正在追上A,此时弹簧也不是最长,刚才弹簧比现在长。通过分析可知,A和B速度相等时弹簧最长。这时A的加速度达到最大,B的加速度也达到最大,但它们的速度恰好相等。
再接下来,因为弹簧处于伸长状态,尽管A和B在这一时刻速度相等,但对B来说拉力还存在,对A来说拉力也还存在,所以接下来A会继续减速,B继续加速,也就是说接下来弹簧会变短。接下来,A做加速度减小的减速运动,B做加速度减小的加速运动。为什么说加速度减小呢?因为弹簧变短了,力变小了,加速度就变小了。为什么A是减速运动呢?因为A受向后的拉力;为什么B是加速运动呢?因为B受向前的拉力。