在讲机械能守恒时,我发现不少同学对之前学过的力学知识已经淡忘了。比如下面这道题:如图为掷出去的实心球从a处出手后,在空中的运动轨迹,球最终停在水平地面e处,选项中有一项是“在最高点b点处小球是否有动能”,有的同学会认为小球到达了最高点,速度为0,因此动能也为0。
实心球抛出后,在最高点b的速度真的为0吗?显然不是!如果我们对速度进行分解,分解成竖直向上的速度分量、水平向右的速度分量,就可以看出在最高点b时:
类似的抛物线运动轨迹问题,我们在讲牛顿第一运动定律的时候反复讲过,这样的例子可不少。比如下面这道题目:
如图是炮弹的运行轨迹,当其运动到最高点时,若外力突然消失,炮弹将( )
A.处于静止状态
B.向左做匀速直线运动
C.竖直向下做匀速直线运动
D.按原来的轨迹运动
牛顿第一运动定律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。根据牛顿第一定律,当物体不受外力时,该物体将保持外力消失一瞬间时的状态。炮弹在最高点时速度为0吗?如果为0则外力消失后炮弹会处于静止状态。由之前的分析可知,炮弹还有一个向左的速度,当它受到的一切外力全部消失时,它将保持原来的速度(向左)做匀速直线运动,因此选B。
在课堂上,有部分同学分不清楚“抛物线的运动轨迹”与“竖直向上抛球的轨迹”之间的区别。如图所示,如果竖直向上抛球,球的运动轨迹是直上直下(只有竖直方向上的速度,没有水平方向上的速度),当球运动到最高点时,其瞬时速度为0,显然此时球的动能也为0。如果忽略空气阻力,则球损失的动能全部转化为增加的重力势能,即机械能守恒。
错误判断“平衡状态”这是一个过山车模型,把重力为G的铁球放在A点,然后让它沿光滑轨道滚下,轨道的右侧有一弹簧,铁球先后经过B、C、D点,到达E点(D、E水平);当小球到达E点时,弹簧最短,小球的速度变为零,小球________(选填“处于”“不处于”)平衡状态。
这个问题也有同学错误地认为小球处于平衡状态,他的理由是“此时小球的速度为零,可以看做是静止,根据牛顿第一定律可知小球处于平衡状态。”这个理解似是而非,我们来回顾一下平衡状态的定义:物体受到几个力作用时,如果保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这几个力平衡,物体处于平衡状态。
当弹簧最短时,小球的速度为零,但这只是小球的瞬时速度,我们不能因此就说小球是静止的。从另外一个层面来说,只有“保持”静止或匀速直线运动状态,我们才能说物体处于平衡状态。即使认为小球在E点就是处于“静止”,但小球在E点显然无法保持住这个所谓的“静止”,因此也就不处于平衡状态。
对于平衡状态的判定,是初中生的基本功。最合理的判定方式不是看速度是否为0,而是对物体进行受力分析。如果物体在各个方向上都受到了平衡力,就处于平衡状态,否则就受力不平衡,自然也不会处于平衡状态。以前面的题目为例,小球处于E点时在竖直方向上受到了平衡力(竖直向下的重力、竖直向上的支持力);由于轨道是光滑的,因此小球在水平方向只受到了弹簧施加的弹力,受力不平衡,自然也就不处于平衡状态。
把速度为零认为是静止,同时得出结论物体处于平衡状态,这是同学们经常会犯的错误,这样的例子还有很多:
这些瞬间,物体的瞬时速度都为零,但我们分析一个物体是否处于平衡状态,并不是简单地只看瞬时速度是否为零,而是要从平衡状态的定义、或受力分析的角度判断:
A. 看物体是否能“保持”静止或匀速直线运动状态,如果速度是连续变化的,显然不符合“保持”这一个条件。
B. 物体是否受力平衡,如果受力不平衡,运动状态必然会发生改变,也就不可能处于平衡状态。
Copyright © 2024 妖气游戏网 www.17u1u.com All Rights Reserved