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物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是的直線還是曲的曲線,判斷依據(jù)是取決于其物體所受的合力的方向與速度的方向是否共線,而當(dāng);物體運(yùn)動(dòng)速度變化時(shí),是勻變速還是非勻變速的判斷依據(jù)是取決于其加速度a是否恒定,即物體所受合力是否恒定。
解析:本題選D是一個(gè)比較普遍的錯(cuò)誤,錯(cuò)選C的也不在少數(shù), 產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因究其原因都是因?yàn)槭菦]有弄清對(duì)變化的力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系沒搞清楚.
通常解決這類問題的對(duì)策可采用矢量作圖法, 畫出物體所受的合力F、加速度a以及速度v的矢量圖,如圖2所示.,當(dāng)其中一個(gè)力突然增大后, 物體所受合力的大小、方向都發(fā)生了變化(如圖2中F’),加速度方向不再與速度方向相同,物體接著開始做曲線運(yùn)動(dòng)。.由于物體在做曲線運(yùn)動(dòng)階段時(shí)所受合外力的大小和方向都是不發(fā)生變化的,因此加速度是不變的恒定,故物體做勻變速曲線運(yùn)動(dòng),A正確。.與此同時(shí),也可以判定其大致的運(yùn)動(dòng)大致軌跡(軌跡向沿F’方向彎曲).
二、根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解方法處理復(fù)雜運(yùn)動(dòng)問題(渡河問題、繩聯(lián)連體問題 )
運(yùn)動(dòng)的合成和分解是研究復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基本“工具”之一,在分解時(shí)要注意,物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向就是合運(yùn)動(dòng)的方向,并根據(jù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際效果將各物理量(位移、速度、加速度)按平行四邊形定則平行四邊形法則分別進(jìn)行分解。
錯(cuò)解一的錯(cuò)因在于,可能是想當(dāng)然,沒有認(rèn)識(shí)到該運(yùn)動(dòng)過程的復(fù)雜性,將問題毫無依據(jù)地簡(jiǎn)單化;而錯(cuò)解二,產(chǎn)生的錯(cuò)誤的原因是沒有弄清繩的運(yùn)動(dòng)情況,習(xí)慣性地受進(jìn)行正交分解的影響,進(jìn)行水平和豎直方向上的合成.;究其深層的原因是就是不清楚沒有弄清楚物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)就是合運(yùn)動(dòng)這一基本概念,也不知道如何進(jìn)行正確的運(yùn)動(dòng)分解.
這類問題的難點(diǎn)在于如何正確地確定研究對(duì)象與其的合運(yùn)動(dòng)的確定.,解決的對(duì)策:一、關(guān)鍵首先要要找出研究對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向(小車向右勻速運(yùn)行)(小車向右的勻速運(yùn)動(dòng)),;二、然后明確研究對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)效果,利用“工具”對(duì)實(shí)際運(yùn)動(dòng)效果進(jìn)行分解.在本題中,(與小車相連的繩端實(shí)際隨同小車向右勻速運(yùn)動(dòng)參與,于是可以分解成兩個(gè)方向上的分運(yùn)動(dòng):一是沿繩方向的拉伸速度v1,即重物上升的速度;二是垂直于繩子,,在繞滑輪的切線方向運(yùn)動(dòng)的以v2的速度v2,繞滑輪點(diǎn)轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng));三、利用“工具”進(jìn)行處理,如圖5所示,其中,v1=v0cosθ.,當(dāng)汽車勻速向右前進(jìn)時(shí),由于θ角減小,v1將增大,因此重物加速上升,故繩子對(duì)m的拉力大于物體所受的重力.
三、平拋物體的運(yùn)動(dòng)問題的處理及規(guī)律應(yīng)用
分析平拋運(yùn)動(dòng)的問題,一般通常有兩種思路方法,即解析法和分析法.:
1.解析法的基本思路:將平拋運(yùn)動(dòng)分解成兩個(gè)分運(yùn)動(dòng),對(duì)于兩分運(yùn)動(dòng)然后根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律分別列寫運(yùn)動(dòng)方程,最后通過尋找兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的時(shí)間或位移之間的聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行求解。.
解析:本題考查的能力高,沒有較強(qiáng)的析圖能力和靈活應(yīng)用勻變速直線規(guī)律的能力,本題難以解決。屬于照片考題,是近些年最新高考中出現(xiàn)的新題型,要求考生具有較強(qiáng)的析圖能力和靈活應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的能力要引起足夠重視。.該題不是直接考查平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí),而是要求同學(xué)們首先對(duì)題干所給的平拋運(yùn)動(dòng)照片通過進(jìn)行仔細(xì)的觀察、和分析給定的平拋運(yùn)動(dòng)照片上一些點(diǎn)的情況,從中然后再尋找對(duì)應(yīng)解題的方法(解析法)。.首先很顯然,要知道照片中的a點(diǎn)不一定就是平拋的初始位置,還要能另外,由于從圖中a、b、c、d兩兩相鄰,同時(shí)在水平方向上所夾的格數(shù)相等,得出因此不難得出從ab、bc、cd所用的時(shí)間都相同,從而知道在所以在豎直方向上的運(yùn)功動(dòng)過程可以用 來列式求解。.求解過程如下:
故拋出點(diǎn)在b點(diǎn)的左上方,距b點(diǎn)水平距離為7.5 cm,豎直距離為2.8125cm的位置。.
2.幾何分析法的基本思路:在某一時(shí)刻(位置)或某段時(shí)間上構(gòu)建速度三角形或位移三角形,運(yùn)用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,借助三角形邊角關(guān)系求解。.
解析:正確求解此題,首先要對(duì)擊中斜面時(shí)的速度和位移進(jìn)行矢量分解,如圖8所示。.然后可,
由位移矢量圖得:
故α與小球的初
速度大小無關(guān),僅與傾角θ有關(guān)。.
四、圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題
求解圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題的思路是:
①明確問題中的主變量.,所謂主變量就是問題中起核心作用的變量,由于這個(gè)量的變化,才引起了其它量的變化.
②以主變量的變化(不斷變大或變小)為線索,分析其它量的變化情況,找出量變到質(zhì)變的關(guān)鍵點(diǎn)以及關(guān)鍵點(diǎn)的特征,這些關(guān)鍵點(diǎn)就是所謂的臨界點(diǎn)。.
③根據(jù)有關(guān)的物理規(guī)律定律,結(jié)合臨界點(diǎn)的特征,列寫臨界方程,從而求出臨界狀態(tài)的參數(shù)。.
例5 .如圖9所示,在光滑的傾角為30°的斜面上,有一長(zhǎng)L=0.4m的細(xì)繩,一端固定在O點(diǎn),另一端拴一質(zhì)量為m=0.2kg的小球,使物體在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)。.求:
(1) 小球通過最高點(diǎn)A時(shí)的時(shí)的最小速度;
(2) 如果細(xì)繩受到9.8N的拉力就會(huì)被拉斷,小球通過最低點(diǎn)
B時(shí)的最大速度.
解析:此題是豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問題的模型遷移.,小球在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng),受重力、斜面彈力支持力、和細(xì)繩的拉力等多種力的共同作用,其中,重力沿斜面方向的分力和細(xì)繩的拉力的合力提供向心力.
(1) 做圓運(yùn)動(dòng)時(shí),,速度(主變量)越大,所需向心力(其它量)越大,繩子越易被拉斷,故設(shè)過A點(diǎn)(關(guān)鍵點(diǎn))時(shí)的最小速
度是v1,則此時(shí)小球的重力沿斜面方向的分力提供向心力,而繩的拉力剛好為零(臨界點(diǎn)的特征).故可得:則:
(2) 設(shè)小球通過最低點(diǎn)(關(guān)鍵點(diǎn))時(shí)最大速度為v2,此時(shí)繩子的拉力恰好為最大(臨界點(diǎn)的特征),則:
解析:本題轉(zhuǎn)臺(tái)的角速度ω是主變量,角速度ω取不同的值,會(huì)使物體與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的摩擦和連接兩物體的細(xì)繩處于不同的狀態(tài)。.因此不妨以ω從零開始不斷變大為線索,分析出兩個(gè)臨界狀態(tài)。.
當(dāng)轉(zhuǎn)盤的角速度ω較小時(shí),B物體相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的滑動(dòng)趨勢(shì)較小,轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)它的摩擦力能提供向心力,這時(shí)細(xì)繩拉力為零。.隨著角速度ω的增大, B受到的摩擦力增大,B增大到最大靜摩擦力fm=kmg時(shí),伸繩子剛要產(chǎn)生張力。.所以,當(dāng)細(xì)繩中的張力為0,且轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)B的摩擦力剛好達(dá)到最大靜摩擦力fm為時(shí)為系統(tǒng)第一個(gè)臨界狀態(tài)的特征。.
隨著轉(zhuǎn)臺(tái)角速度的繼續(xù)增加,轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)B的摩擦力不足以提供它所需要的向心力,此時(shí)細(xì)繩被拉緊,細(xì)繩中出現(xiàn)了張力,這時(shí)A、B的受力如圖11所示。.隨著ω的增加,T增大,從而A受到的摩擦力fA增大。.當(dāng)角速度增加到某一個(gè)值ω0,時(shí),fA增大到最大靜摩擦力fm,如果轉(zhuǎn)臺(tái)角速度仍繼續(xù)增大,A、B就將出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的滑動(dòng)。.所以,當(dāng), A、B都受到的摩擦力都為最大靜摩擦力fm,時(shí),細(xì)繩中有張力為該系統(tǒng)的第二個(gè)臨界狀態(tài)的特征。.
筆者在仔細(xì)研讀了教科書和《教師教學(xué)用書》中的“編者的話”、“致教師們”等內(nèi)容后,深切體會(huì)到教材編寫者為落實(shí)三維目標(biāo)的努力和良苦用心。但是,筆者在教材的實(shí)際使用過程中,總感覺到個(gè)別章節(jié)中有很多與編者的初衷不一致的地方,現(xiàn)將必修Ⅰ第六章《曲線運(yùn)動(dòng)》中幾點(diǎn)不明白的地方列舉出來,請(qǐng)專家給予指教。
1 難度大
比較以往多種版本的物理教材,新教材中的《曲線運(yùn)動(dòng)》一章應(yīng)是最難的,現(xiàn)舉兩例。
其一,九五年版的高中物理必修本中,曲線運(yùn)動(dòng)只是一節(jié)課的內(nèi)容,而新教材中不但出現(xiàn)了斜拋運(yùn)動(dòng)及斜拋物體軌跡關(guān)系式的推導(dǎo),還要涉及關(guān)系式中各物理量之間的關(guān)系及得出的結(jié)論。這是二十多年前物理甲種本中的內(nèi)容。
其二,關(guān)于向心加速度概念的教學(xué),新教材也是最難的,不但要用極限思想得出當(dāng)Δt很小很小時(shí),A、B兩點(diǎn)非常接近,Δv也就與vA(或vB)垂直,指向圓心的結(jié)論,而且還要再一次運(yùn)用極限概念嘗試推導(dǎo)出向心加速度的公式。編者的良好愿望是為了培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維,引導(dǎo)學(xué)生通過小步走千里,體會(huì)成就感的過程。但很多教師在施教過程中體會(huì)到,分析向心加速度的方向,僅從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度而不是從牛頓第二定律出發(fā)去,對(duì)高一學(xué)生來講是一個(gè)很難的問題,能體會(huì)到成就感的只有少數(shù)學(xué)生。
2 疑問多
第六章內(nèi)容中,學(xué)生容易產(chǎn)生疑問或歧義的地方很多,如果想要在課堂上解釋清楚那又要花去較長(zhǎng)時(shí)間。
例如,關(guān)于自行車運(yùn)動(dòng)問題,物理教科書中已多年未出現(xiàn)了。但本章在《思考與討論》和《問題與練習(xí)》欄目中出現(xiàn)了三次。事實(shí)上,自行車行駛時(shí)車輪、齒輪上的運(yùn)動(dòng)情況很復(fù)雜,只有在相對(duì)于自行車架時(shí)才可認(rèn)為是各點(diǎn)在做圓周運(yùn)動(dòng)。編者也許發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題,在2006年5月第二次印刷時(shí)加上了“若以自行車架為參考系”這句話。
筆者在授課時(shí),很多學(xué)生提問,若以地面為參考系則又如何,故筆者在課堂上補(bǔ)充了自行車輪在滾動(dòng)過程中輪緣各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況分析,并且還加上了如圖1所示的一個(gè)分析圖。并解釋,車輪最高點(diǎn)D點(diǎn)的瞬時(shí)速度vD是車軸O點(diǎn)的瞬時(shí)速度v0的二倍,車輪此瞬間是以O(shè)′點(diǎn)為圓心的轉(zhuǎn)動(dòng)物體,各點(diǎn)的角速度相等,故要研究分析自行車后輪及齒輪的圓周運(yùn)動(dòng)問題,必須強(qiáng)調(diào)是以車架為參考系,或者強(qiáng)調(diào)把后支架立起,讓車輪空轉(zhuǎn)才行。
再例如,新教材中雖然只是滲透著微分、極限、無窮小量等高等數(shù)學(xué)知識(shí)的初步思想,但是還是應(yīng)該符合高一學(xué)生的實(shí)際理解能力和接受水平。在本章中頻繁使用微積分思想,可是卻出現(xiàn)了前后不統(tǒng)一的問題。如,在51頁第六節(jié)《做一做》欄目中“探究向心加速度大小的表達(dá)式”中,說“當(dāng)θ很小很小時(shí),弧長(zhǎng)與弦長(zhǎng)沒什么區(qū)別”,意思是在θ很小時(shí),圓弧可以看作直線;但在54頁,又說一般的曲線分為很小段,每段都可以看做一小段圓弧,各段圓弧的半徑不一樣,等等……同樣是分成很小很小的一小段,怎么就一個(gè)地方可看成線段,另一個(gè)地方看成圓弧,學(xué)生很不理解。
3 《問題與練習(xí)》設(shè)計(jì)粗糙
筆者認(rèn)為,每一節(jié)物理課的課后所附《問題與練習(xí)》中的習(xí)題,應(yīng)是精選的,應(yīng)該與本課內(nèi)容緊密結(jié)合,且難易適中,以達(dá)到鞏固本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容,使學(xué)生對(duì)本節(jié)課所涉及到的知識(shí)點(diǎn)和物理思維方式、分析方法的認(rèn)識(shí)能再提高一步的目的。但是本章中有的課后練習(xí),未經(jīng)仔細(xì)推敲,難易程度反差太大。而且對(duì)應(yīng)的《教師教學(xué)用書》上的練習(xí)解答也不到位,分析不透徹。
例如,課本55頁中的第4題,內(nèi)容是:“細(xì)繩的一端固定于O點(diǎn),另一端系一小球,在O點(diǎn)的正下方釘一個(gè)釘子A,小球從一定高度擺下。經(jīng)驗(yàn)告訴我們,當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時(shí),如果釘子的位置越靠近小球,繩子越容易斷。請(qǐng)你對(duì)這一經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論證”。很明顯,這是一道豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問題,即使是第八節(jié)內(nèi)容學(xué)過,且經(jīng)過全章復(fù)習(xí),有些學(xué)生也不一定能理解。把此題放在此處筆者認(rèn)為不妥。
再例如,課本55頁的第3題,講的是隨水平圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的物體的靜摩擦力方向問題。這是學(xué)習(xí)高中物理一定會(huì)碰到的一個(gè)難點(diǎn),教師講評(píng)時(shí)如果分析不透徹,可能有些今后不再學(xué)習(xí)物理的學(xué)生終生無法理解?!督處熃虒W(xué)用書》第47頁是這樣解答的:“甲的意見是正確的,靜摩擦力的方向是與物體相對(duì)接觸面運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)方向相反。設(shè)想一下,如果在運(yùn)動(dòng)過程中,轉(zhuǎn)盤突然變得光滑了,物體將沿軌跡切線方向滑動(dòng)。這就如同在光滑的水平面上,一根細(xì)繩一端固定在豎直立柱上,一端系一小球,讓小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),突然剪斷細(xì)繩一樣,小球?qū)⒀剀壽E切線方向飛出,這說明物體在隨轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,相對(duì)圓盤有沿半徑向外的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”。不用說學(xué)生,就是教師也不認(rèn)同這樣的解釋,因?yàn)樗緵]有解釋清楚。筆者認(rèn)為,既然新教材經(jīng)常用微分思想解答問題,本題不妨用下述解答:
4 數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用欠周全
新教材中充分應(yīng)用了數(shù)學(xué)知識(shí)的工具性,這是符合物理教學(xué)應(yīng)提高學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題能力這一原則的。
在第六章中,教材一方面對(duì)學(xué)生在初中和高一上學(xué)期已學(xué)過的和已經(jīng)掌握得較好的二次函數(shù)問題用了相當(dāng)?shù)钠M(jìn)行介紹(如第4節(jié));另一方面,卻對(duì)學(xué)生認(rèn)為較抽象的微元法(微分思想)、極限概念、曲率半徑問題(如教材54頁圖4),這些知識(shí)猶抱琵琶半遮面地進(jìn)行大量應(yīng)用。用難以理解的工具,去學(xué)習(xí)抽象的物理知識(shí),給學(xué)生的學(xué)習(xí)客觀上設(shè)置了極大的障礙。
對(duì)這一問題,猶如槍是好槍,打目標(biāo)也很準(zhǔn),但太重了,大多數(shù)學(xué)生扛不動(dòng)。退一步講,如果這部分知識(shí)非要在高中階段處理不可,也可以放在后面的選修模塊中。
5 物理量表示符號(hào)的應(yīng)用隨意性大
這一點(diǎn)是新教材中存在的比較明顯的問題,本章也有此毛病(在此不再列舉)。這給教師的規(guī)范化教學(xué)帶來麻煩,因?yàn)槲锢韺W(xué)中的很多物理量是用專用的英文或希臘字母表示的。
參考文獻(xiàn):
[1]《物理2》(必修)人民教育出版社 2004年5月第1版
[2]《物理2教師教學(xué)用書》(必修)人民教育出版社 2004年6月第1版
在必修2課本中有關(guān)曲線運(yùn)動(dòng)的教學(xué)過程中,對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)的方向,由于缺乏必要的演示儀器,教師常常以理論講解或者一些生活中的現(xiàn)象來簡(jiǎn)單證明曲線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度方向是沿軌跡的切線方向。這樣做往往過于抽象,難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果,導(dǎo)致部分學(xué)生只知其然,不知其所以然。筆者利用業(yè)余時(shí)間,根據(jù)曲線運(yùn)動(dòng)原理,物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是所受外力方向與速度方向不在同一直線上,一旦改變其速度方向的外力消失,則物體沿此時(shí)的速度方向做直線運(yùn)動(dòng),制作了一個(gè)“曲線運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度方向演示儀”。
1 實(shí)驗(yàn)器材
“曲線運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度方向演示儀”一臺(tái),16 k白紙五張,小刀或者剪刀一把。
2 裝置結(jié)構(gòu)[TP12GW85。TIF,Y#]
如圖1為簡(jiǎn)易制作的“曲線運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度方向演示儀”。其結(jié)構(gòu)為在三分之一的大可樂瓶的正中間固定插入一根直桿,桿的底端插入可以轉(zhuǎn)動(dòng)的底座中。在桿的上端用手搖轉(zhuǎn)將桿的頂端夾緊,這樣用手搖動(dòng)手搖轉(zhuǎn)時(shí),就可帶動(dòng)可樂瓶一起轉(zhuǎn)動(dòng)??蓸穂HJ]瓶下端內(nèi)部邊緣安裝幾個(gè)小的塑料圓環(huán),每個(gè)中可以放置一個(gè)直徑1~2 cm的小鐵球。同時(shí)在安裝底座的平板上鋪上一張白紙,用以顯示實(shí)驗(yàn)軌跡。另外,在白紙邊緣貼上一些雙面膠。
3 裝置原理
手搖鉆帶動(dòng)塑料瓶轉(zhuǎn)動(dòng),瓶?jī)?nèi)滾珠隨之做圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)突然向上提起塑料瓶時(shí),滾珠會(huì)沿切線方向滾出。涂有墨水或印泥的滾珠滾出時(shí)可在白紙上記錄其軌跡,從而證明做圓周運(yùn)動(dòng)的物體其瞬時(shí)速度方向沿其切線方向。
4 實(shí)驗(yàn)方法
在底板鋪上白紙,白紙要求中間剪一個(gè)直徑5 cm左右的孔,用以套進(jìn)底座中。將連接有手搖鉆的塑料瓶放到底座上,將滾珠放入可樂瓶中的塑料圓環(huán),將底座邊緣的雙面膠撕開。在滾珠上滴幾滴墨水,轉(zhuǎn)動(dòng)手搖鉆帶動(dòng)塑料瓶?jī)?nèi)滾珠轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí),向上迅速提起手搖鉆,滾珠由于突然失去向心力,會(huì)沿切線方向滾出,在白紙上留下運(yùn)動(dòng)軌跡。(運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示)滾珠到達(dá)白紙邊緣時(shí)會(huì)被雙面膠粘住,防止?jié)L動(dòng)太遠(yuǎn)或者反彈。
5 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與反思
■ 1. 圓周運(yùn)動(dòng)物體和圓周運(yùn)動(dòng)物體的相遇
■ 例1 機(jī)械表中的分針與秒針可視為勻速圓周轉(zhuǎn)動(dòng),分針與秒針從重合至第二次重合,中間經(jīng)歷的時(shí)間為多少?
■ 解析 再次重合的條件是:在相同時(shí)間里秒針比分針多走一圈. 秒針旋轉(zhuǎn)一周需60 s,周期T1=60 s,分針旋轉(zhuǎn)一周需3 600 s,周期T2=3 600 s,設(shè)經(jīng)過t第二次重合,則
■-■=1
解得:t=■ s.
此題也可以從重合時(shí)秒針比分針多走2π rad,即多轉(zhuǎn)過的角度入手解決.
■ 2. 平拋運(yùn)動(dòng)物體與平拋運(yùn)動(dòng)物體的相遇
■ 例2 如圖1所示,水平地面上有P、Q兩點(diǎn),A點(diǎn)和B點(diǎn)分別在P點(diǎn)和Q點(diǎn)的正上方,距離地面高度分別是h1和h2,某時(shí)刻在A點(diǎn)以速度v1水平拋出一小球,經(jīng)時(shí)間t后又從B點(diǎn)以速度v2水平拋出另一球,結(jié)果兩球同時(shí)落在P、Q連線上的O點(diǎn),則有( )
A. ■ ∶ ■=v1h1 ∶ v2h2
B. ■ ∶ ■=v1h21 ∶ v2h22
C. ■ ∶ ■=v1■ ∶ v2■
D. h1-h2=gt2/2
■ 解析 此題符合相遇的基本條件:同時(shí)到達(dá)同一點(diǎn). 所以應(yīng)抓住兩小球運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性求解. 根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得:
對(duì)小球1有:h1=■gt21,■=v1t1.
對(duì)小球2有:h2=■gt22,■=v2t2.
所以得:■ ∶ ■=v1■ ∶ v2■ .
答案C正確.
■ 3. 自由落體運(yùn)動(dòng)物體與圓周運(yùn)動(dòng)物體的相遇
■ 例3 一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻細(xì)桿可以繞通過其一端的水平軸O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),桿最初處于水平位置,桿上距O為a處放有小物體(可視為質(zhì)點(diǎn)),桿與其上小物體最初處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖2所示,若此桿突然以角速度ω繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng),問當(dāng)ω取什么值時(shí),小物體與桿可能相碰?
■ 解析 兩物體相遇的條件是:在相等的時(shí)間內(nèi),小物體自由下落的位移和桿轉(zhuǎn)動(dòng)引起的位置與B所在豎直線交點(diǎn)間的距離相等. 由圖3可以看出,兩者相碰必須是發(fā)生在桿轉(zhuǎn)到D點(diǎn)之前. 若ω越小,則相遇點(diǎn)在線段BD上某點(diǎn),小物體追上桿. 考慮到桿運(yùn)動(dòng)的周期性,當(dāng)ω足夠大時(shí),桿可以轉(zhuǎn)過一周后再次進(jìn)入該區(qū)域,桿反過來追上小物體,所以本題分兩種情況.
首先,設(shè)在第一周期內(nèi),小物體恰好在D點(diǎn)與板相碰,其位移:BD=■=■gt2,桿轉(zhuǎn)過的角度θ=ω1t,
θ=arccos■.
聯(lián)立以上各式得:
ω1=■■arccos■.
若ω≤ω1,則物體追上桿于線段BD上某點(diǎn)相遇.
其次,ω足夠大時(shí),桿轉(zhuǎn)過一周后追上物體,設(shè)相遇點(diǎn)為D,則有:
θ=ω2 t=2π+arccos■.
解得:ω2=■■2π+arccos■.
若ω≥ω2,則桿轉(zhuǎn)過一周后追上物體與之在線段BD上某點(diǎn)相遇.
1 教學(xué)流程簡(jiǎn)圖
如圖1所示,圖中1、5、9黑底白色斜體字為多媒體課件演示內(nèi)容;4、6、8黑底白色字為實(shí)際所做的實(shí)驗(yàn),分為演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)兩種。
2 利用多媒體課件播放實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和作用 流程圖中第一點(diǎn)新課引入中選用了“火車轉(zhuǎn)彎”和“標(biāo)槍鉛球”兩段實(shí)際拍攝的視頻,基于以下兩個(gè)想法:
①激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;
②為本章兩個(gè)最重要的實(shí)例“圓周運(yùn)動(dòng)”和“拋物線運(yùn)動(dòng)”的學(xué)習(xí)作鋪墊。
流程圖中第5點(diǎn)講解曲線運(yùn)動(dòng)方向時(shí),筆者在五金件工廠拍攝了用砂輪打磨鐵條時(shí),濺出的火星沿切線方向飛出的現(xiàn)場(chǎng)視頻,通過多媒體課件讓學(xué)生觀看,形象直觀,而且效果好。由于砂輪打磨鐵條不適合在課堂現(xiàn)場(chǎng)做,所以用課件演示,視頻截圖如圖2所示。
流程圖中第9點(diǎn)是分組做用吸管對(duì)運(yùn)動(dòng)玻璃球吹氣的實(shí)驗(yàn),可以現(xiàn)場(chǎng)拍攝視頻,將運(yùn)動(dòng)視頻先截圖,然后再重疊,將運(yùn)動(dòng)玻璃球在不同時(shí)刻所處的位置,在同一幅圖中呈現(xiàn),這樣就出現(xiàn)了球的靜態(tài)軌跡,如此操作充分利用了多媒體的優(yōu)勢(shì),重疊后的軌跡效果圖,如圖3所示 。
3 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和作用
學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)由于是學(xué)生自己動(dòng)手完成,實(shí)驗(yàn)效果比教師1個(gè)人做演示實(shí)驗(yàn)要好的多,但是由于以1個(gè)班為單位,做分組實(shí)驗(yàn)起碼要同時(shí)開展20組以上,所以準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)器材數(shù)量、教師的工作量有很高的要求,筆者在教學(xué)中嘗試將演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),或者自己設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn),因地制宜,在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下,盡量讓實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單可行。
流程圖中第6點(diǎn)是指導(dǎo)學(xué)生做往旋轉(zhuǎn)小陀螺邊緣滴紅墨水,從而讓墨水滴沿切線方向做離心運(yùn)動(dòng)的的分組實(shí)驗(yàn),就是1個(gè)典型創(chuàng)新設(shè)計(jì),該實(shí)驗(yàn)對(duì)器材的要求比較低,只需小金屬陀螺、紅墨水和長(zhǎng)膠頭滴管即可,如圖4所示。
流程圖中第8點(diǎn)是指導(dǎo)學(xué)生做用吸管對(duì)運(yùn)動(dòng)玻璃球吹氣的分組實(shí)驗(yàn),以便于探究曲線運(yùn)動(dòng)的條件。該方案的設(shè)計(jì)理念是對(duì)教材上用磁鐵吸引運(yùn)動(dòng)鐵球這一演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),由于鐵球比較重,磁鐵的磁性又比較弱,該演示實(shí)驗(yàn)的效果并不好,所以用輕一些的玩具玻璃球代替鐵球,用吸管吹氣的風(fēng)力來代替磁鐵對(duì)鐵球的吸引力,如圖5所示。
4 現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和作用