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中学物理题中缓慢的含义与实例分析.doc

上传人:HR专家 文档编号:5442865 上传时间:2019-03-03 格式:DOC 页数:2 大小:60.51KB
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1、中学物理题中“缓慢”的含义与实例分析赵 荣(云南省凤庆县第一中学,云南 凤庆 675900)在中学物理中,尤其是其中力学部分,经常会遇到一些物理过程“缓慢”进行,许多学生由于对其含义不理解,导致对问题的解决感到无从下手,不能用正确的方法解决相关问题。现就对“缓慢二字在物理问题中的含义及实例进行分析。1 “缓慢”的含义物理过程的“缓慢”即表示物体的物理运动过程“缓慢” ,也就是物体的运动在所进行的过程中速度非常小,趋近于零。其含义是指物体在运动过程中各点均可视为准“静止” 。即视为物体在运动过程中各点均处于平衡。这样,相关问题就是一个实质上的平衡问题,即为可根据平衡条件(如 F 合 =0)列方程

2、求解的问题。2 实例分析 例一如图 1,质量为 m 的球与光滑的斜面 AB 接触,开始时绳子接近竖直。今用水平力 F 缓慢推动斜面,当球升到 A 端时绳子接近水平位置。设在此过程中,绳子的拉力为 FT,球对斜面的压力为 FN,则下述判断正确的是: A.FN 不变, FT 先减小后增大B.FN 不断增大,F T 不断减小C.FN 不变,F T 不断增大D.FN 不断增大,F T 先减小后增大分析:由于缓慢推动斜面,故小球沿圆弧(对地)缓慢上升,由于小球的运动缓慢,故可视为运动过程中各点均处于“静止”状态,即该题为小球受共点力平衡问题。小球受力如图 2,由图可知,小球沿圆弧上升过程中,重力 mg

3、大小及方向均保持不变,据平衡条件有任意位置 F/N(F N 的反作用力)与 FT的合力一定。且大小为mg ,方向与 mg 相反。由题设知道小球未过 A,而 F/N 的方向一直未变,总垂直于斜面,这样变为:已知合力的大小及方向和一分力方向一定,求解两分力的大小如何变化? 由力的三角形(图 3)可知,当 FT 方向由接近竖直逐渐趋于水平(即球升到趋于 A 点时)的过程中, FT 先减小,当 FT 的方向变至垂直于 F/N 时,F T 达到最小,以后随 FT 的方向再变,则 FT又增大,而此过程中,F /N 一直在增大。故本题结果应是:F /N 增大,F T 先减小后增大。故选 D。例二固定在水平面

4、上的光滑半球,球心 O 的正上方固定一个小定滑轮,细线一端拴一个小球,置于半球面上的 A 点,另一端绕过定滑轮,如图 4 所示,不计滑轮及轴承摩擦。今缓慢放线使小球从 A 点沿球面下降至 B 点,则在此过程中,小球对半球的压力大小 FN,线的拉力大小 FT 的变化情况是: AF N 变大, FT 变大BF N 不变,F T 变大CF N 变小,F T 变小DF N 变大, FT 变小分析:由于缓慢放线故小球沿光滑半球表面运动也缓慢。即可视为小球各点均处于“静止”状态。由受力分析(图 5) (F /N 为 FN 的反作用力)可知,小球在三个共点力作用下处于平衡。即三力的合力为零。该题变为:合力大

5、小方向恒定,两分力方向变化,求解两ABOFT图 4FTF/N-mg图 3FTF/Nmg-mg图 2ABF图 1空气 水图 6分力的大小如何变化?本题如果用一般的解法,不抓住本题的特点,则容易得出不同的错误结果。正确的解答为:两分力和合力组成的三角形与几何三角形ODC 在小球处于不同位置时总有相似关系,由比例关系有:(1)CDOFmgT因为小球从 A 下降至 B,在此过程中 OC 保持不变,而小球到小定滑轮间距 CD 则在增大,则 FT 变大。又常数 (R 为光滑半球的半径) (2)RgN/故小球由 AB 时由有 F/N 大小不变。由牛顿第三定律有:小球对半球的压力 FNF /N(半球对小球的支

6、持力) 。故结论为:F N 保持不变,F T 不断增大。故选 B。如果该题为从 B 向 A 缓慢拉,则为 FN 不变,F T 减小。例三 (2006 高考重庆卷)如图 6,某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定,筒内空气无泄漏,不计气体分子间相互作用,则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中,则:A从外界吸热 B内能增大C向外界放热 D内能减小分析:薄金属筒可以传导热量,水温均匀且恒定,因此在缓慢下降过程中,筒内温度保持不变,由于不考虑气体分子间的相互作用,因而内能不变。设薄金属筒内水面与筒外水平面的竖直高差为 h,水的密度为 ,大气压强为 p0,金属筒内封闭气体压强为 p,由受力平衡条件总有: g0设筒内空气体积不变,而筒内温度保持不变,推出筒内封闭气体压强不变。由上式知,由于 h 增大,筒内封闭气体压强 p 应增大,故设筒内空气体积不变不成立。因为筒内封闭气体压强增大,推知筒内空气体积必减小,外界对空气做功,根据 U Q W 可推知,气体必须对外界放热。故选 C。电子邮箱:图 5mgDOFTF/NC-mg

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