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浅析物理学习中的常见运动模型

陈与争
  
速读·中旬
2019年2期

摘 要:高中物理是高考的重要科目,其中的运动知识,在高考物理科目中占有较大分值,要想学好运动知识,就必须掌握运动模型。为此,本文谨就高中物理学习中的常见运动模型进行分析与探讨,结合运动模型与自己的学习经验,希望能够给同学们提供一定的借鉴与参考,对提高同学们的物理水平起到一定帮助。

关键词:高中;物理学习;运动模型

高中物理学科的学习过程中,需要我们具备观察及思考能力,并能够结合物理实践总结学习经验,以便于更好地掌握物理定义及相关定律,奠定自己的物理基础。物理运动模型是以物理问题研究及物理模型为基础,可以在实际的解题过程中,通过抽象化的分析方式进行题目解析,对于物理运动知识的学习十分重要。

一、圆周运动模型

高中物理学习中,圆周运动是必须掌握的重要知识点,要明确圆周运动作为一种特殊曲线运动的独特性质。在学习圆周运动相关知识时,我们已经掌握了一部分曲线运动规律,这使得我们对曲线运动有一定了解,就更加容易去理解圆周运动的概念。圆周运动模型学习中,匀速圆周运动较为常见,需要掌握匀速圆周运动的相关信息,包括线速度、角速度及周期等,明确这些相关信息之间的关联性,以确保在实际的解题过程中,能够熟练运用这些相关知识。

生活中常见的匀速圆周运动现象包括火车、汽车的转弯,因此这一类型的例题较多。例如,火车绕着一座山体行驶,将火车头及火车尾部分别视为一个点,将山体视作球体,则火车在进行匀速圆周运动时,火车头及火车尾部在哪个方面的数据一致?( )。

A.线速度 B.角速度 C.加速度 D.轨道半径

对该题目进行解析,可知该题目在运动模型分析中较为典型,因此在解析题目时,要首先明确圆周运动的具体规律,掌握圆周运动中相关元素之间的关联。经过学习我们了解到,在匀速圆周运动中,线速度、角速度、运动周期及运动频率之间存在一定关联:[v=2πrT];[ω=2πT];[v=rω]。根据这些公式,可确定上述选项中,B选项为正确选项。

二、直线运动模型

直线运动是常见的运动形式,在高中物理学习中,直线运动被划分为匀速直线运动及匀变速直线运动,首先对直线运动的相关概念及基础定理充分理解,并明确直线运动中物体运动的特点。比如物体在进行直线运动时,速度始终不变,则为匀速直线运动,其运动长度及运动时间存在一定比值,瞬时速度方向及大小始终不变,物体的合外力为0。在生活实践中,这种合外力为0的绝对匀速直线运动并不存在,是一种理想化的运动模型,但运用了匀速直线运动概念及特点的题型并不少见。

例如,车站行李传送带的运行过程中,传送带以3m/s的速度匀速传送,传送带水平面为AB,传送带与地面之间存在0.45m的距离,传送带上行李由A点传送到B点,但并未及时取下,则此时传送带上的行李会被在B端抛出,在忽略空气阻力的情况下,行李由A点滑动到B点时,v0=1m/s,且行李与传送带之间存在0.2的摩擦因数,求取在行李冲出B端的水平及传送带水平距离AB。

该题目中,需要绘制运动路线的草图,假设行李质量为m,其在传送到上滑动加速度为a,结合摩擦力公式F=am,带入相关数据进行计算,确定加速度为2/s2,确定行李冲出之后的水平运动距离为0.9m,以及行李抛出的初速度为3.m/s,经过一系列计算,可确定传送带水平距离AB=2m。

在对这类题目进行解析时,要善于转化实际问题为运动模型,绘制运动状态示意图,明确题目中能够进行匀速直线运动的元素,以便于快速确定解题思路,提高题目解析效率。常见的匀速直线运动类型的题目包括超声波运动、声波运动、光线传播、无线电传播等。

三、平抛运动模型

平抛运动是一种匀变速曲线运动,其匀变速运动为加速运动,在运动中其运动轨迹为抛物线形式,并且不会受到多余外力的影响,只会受到重力的作用。在平抛运动中,以g代表加速度,可将其拆解为水平匀速直线运动及自由落体运动,便于进行题目解析。平抛运动模型在高考中出现的概率较大,并且由于抛出物体及题目的不同限制而可以进行不同考量,抛出物体可以击打在平面、斜面及曲面上,会分别产生不同的效果。

例如,一个倾角为θ的斜面,向斜面抛出A、B两个小球,小球运动的水平初速度为v0,小球抛出后,A小球在斜面上垂直落下,会在斜面上有较长的距离,而B小球在斜面上的位移相对较短。在忽略空气阻力的情况下,求A、B小球下落时间之间的关系。

该题目中,A小球在斜面上垂直落下,球体与斜面接触时,速度方向垂直与斜面,进行速度分解,则v1=v0,v2=gtA。由图中可以看出,tanθ=[v1v2=v0gtA];B小球从抛出点到与斜面落点的位移与斜面相互垂直,对小球位移进行拆解,则存在[x=v0tB,y=12gtB2],有图可以得知,[tanθ=xy=v0tB12gtB2=v012gtB],则可确定存在tB=2tA。

物体在重力的作用下,以一定初速度水平抛出,随后下坠,物体在运动过程中,所受到的合力是始终相同的,初速度与合力之间并不相等,物体运动轨迹呈现为抛物线形式。针对平抛物体运动的问题,可将物体的运动拆解为水平运动及垂直运动。为了便于计算与分析,可绘制相应的运动分解图像作为辅助,包括速度图像、位移图像、合速度图像等。

四、结语

在高中物理学习过程中,必须掌握相应的物理运动模型,并基于相应例题及物理规律进行分析,以便于深入挖掘物理运动模型的内在要求,对物理运动现象成因加以确定,解析相关题目。另外,在物理问题解析的过程中,要灵活运动物理运动模型,分辨抽象化的物理运动问题,以强化对于物理知识的理解及应用水平。

参考文献

[1]蔡思成.提高高中生物理学习效率途径的探讨[J].读与写(教育教学刊),2015,12(12):174-175.

[2]李超逸.高中生如何学好物理[J].祖国,2016(12):254-254.

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