物理競賽典型例題精講——兩石塊質心運動

2020-12-04 物理競賽指導

02-01-12_兩石塊質心運動

本期高中物理競賽試題,我們共同來研究一個較為複雜的質心運動的題目,該題目與上期題目的區別是,只要是參加過競賽訓練或培訓的同學看到這個題目,都會很自覺的知道這個題目必定需要使用質心運動定理解決問題的,但是同樣也是因為這一點,本題的另一個難點也就出現了,很容易不由自主的將過去的解題經驗運用到這個題目中,導致錯誤的判斷運動狀態,陷入到解題的陷阱中,很難爬出來的。

小編在解這個題目時,一上來就非常自信的寫出答案來了,但是與題目給出的標準答案比較後發現自己的錯誤,並且錯誤不大,一開始懷疑自己並沒有非常大的錯誤,就在具體的解題步驟中尋找錯誤,但是始終沒有任何進展,最後應用另一種思路來解題的過程,才發現了問題所在,實際上是一個非常根本性的錯誤,並直接導致這個題目在一開始的解題思路完全錯誤,雖然答案極其相似。

好了,具體的錯誤小編不會在解題過程中具體體現出來,因為這個錯誤不能再通過這個題目誤導更多的人,因此並不打算將錯誤整體的呈現出來,雖然這個錯誤很具有代表性,但這個錯誤可以給同學們一定的提示,就是千萬不要認為這個系統的運動會是很常見的運動形式,從而代入題目解題,切記,切忌。

高中物理競賽典型題與解題步驟

兩個相同的光滑小石塊A和B在結冰的湖面上自由滑動,它們之間由一根輕質的長度為√2L的彈性繩相連,彈性繩有隻拉長一點兒就會繃緊的特性,在t=0時刻,A靜止在 = y = 0 ,而B在x = L , y = 0,並以速度v向Y軸正方向運動,如圖所示,試確定A和B在下列時刻的位置和速度:(1) t=2L/v ;(2) t=100L/v

高中物理競賽題解題方法與思路

好了,題目讀完了吧,第一個也是最根本的問題是:知道系統做什麼運動了嗎?是不是質心的勻速直線運動與圍繞質心的勻速圓周運動的合成?當你仔細的看到這裡的話,你應該能非常準確的給出答案:不是!但是,當同學們剛剛讀完題目,還沒有看到答案的時候,同學們在心中是怎樣認為的呢?是不是仍舊認為是勻速圓周運動的呢,因為這類的題目在競賽題中見到的太多了,同學們很容易將過去的方法代入到這個題目中,但是在本題目中,因為小球的沿繩子方向沒有能量損失,而是發生的類似於彈性碰撞的運動形式,也就是沿繩子方向速度要相反,而不是消失,這就導致了最終兩個石塊不會做圓周運動,這個點非常值的注意。

本題的解題步驟中,首先選取質心為參考系,重新研究兩個石塊的運動狀態,如圖2可知,在運動過程中,兩個石塊分別在質心參考系下以等大的速度相對運動,當運動到繩子完全被拉長時,兩石塊運動到1位置處,即在1位置處將由於繩子被拉緊,類似的發生彈性碰撞過程,右由於石頭的質量相等,因此將會使沿繩子方向速度反向,垂直於繩子方向速度不變,因此速度將偏轉90度,從而沿著水平方向反向運動,最終兩石塊將沿著一個長度為L的正方形運動,並不是圓周運動,整個運動過程的周期為T,通過周期的判斷,最終解決當時間分別為題目問題中的時刻時,具體的兩石塊的位置和速度。

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