物理競賽典型例題精講——光滑斜面運動時的動量

2020-12-04 物理競賽指導

02-09-8_光滑斜面運動距離

本期高中物理競賽試題,我們探討一下非慣性系下的動量守恆的應用,同學們都了解關於動量守恆的相關知識,知道當系統不受外力作用時,系統內部的所有內力的動量和為零,也就是說系統受到的所有外力在這個情況下是動量守恆的,但是這裡涉及到一個非常重要的問題,就是這裡所研究的系統是在什麼參考系下研究的,回憶一下很容易發現,應該是在慣性系下研究的,也就是說,當在慣性系下,系統受到受到的外力作用時間極短,如碰撞過程,或系統沒有受到外力作用的時候,都是保持動量守恆的,那在非慣性系下如何研究這個問題呢,其實由於非慣性系下有慣性力的影響,因此慣性力的動量是不能被忽略的,因此研究起來還是比較複雜的,但是對於特殊情況下,如本期內容中,將見到的這個題目而言,還是有技巧可言的,相信當同學們看完本期的題目,就能明確這個技巧,在這裡小編先不透漏了。

本期題目就題幹簡潔,並且讀完題目後,相信同學們腦海中會聯想到很多知識,相信同學們一定會有自己的解題思路,不妨自己試一試,看看能不能接出來,小編可以通過兩種思路完整的解出此題目,同學們有其它思路嗎?

高中物理競賽典型題與解題步驟

傾角為0,質量為M的光滑斜面體置於光滑水平桌面上,將一質量為m的小物體放在斜面上,從靜止開始同時釋放小物體和斜面體,當小物體沿斜面下滑的距離為l時,斜面體沿桌面移動的距離為多少?

高中物理競賽題解題方法與思路

題目讀完了吧,相信很大一部分同學會對這個題目感到簡單,因為常見嘛,先求出沿斜面下滑的加速度,然後計算出斜面的加速度,由運動的等時性就能得到運動時間,然後由運動方程求解距離嘛,簡單,真的是這樣嗎?同學你有沒有動手實際做過,這個過程雖然可以做出本題的答案,但是並不簡單,也談不上技巧可言。還有一部分同學想到了能量守恆定律,這個簡單嘛,小滑塊下落過程中減小的重力勢能轉化為兩個動能,然後根據運動速度的關係,得到兩個物體運動速度,並進一步求出路程,這樣的思路是不是簡單多了,如果你有這樣的思路,小編只能表示,同學你想多了,早點洗洗睡覺吧,這個思路其實是完全不行的,因為運動速度的關係要想得到,比上面的一種方法還要複雜,這個不信的話,同學們可以試試哦,歡迎嘗試哦。

好了,還是言歸正傳,說說這個題目正常的思路,本題目完全是可以通過運動學知識求解的,但是這個過程要用到垂直於斜面方向加速度相等來求解,方程還是比較多的,依次求出兩個物體的加速度大小關係,然後得到速度大小關係,最後得到運動距離,這個思路完全是可以的,但是由於題目中小滑塊的加速度、速度方向並不確定,因此此題目採用這樣的思路來解還是比較費勁的,但是能夠解得出來,這點小編已經嘗試過了,雖然沒有放在題目的解題步驟中,但是這個思路還是很合理,很有可行性的。

下面看看本題的解題思路,由於小滑塊的運動速度方向不能有效確定,可以選取斜面為參考系,這樣小物塊沿斜面下滑的速度方向就能夠確定了,其次由於整個系統沒有受到外力的作用,因此整個系統的動量是保持守恆的,但是在此時要選擇地面這樣的慣性參考系作為研究參考系,因此在寫動量守恆方程時,小滑塊的速度應該表示為兩個速度的合成,考慮在水平方向上的動量守恆方程,因此寫出了方程一,也是最關鍵的方程。

又由於斜面體和小滑塊都是勻加速直線運動,因此寫出它們的運動學方程,不難發現其運動路程的比值於速度比值相等,再進一步通過水平方向的動量守恆定律得出速度的關係,即解題步驟中的方程四,並進一步化簡得到最終的答案。

高中物理競賽題重難點突破

此題目採用上述方法處理是最簡單的方案,由於兩個物體的運動過程均屬於勻變速直線運動,因此在研究運動過程的時候,要選取合適的參考系,此處研究運動過程中選取非慣性參考系比較容易,但是針對動量定理,卻必須要在慣性參考系下進行,因此解答這個題目的過程中,參考系下的坐標變化是本題非常重要的考點,同學們需要對不同坐標系下的運動速度和位移的分解和合成,必須要非常熟悉。

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