高中物理競賽典型例題精講——傾斜傳送帶運砂最小力矩

2021-01-20 物理競賽指導

04-01-11_傾斜傳送帶運砂最小力矩

本期高中物理競賽試題,我們共同來研究一下動量定理的綜合應用,本期題目其實從物理知識點上來說,並不算是動量定理的綜合應用類的題目,因為在通常動量定理的題目中,同學們也經常會遇到類似的題目,由於動量定理通常考查的內容一般比較固定,絕大多數題目都主要考查平均作用力的大小的問題,因此此類題目在解決問題的思路和方法上,其實也非常固定,並沒有過多的奇技淫巧,能夠幫助同學們儘快從這類題目的不是非常複雜的計算中解救出來,其實絕大多數同學並不需要解救,如果還有需要解救的同學,那這部分同學可要加吧勁了哦。

本期題目雖然在思路分析和解題方法上都比較經典,但在求解過程中,還是有些新穎的東西值得我們認真思考與領會,本期題目在解題過程中用到了高中數學中一個選修的內容,但是絕大多數同學應該都對這個內容比較了解,在高考數學中這個知識點也是經常考查的內容之一,關鍵就在於同學們能不能將數學知識應用到物理解題過程中,很多同學在物理解題過程中,總感覺物理解題與數學解題完全不是一回事,強行的將數學與物理學完全的割裂開,數學上應用的很熟練的東西,在物理學上仍舊是非常陌生,這個現象是非常不好的,要注意學科知識的遷移與應用。

高中物理競賽典型例題與解題步驟

如圖1所示,傳送帶向上傳送砂石,料鬥供給傳送帶砂石的速度為u kg/s,兩輪間傳送帶長為l,傳送帶的傾角為a,主動輪半徑為R,求:

(1) 為使傳送帶勻速向上傳送砂石,發動機最小轉矩是多少(空轉時所加力矩不計)?(2) 相應的傳送帶速度為多大?並定性說明當速度偏大或偏小時,為勻速向上傳送砂石,發動機都將提供更大的轉矩。高中物理競賽典型例題解題方法與思路

相信同學們解題步驟也已經看完了,很多同學在看到小編寫的前面內容後,也拿出筆來計算過這個題目吧,是不是感覺總少個方程吧,因為題目中傳送帶的速度幾乎沒有其他的方法可以表示出來,在這個時候,同學們像沒想到小編在解題步驟中給同學們的答案中的方法呢?那就是應用高中數學的均值不等式的內容,強行找到最小值和變化規律,其實對於這個題目而言,列出前面的方程的難度可能不大,但想到應用均值不等式來解決這個題目,絕對是能力的體現,至少也是計算求解能力的體現,因此縱觀這個題目,其重點和難點應該也是這個:均值不等式在競賽物理解題過程中的應用方法,這裡也是本期內容中,小編著重要與同學們探討的內容。

那什麼時候要應用均值不等式呢,還有沒有其它的不等式可以應用呢?如果真的想不到均值不等式的求解方法和思路,又有什麼方法可以求出答案呢?這裡小編將一一給同學們答案。首先解決第一個問題,均值不等式一般應用子啊哪些情況下,在說明這個問題前,小編先告訴同學們一點兒數學知識,常見不等式其實有很多,如柯西不等式、切比雪夫不等式等,至於其它不等式,在物理競賽題中還幾乎沒有見到,因此小編這裡不再說明其它不等式的應用環境,這裡的均值不等式的應用條件其實就包括了所有不等式的應用條件。對於題目而言,首先就是題目的問題需要考查一個最值得情況,其次就是在列方程的過程中所有方程中沒有不等式,如沒有摩擦力的大小關係不等式等,且至少缺少一個方程導致不能求解的時候,可以考慮一下數學不等式的應用情況。

第二就是,如果真的考慮不到數學不等式,那其實還是有別的方法可以補救的,由於這個方法在今後的靜電學題目中經常會用到,所以前期內容中,同學們接觸此類方法還較少,這裡只是一個簡單的介紹,好了另外的方法就是級數展開後省略高階小量後,仍舊能夠得到答案,但由於級數展開比較費時費力,因此此方法還是不如數學不等式直接求解的方法好,但是如果真的考慮不到的話,級數展開也是最後的一根救命稻草了。

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