高中物理中解決動力學問題的三大支柱

2020-12-16 w王老師物理

#高考物理#

學過高中物理之後,我們不難發現,運動學和力學這兩個板塊內容始終貫穿著我們整個高中階段。從剛進入高一開始,上學期的必修一中,我們研究了勻變速直線運動和重力彈力摩擦力,最後用牛頓定理將運動與力進行綜合;到了下學期在必修二中,我們開始研究曲線運動和萬有引力,最後用功能關係也是將運動與力進行了綜合。到了高二,我們學習了新的性質的力——電場力、安培力和洛倫茲力,然後講了帶電粒子在新力作用下的運動——類平拋運動和圓周運動。進入高中後,大家要想學好高中物理,必須掌握好解決動力學的三大支柱。

解決動力學問題的第一個支柱就是牛頓三定律,牛頓第一定律和牛頓第三定律我們在這裡不再詳細介紹,我們主要說一下牛頓第二定律,首先是牛頓第二定律的內容:物體的加速度與物體所受合力成正比,與物體質量成反比。表達式:F=ma。在式子左邊是物體所受合力,式子右邊a是物體做變速運動時的加速度,如果我們已知物體受力情況,根據牛頓第二定律,可以求解加速度,然後就可以算出物體速度和位移,也就知道了物體運動情況。反之,如果我們知道物體做變速運動時的加速度,然後根據牛頓第二定律,就可以求的物體所受合力進而知道物體受力情況。所以通過牛頓第二定律可以很好地解決簡單的動力學問題。

隨著我們高中物理學習的不斷深入,我們研究的運動會變得複雜起來,如果我們還有牛頓第二定律解決問題,過程就比較繁瑣了,所以我們開始用新的方法解決動力學問題——動能定理和機械能守恆,這是我們解決動力學問題的第二大支柱。首先時動能定理——物體合力做的功等於物體動能變化量,同樣的如果我們知道合力做的功,可以求初動能或者末動能,知道了初末動能,也就知道了初末速度,反之如果我們知道初末動能,就可以求合力做功,進而知道某一個力做功,並且動能定理比牛頓第二定律簡單的地方是,我們運用動能定理時只需要考慮初末狀態不需要考慮中間過程。然後是機械能守恆——在只有重力或者彈力做功的系統內,動能和勢能可以相互轉化,但總的機械能不變。在機械能守恆中,我們是從能量轉化的角度來解決動力學問題。

解決動力學問題的最後一個支柱是:動量定理與動量守恆。我們先看動量定理——物體所受合力的衝量等於動量變化量。它和我們上面提到的動能定理非常類似,但是動量定理和動能定理它們在應用上有著本質的區別,動能定理是一個標量式,而動量定理是一個矢量式,運用的時候一定要注意方向。在我們運用動量定理時,同樣的如果我們已知合力的衝量可以求解初動量或者末動量,進而知道初速度或末速度。反之,已知初末速度可以求解合力的衝量,進而求解某個力。最後是動量守恆——系統在不受外力或者所受外力為零時,系統總動量保持不變。我們在這裡是從總動量始終不變的角度來解決動力學問題。

在我們高考物理考試中,其中的動力大題就是對這三大支柱的綜合考查,所以大家想要透徹的研究動力學,大家一定要熟練掌握這三大支柱。

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