“类运动”问题求解例举

(整期优先)网络出版时间:2012-12-22
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“类运动”问题求解例举

杜永花

云南省丽江市永胜县第四中学杜永花

中学物理中我们经常会遇到一些“类运动”,本文通过三个典型的例子说明,有些运动可以看做是某种运动的类运动,从而使问题得以顺利解决。

一、类竖直上抛运动

竖直上抛运动是我们熟悉的匀变速直线运动,可以用匀变速直线运动规律来求解,有时还常用它具有的对称性来解决问题。在“类竖直上抛”运动的问题中,我们也可以采用竖直上抛运动的解题方法来求解,而把一些较为复杂的问题简单化。

例1质量为2kg的小球,以30m/s的速度竖直上抛,经过2.5s到达最高点,求小球能上升的最大高度(g=10m/s2)。

分析与解小球的运动如果是竖直上抛运动,它从抛出点到最高点所用的时间应该是:,而不是2.5s,所以它的加速度不是g,上升的加速度应该是:方向向下,它的运动是类竖直上抛运动,上升的最大高度应该是:

例2如图1所示,在真空中倾斜放置带有等量异种电荷的平行金属板,一带电荷量,质量m=1g的带电体沿水平方向飞入电场,经A点时速度,经0.02s后回到A点,求板间的电场强度E的大小。

分析与解粒子的受力情况是:重力G,电场力Eq,其受力分析如图2。由于重力G和电场力Eq保持不变,故其合力也不变。由于粒子能返回A点,如果粒子做曲线运动回到A点,合力至少方向要改变,根据受力分析可知:合力是恒力,故粒子做直线运动,且其合外力方向跟初速度方向相反,粒子做“类竖直上抛运动”,根据粒子的运动情况,可用运动学公式求出粒子的加速度,运用牛顿第二定律,就可以求得电场强度E。

由类竖直上抛运动的对称性有:

根据牛顿第二定理得:F合=ma…①

由图2得:…②

由①②两式解得:

二、类单摆运动

只有在偏角很小的情况下(小于100),单摆的振动才可看做简谐运动。在高考中会出现类似单摆的模型,解决“类单摆”运动的方法与解决单摆问题方法相同。

例3如图3所示,一个半径为R的圆弧形光滑轨道竖直放置。现有两质点P、Q。Q从圆弧轨道的圆心处自由落下(不计空气阻力),P同时从非常接近O点的B点无初速度释放。

试问:P与Q谁先到达O点?

分析与解Q点从圆心处自由下落,设到达O点的时间为t1,

P点从非常接近O点的B点无初速度释放,非常接近O点,就暗示P点偏离O点的角度较小,轨道又光滑,圆轨道对P点的支持力等效于单摆模型中细线的拉力,满足了简谐运动的条件,是类单摆运动。

设P点到达O点所需时间为t2,利用单摆周期公式可求得t2:

比较t1、t2可知:t1<t2,所以Q质点先到达O点。