专题08+物理情景解析法-高中物理八大解题方法+Word版含解析

高中物理解题方法之物理情景解析法
解一些比较复杂的物理题目,常用物理情景分析法.所谓物理情景,包括物理状态和物理过程. 所谓物理状态,力学中是指位移、速度、加速度、动能、势能、动量等;所谓物理过程,是指匀速运动、匀加速运动、动量守恒、机械能守恒、匀速圆周运动、平抛运动等等。状态的变化即为过程,只有分析清楚这些状态和过程,才能正确地列出公式求解,否则乱代公式或乱套公式,必然事倍功半。
分析物理情景的方法是示意图法.用示意图表示物体的物理状态或物理过程,具有直观、形象的优点,可以把抽象思维转化为形象思维,使复杂的题目化难为易.
下面说明怎样用物理情景分析法解力学综合题,主要是有关动量与机械能的题目.
例1.2005年高考理科综合测试(全国一卷)第24题.
如图1所示,质量mA为4.0kg的木板A放在水平面C上,木板与水平面间的动摩擦因数为0.24,木板右端放着质量mB为1.0kg的小物块B（视为质点）,它们均处于静止状态。木板突然受到水平向右的12N·s的瞬时冲量I作用开始运动,当小物块滑离木板时,木版的动能EKA为8.0J,小物块动能EKB为0.50J,重力加速度取10m/s2,求:
瞬时冲量作用结束时木版的速度v0；
木版的长度L。
B
A
C
L
图1
B
A A
C
L sB
sA
图2
分析:如图2所示,虚线所示为初状态,即瞬时冲量作用结束时的状态,此时,vA=V0,vB=0,由于C对A、B对A的摩擦力作用,A向右做匀减速运动, 由于A对B的摩擦力作用,B向右做匀加速运动,实线所示为末状态,B运动到A的左端,此时,A、B动能分别为EKA=8.0J,EKB=0.50J.
设A、B相对于C的位移大小分别为sA和sB,根据图2,容易得到:L=sA-sB,这个式子很关键,是解本题的难点,通过做物理情景图而突破了难点.
解：（1）设水平向右为正方向,有
I=mAv0 ①
代入数据得
v0=3.0m/s ②
(2)设A对B、B对A、C对A的滑动摩擦力的大小分别为FAB、FBA、FCA，B在A上滑行的时间为t,B离开A时A和B的速度分别为vA和vB,
据动能的定义,有=8.0J,得;
=0.5J,得
据动量定理,有
-（FBA＋FCA）t=mAvA-mAv0 ③
FABt=mBvB ④
其中FCA=（mA+mB）g=12N ⑤
解得FAB=FBA=4N,
t=1s,
设A、B相对于C的位移大小分别为sA和sB,据动能定理,有
-（FBA＋FCA）sA=mAvA2-mAv02 ⑥
FABsB=EKB ⑦
解得:,
木版A的长度
L=sA-sB=0.50m ⑧
因为A、B受恒力,做匀变速直线运动,所以也可以用牛顿定律和运动学公式解.将③④⑥⑦式换作以下几式,
,,
,,
,
其余各式不变,便可解出,同学们不仿一试.
例2. 2005年高考物理科试卷(江苏卷)第18题.
如图所示,三个质量均为m的弹性小球用两根长均为L的轻绳连成一条直线而静止在光滑水平面上.现给中间的小球B一个初速度v0,方向与绳垂直.小球相互碰撞时无机械能损失,轻绳不可伸长.求：
当小球A、C第一次相碰时,小球B的速度。
当三个小球再次处在同一直线上时,小球B的速度。
运动过程中小球A的最大动能EKA和此时两根绳的夹角。
当三个小球再次处在同一直线上时,绳中的拉力F的大小。
v0
A B C
L L
图3
分析:设v0方向为y,与之垂直的方向为x.在力的作用下,A、C向Y方向运动的同时绕B做圆周运动.当小球A、C第一次相碰时的物理情景如图4所示.
vB vB
B
图6
A C A C
图4 图5
当A、C两球相碰以后,速度反向,如图5所示,然后A、C又绕B做圆周运动,同时向y方向运动,至三球又到达同一直线,如图6所示.
解：（1）设小球A、C第一次相碰时,小球B的速度为vB,考虑到对称性及绳的不可伸长特性,小球A、C沿小球B初速度方向的速度也为vB.由动量守恒定律,得
mv0=3mvB
由此解得
（2）当三个小球再次处在同一直线上,则由动量守恒定律和机械能守恒定律,得
解得
,（三球再次处于同一直线）
（初始状态,舍去）
所以,三个小球再次处于同一直线上时,小球B的速度为
,负号表示与原来的方向相反,如图6所示.
（3）当小球A的动能最大时,小球B的速度为零.设此时小球A、C的速度大小为u,两根绳间夹角为（如图7）,则仍由动量守恒定律和机械能守恒定律,得
另外,
由此可得,小球A的最大动能为
此时两根绳间夹角为:
,,.
小球A、C均以半径L绕小球B做圆周运动. 当三个小球处在同一直线上时,以小球B为参考系(小球B受合力为0,故加速度为零,为惯性参考系),小球A（C）相对于小球B的速度大小均为
所以,此时绳中拉力大小为
例3. 2005年高考物理科试卷(广东卷)第18题
C
分析: 原题图为初始状态,A、B、C皆静止.第1过程A、C一起做匀加速运动,至A、B相遇,下图左为第2状态,然后A、B碰撞,碰后A、B速度相等,都小于C的速度;第3过程A、B一起做匀加速运动,C做匀减速运动,直至三者速度相等,此时C运动到B的右边,如下图右所示.为第3状态.在第3过程,C运动的位移是B运动的位移与A、B两板的长的和,即.这是解本题的难点.
解:
因为A、B、C受恒力,做匀变速直线运动,所以也可以用牛顿定律和运动学公式解.
三题中,第1题应用动量定理和动能定理解,第2题应用动量守恒定律和机械能守恒定律解.第3题既应用动能定理,也应用动量守恒定律,因为在第1题中,由于C对A有摩擦力的作用,A、B组成的系统的动量不守恒,机械能也不守恒.在第3题中,由于A、B碰撞时间极短内力很大,外力可忽略,故动量守恒.要注意:动量定理和动能定理的主体是物体, 动量守恒定律和机械能守恒定律的主体是系统,即两个或两个以上的物体.