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怎处理板块?

 新用户65120Joi 2022-10-19 发布于山西
如图所示,一质量m0=0.5kg的物块A静止放置在水平地面上,A与地面间的动摩擦因数μ1=0.3,在其右侧x=10.5m处静止放置一质量为M=1kg的长木板B,B与地面间动摩擦因数μ2=0.2,一个质量为m=1kg的物块C静止放置在木板的正中央,C与B间动摩擦因数μ3=0.1。现给A一个向右的瞬时冲量I=6N⋅S,随后A与B发生弹性碰撞,C恰好不离开木板,A与C均视为质点,重力加速度g=10m/s2,问:
(1)求A与B碰后的A速度大小;
(2)求木板的长度L;
(3)求C与B因摩擦产生的热量。


物理过程分析:
一.A做匀减速运动,运用动能定理计算与B碰撞前的速度。

二.A与B弹性碰撞。
学生的疑问:A与B发生弹性碰撞,动量守恒,计算中为何不考虑C的质量呢?A与B发生的弹性碰撞,实质是近似的动量守恒,近似动量守恒的条件是内力远大于外力,有哪些外力呢?地面对B的摩擦、C与B的摩擦力;重力、支持力,重力和支持力等大、反向,对系统的动量不造成影响。考虑A、B碰撞过程中C对B的摩擦力是否考虑,是思维严谨的体现,但更严谨的应该这样来想,地面对B的摩擦力比C对B的摩擦力大呀,既然要思考小的、为何要放过大的?近似动量守恒的条件就是抓大放小,内力远大于外力,对于个体来说,内力造成的动量变化远大于外力的,因此采用抓大放小的现实选择。地面对B的摩擦力可以忽略,C对B的摩擦力顺理成章也应该忽略,同是外力,略大更应该略小。

弹性碰撞的物理方程,动量、机械能双守恒,可以解出A、B碰撞后的速度。对于类似弹性碰撞过程的末速度与初速度及物体质量之间的关系,建议碰一次推导一次,直到再次碰到时能达到瞬间在大脑中完成全部推导过程并得出结论,今年来弹性碰撞几乎成了高考命题的常客,非常有必要熟悉碰撞情景及碰撞后的结论。

为何对A、B碰撞过程中的摩擦力分析看似严谨呢?结合板块、传送带等模型中一直困扰的摩擦力问题,好似眼神中有种不把“地面”当物体的感觉。“大地”母亲无声滋养万物被视为理所当然,直接从思维中无视。而在板块、传送带等问题中,对相对运动的不理解,恰恰又是只看见大地看不见真正的施力物体,张冠李戴。就其原因,受力分析不过关,凭感觉受力,而不是依据事实。

三.B、C的相互作用
通过题干中两个接触面上的动摩擦因数分析,可知B、C速度相等后,各自独立减速,而非一起匀减速。C恰好不离开木板,对求解木板长度起了很关键的作用。C和B的相互作用过程中,C先加速后减速,加速度大小未变。B减速分两段,加速度不同,后段加速度小。C、B相对位移的大小需要分两段来计算,C恰好不离开木板有两种可能,若C在加速阶段与B的相对位移大小大于减速阶段的相对位移大小,则木板的最左端就是“恰好”的解释,若C在减速阶段与B的相对位移大于加速阶段与B相对位移的二倍,则木板的最右端为“恰好”条件。具体计算采用相对运动换参考系的办法相对简单。

求B、C由于相对运动产生的热量,第二问的结果可利用的太多了,C与B的“相对路程”是两次相对运动位移大小之和,现拿现用。再一种办法,碰后B的动能已知,B的对地位移可算,运用能量守恒求解也可以,B的动能去向就是B、C和B、地之间的内能。

这个热量问题中理解的难点是热量为何是滑动摩擦力乘以相对路程?好多情况不是乘以相对位移的大小吗?
 
冬天了,手冷时是相对互搓来生热了,而不是拜佛式的生热。这就是计算热量时取相对路程的原因。

能量守恒和转化的思路学生掌握的还有点薄弱,对能量这个抽象的概念还没有达到一定的程度,不敢贸然去用。

对于传送带、板块问题,从最基础的参考系理解相对运动,从相对运动理解摩擦力的方向,从动能定理理解动能关系,逐步消化掌握。

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