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世间诸般物事,唯物理可强求

 新用户5228KeDY 2025-04-17 发布于北京

刚刚讲完变力功而未及动能定理之时,会有一种独立于微元法和图像法之外的“等效”求变力功的方法。其典型例题如下,然而由于没有动能定理和功能原理的基础,很多学生无法理解“等效”之何以等效,造成照猫画虎可以,但透彻说清原理却很困难的局面。

很多时候,不少初中物理尚可的小孩后来到高中掉队了,原因即在于此:似懂非懂,也不知道自己究竟什么地方不懂,再加上不经常问问题、再耍点儿小聪明,学的浮泛而不自知,天长日久,想再重新学起,都不知道从何处下手,半生不熟,上不上、下不下,沦落到不堪的境地。

例题

某人利用如图装置,用的恒力作用于不计质量的细绳的一端,在水平面上拉动物体,初态绳与水平面成角,末态。不计滑轮质量和绳与滑轮间的摩擦,求在此过程中,拉力对物体做的功。

解析:

如图,取对象为被拉动的物体,则由“功是能量转化的量度”,设能量变化为,则拉力对物体做的功为待求的;由于绳与水平夹角不断变化,无法直接求出。

但是,如果取物体和左侧的绳为研究对象,则绳右侧的拉力做功,对应能量变化为,而绳没有质量,不占有能量,所以,亦即

因此,求就是在求,而是恒力做功,求解完毕。

质疑:

是否可以像微元法或图像法那样直接求解呢?可以的,但这对于高一的学生来说,似乎稍困难了一点;既已有等效的思想方法,真的是不建议强求的;若实在有强求的愿望,何以不在高一时便把高中数学那一点点微积分初步提前学了它?所以只当是拓展看看。世间千万般物事,多数不可强求,唯物理可强求。

过程:在物体运动过程中,取绳与水平夹角在的微小过程,有




由两角差正弦公式,有

考虑到很小,则,有

现考虑微元累积,则有

这是一个极其简单的积分,结果为

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