浅析运动分析和受力分析在高中物理解题过程中的应用

1、浅析运动分析和受力分析在高中物理解题过程中的应用【摘 要】运动分析和受力分析在高中物理学习的过程中非常关键。在解答高中物理的各个模块的题目时，往往都需要借助运动分析和受力分析。有时候在面对一道题目毫无头绪时，通过对物理过程进行运动分析和受力分析，问题就可以迎刃而解。所以说，运动分析和受力分析就是打开高中物理题库的金钥匙。【关键词】 运动分析 受力分析 高中物理主干知识包括：力学中的直线与曲线运动、力、牛顿运动定律、机械能、动量等；电学中的电场、恒定电流、磁场、电磁感应等。显然能熟练掌握这些物理主干知识，高中物理的学习就完成已经了大部分。在学习这些主干知识时，如果能紧扣运动分析和受力分析，对这些

2、主干知识的掌握就能够起到事半功倍的效果。物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。而运动规律和物质相互作用可以在运动分析和受力分析中得到体现，所以能够熟练地对物理问题进行运动分析和受力分析，然后结合物理情景应用物理公式、定理、定律，就能够很好地解答物理题目。下面分成如下几点，通过具体题目来更进一步认识运动分析和受力分析。一、 运动分析的单独应用要对物体运动分析，关键必须掌握好两个要点：状态和过程。因为在运动学的运动规律和运动公式里面，所涉及的物理量不是状态量就是过程量，只要能够确定运动物体从初始状态到末状态，是经历了什么样的过程，符合了什么样的运动规律和运动公式，问题往往就迎刃而

3、解。例（09年江苏物理）如图所示，以匀速行驶的汽车即将通过路口，绿灯还有2 s将熄灭，此时汽车距离停车线18m。该车加速时最大加速度大小为，减速时最大加速度大小为。此路段允许行驶的最大速度为，下列说法中正确的有 A如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线 B如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速 C如果立即做匀减速运动，在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线 D如果距停车线处减速，汽车能停在停车线处答案：AC分析：（1）弄清题意，知道题目涉及到的运动参量有：初速度V0、运动时间t、加速度a加a减、位移x、最大速度Vm（2）根据题意汽车可能作三种运动：匀加速直线运动、匀

4、速直线运动、匀减直线速运动。（匀速直线运动根据选项可先排除）（3）应用匀变速直线运动的公式，汽车如果立即做匀加速直线运动，t1=2s内的位移=20m18m，此时汽车的速度为12m/smgcos，故tan，故AB错误；若要使物块在平行于斜面向上的拉力F的作用下沿斜面匀速上滑，由平衡条件有：F-mgsin-mgcos=0故F= mgsin+mgcos，若=tan，则mgsin=mgcos， 即F=2mgsin故C项正确；若要使物块在平行于斜面向下的拉力F作用下沿斜面向下匀速滑动，由平衡条件有：F+mgsin-mgcos=0 则 F=mgcos- mgsin 若=tan，则mgsin=mgcos，即

5、F=0，故D项错误。小结：对物体受力分析需要准确抓住状态，因为状态变化受力可能也不同。三、运动分析和受力分析的综合应用整个高中物理的主干知识，几乎可以用运动分析和受力分析把它们给贯穿起来，下面通过具体例子来加深了解。（一） 运动分析和受力分析在曲线运动的应用物体做曲线运动的条件是：物体所受合力的方向与运动方向不在同一直线上。从物体做曲线运动的条件就可以看出了力和运动的关系。例（09年广东物理）如图所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心OO转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R和H，筒内壁A点的高度为筒高的一半。内壁上有一质量为m的小物块。求当筒不转动时，物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的

6、大小；当物块在A点随筒做匀速转动，且其受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度。（题目略有改动）解析当筒不转动时，物块静止在筒壁A点时受到的重力、摩擦力和支持力三力作用而平衡，由平衡条件得 摩擦力的大小 支持力的大小当物块在A点随筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，物块在筒壁A点时受到的重力和支持力作用，它们的合力提供向心力，设筒转动的角速度为有 由几何关系得 联立以上各式解得小结：各种特殊曲线运动都要满足一定的受力条件。（二） 运动分析和受力分析在牛顿运动定律中的应用牛顿运动定律阐述的是物体运动和受力的关系，所以牛顿运动定律是整个经典物理学的基石。例（09年江苏卷）航模兴趣小组设计出一架遥控飞

7、行器，其质量m =2，动力系统提供的恒定升力F =28 N。试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。 （1）第一次试飞，飞行器飞行t1 = 8 s 时到达高度H = 64 m。求飞行器所阻力f的大小； （2）第二次试飞，飞行器飞行t2 = 6 s 时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。求飞行器能达到的最大高度h；（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3 。解析：（1）第一次飞行中，设加速度为匀加速运动由牛顿第二定律解得（2）第二次飞行中，设失去升力时的速度为，上升的高度为匀加速运动设失去升力后的速度为，上升

8、的高度为由牛顿第二定律解得（3）设失去升力下降阶段加速度为；恢复升力后加速度为，恢复升力时速度为由牛顿第二定律 F+f-mg=ma4且V3=a3t3解得t3=(s)(或2.1s)小结：应用牛顿运动定律解题，运动分析和受力分析成了唯一线索。（三） 运动分析和受力分析在机械能、动量中的应用机械能和动量解题需要将整个经典力学的知识综合运用起来，题目往往比较复杂。但是如果能够把握好运动分析和受力分析这两大主线，可以将复杂问题简单化。例（09年天津卷）如图所示，质量m1=0.3 kg 的小车静止在光滑的水平面上，车长L=15 m,现有质量m2=0.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0=2 m/

9、s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数=0.5,取g=10 m/s2，求（1） 物块在车面上滑行的时间t;（2） 要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0不超过多少。解析：本题考查摩擦拖动类的动量和能量问题。涉及动量守恒定律、动量定理和功能关系这些物理规律的运用。（1）设物块与小车的共同速度为v，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有 设物块与车面间的滑动摩擦力为F，对物块应用动量定理有 其中 解得代入数据得 （2）要使物块恰好不从车厢滑出，须物块到车面右端时与小车有共同的速度v，则 由功能关系有 代入数据解得 =5m/s故要使物块不从小车右

10、端滑出，物块滑上小车的速度v0不能超过5m/s。小结：物体的能、量状态，与运动和力也有密切关系。（四） 运动分析和受力分析在电场中的应用在高中阶段对于电、磁的学习，主要也是从运动和力方面来学习的，只不过是再增加几种性质的力而已。例（09年全国卷）图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线。两粒子M、N质量相等，所带电荷的绝对值也相等。现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c 点。若不计重力，则A. M带负电荷，N带正电荷B. N在a点的速度与M在c点的速度大小相同C. N在从O点运动至a点

11、的过程中克服电场力做功D. M在从O点运动至b点的过程中，电场力对它做的功等于零答案：BD解析：本题考查带电粒子在电场中的运动.图中的虚线为等势线,所以M点从O点到b点的过程中电场力对粒子做功等于零,D正确.根据MN粒子的运动轨迹可知N受到的电场力向上M受到的电场力向下,电荷的正负不清楚但为异种电荷.A错.o到a的电势差等于o到c的两点的电势差,而且电荷和质量大小相等,而且电场力都做的是正功根据动能定理得a与c两点的速度大小相同,但方向不同,B对。（五）运动分析和受力分析在磁场中的应用例（09年广东物理）图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交

12、的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小答案：ABC解析：由加速电场可见粒子所受电场力向下，即粒子带正电，在速度选择器中，电场力水平向右，洛伦兹力水平向左，如图所示，因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外B正确；经过速度选择器时满足，可知能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B，带电粒子进入磁场做匀速圆周运动则有，可见当v相同时，

13、所以可以用来区分同位素，且R越大，比荷就越大，D错误。（六）运动分析和受力分析在电磁感应中的应用例（09年上海物理）如图，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻。区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s。一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F0.5v0.4（N）（v为金属棒运动速度）的水平力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大。（已知l1m，m1kg，R0.3W，r0.2W，s1m）（1）分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动；（2）求磁感应强度B的大小；（3）若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足vv0x，且棒在运动到ef处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？（4）若在棒未出磁场区域时撤去外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移的变化所对应的各种可能的图线。解析：（1）金属棒做匀加速运动，R两端电压UIev，U随时间均匀增大，即v随时间均匀增大，加速度为恒量；（2）Fma，以F0.5v0.4代