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近年的物理试题在重视夯实基础的前提下,越来越注重创新能力的培养. 要加强创新思维的发展,就要在“求同存异”的情况下,既要学会归纳知识点,总结方法,实现常规题型常规解法,做到“多题一解”,也要学会采用发散思维,合理采用物理方法,灵活应用数学知识,做到“一题多解”.
例题 如图1甲,一颗弹丸水平击中一个悬挂着的静止着的单摆,且未穿出. 它们一起做简谐运动,其振动图象如图乙,已知摆球质量是弹丸质量的5倍,求弹丸飞来时的速度大小?
[甲]
[乙]
图1
解法一 从能量角度考虑
设摆球质量为[5m],弹丸质量为[m],弹丸飞来速度为[v0]. 弹丸射进瞬间,弹丸和摆球动量守恒
[mv0=(5m+m)v1] ①
得[v1=v06]
而由图1乙,可知[T=4s], [A=10cm]
由[T=2πlg],得[l=4m]
弹丸在最低点射入摆球至一起达最高点的过程中,由机械能守恒定律,有
[12×6mv2=6mgh] ②
以下求[h]就要灵活应用数学知识了.
(1)由振动图象知,离开平衡位置只能有两个相反方向,故可把单摆近似看成水平方向做简谐运动,如图2,有
[h=l-l2-A2] ③
由①②③,得[v0=0.942m/s]
图2
图3
(2)如图3,由相似三角形,有
[cosα=hA=A2l]
得到[h=A22l] ④
由①②④,得[v0=0.942m/s]
图4
(3)如图4,由三角函数的转换关系,有
[h=l(1-cosα)=l[1-(1-2sin2θ2)]] ⑤
由①②⑤,得[v0=0.942m/s]
点拨 此方法是处理此题型的常规方法.
解法二 由简谐运动的知识求解
图5
如图5,弹丸和摆球一起做简谐运动,可把它们理解为以振幅[A=10cm]为半径、以坐标原点为圆心一质点做角速度[ω=2πT](其中[T=4s])的匀速圆周运动,半径在竖直方向上的投影做简谐运动,[y=Asinωt],速度[v=ωA],在竖直方向的分速度
[v1=vcosθ =Aωcosωt]
得[v1max=Aω=A2πT= 0.157m/s]
由①式得[v0=6 v1max=0.942m/s]
点拨 此方法采用了类比的思想,对解决有关简谐运动和波动与振动相结合的相关题型较简捷.
解法三 由数学的求导思想可解
由图1乙,知[T=4s],[A=10cm],振动图线可表示为
[x=Asinωt]
[v=Aωcosωt]
而在平衡位置振动速度最大
[v1=Aω=A2πT =0.157m/s]
由①式得[v0=0.942m/s]
点拨 此方法对数学知识的掌握要求较高,预计求导思想在高考题中会有所考查.
例题 如图1甲,一颗弹丸水平击中一个悬挂着的静止着的单摆,且未穿出. 它们一起做简谐运动,其振动图象如图乙,已知摆球质量是弹丸质量的5倍,求弹丸飞来时的速度大小?
[甲]
[乙]
图1
解法一 从能量角度考虑
设摆球质量为[5m],弹丸质量为[m],弹丸飞来速度为[v0]. 弹丸射进瞬间,弹丸和摆球动量守恒
[mv0=(5m+m)v1] ①
得[v1=v06]
而由图1乙,可知[T=4s], [A=10cm]
由[T=2πlg],得[l=4m]
弹丸在最低点射入摆球至一起达最高点的过程中,由机械能守恒定律,有
[12×6mv2=6mgh] ②
以下求[h]就要灵活应用数学知识了.
(1)由振动图象知,离开平衡位置只能有两个相反方向,故可把单摆近似看成水平方向做简谐运动,如图2,有
[h=l-l2-A2] ③
由①②③,得[v0=0.942m/s]
图2
图3
(2)如图3,由相似三角形,有
[cosα=hA=A2l]
得到[h=A22l] ④
由①②④,得[v0=0.942m/s]
图4
(3)如图4,由三角函数的转换关系,有
[h=l(1-cosα)=l[1-(1-2sin2θ2)]] ⑤
由①②⑤,得[v0=0.942m/s]
点拨 此方法是处理此题型的常规方法.
解法二 由简谐运动的知识求解
图5
如图5,弹丸和摆球一起做简谐运动,可把它们理解为以振幅[A=10cm]为半径、以坐标原点为圆心一质点做角速度[ω=2πT](其中[T=4s])的匀速圆周运动,半径在竖直方向上的投影做简谐运动,[y=Asinωt],速度[v=ωA],在竖直方向的分速度
[v1=vcosθ =Aωcosωt]
得[v1max=Aω=A2πT= 0.157m/s]
由①式得[v0=6 v1max=0.942m/s]
点拨 此方法采用了类比的思想,对解决有关简谐运动和波动与振动相结合的相关题型较简捷.
解法三 由数学的求导思想可解
由图1乙,知[T=4s],[A=10cm],振动图线可表示为
[x=Asinωt]
[v=Aωcosωt]
而在平衡位置振动速度最大
[v1=Aω=A2πT =0.157m/s]
由①式得[v0=0.942m/s]
点拨 此方法对数学知识的掌握要求较高,预计求导思想在高考题中会有所考查.