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递推法在高中物理解题中是极为常见的方法,顾名思义,这种方法多用在物体发生多次运动或者作用之后,也就是说物体运动中所牵扯的关系较多,并且过程中有一定的规律可循,在解决的时候可以仔细观察,耐心寻找,利用数学方法和物理知识,把问题归类,然后再求出通式,运用这种方法的关键是导出联系相邻两次作用的递推关系式,然后推而广之.本文中,笔者通过大量的案例讲解了高中物理试题解答中的递推法应用策略,希望能提高学生的解题效率.
例1 一列装满货物的火车,其特征是火车的车头与每节车厢的重量都是m,再启动后,假如火车能带动30节车厢,试问,利用倒退起动,此辆火车的车头能带动多少节车厢?
解题过程分析:
火车的车头行驶方向不同,他们的动能也是不同的.若列车一次直接起动,火车的车头牵引力必须能够克服摩擦力做功,实现各分节车厢动能都能增加,而火车如果启用倒退起动,这时火车的车头是需要克服摩擦力做的总功不变,而各节车厢起动的动能就出现了一定的差异,因为倒退后火车车厢挂钩间存在Δs的宽松距离.
设火车的牵引力为F,得:
车头起动时,有(F-μmg)Δs=1 2mv21; 拉第一节车厢时:
(m+m)v1[KG-*2]′=mv1.
故有
v1[KG-*2]′2=1 4
v21=1 2
(F m
-μg)Δs;(F-2μmg)Δs=
1 2×2mv22
-1 2×2mv1[KG-*2]′2.
拉第二节车厢时:
(m+2m)v2[KG-*2]′=2mv2;解得:
v2[KG-*2]′2=4 9
v22=
2 3
(F m
-5 3μg)Δs……
推理可得
vn[KG-*2]′2=
n n+1
(F m
-2n+1 3
μg)Δs
;由v′2>0可得:F>
2n+1 3 μmg.
由题意知
F=31μmg,得n<46;所以能起动45节车厢.
例2 现有20块质量相同的正方形光滑木头块,长度都是L,横截面边长为
h(h=L/4)
使用它们在一个水平面上一块叠一块得构造成单孔桥,打造的单孔桥需要实现桥孔底宽最大化,试求跨度与桥孔高的比是多少?
解题过程分析:
按照数学思维和几何思想,要想构建的单孔桥稳固需要在桥孔的两侧存放相同的木头块,这样才能保持单孔桥的平衡,这里的平衡反映在力学上就是这些木头块的作用合力为0.题干要求的是桥孔底宽最大化,其实依据问题分析可以知道,只需要每一个木头块都能满足最大伸出量,那单孔桥的跨度也就最大了.因为每一个木头块都存在一定的厚度,所以最大跨度与桥孔高度必然存在一个比值.
将从上到下的积木块依次计为1、2、…、n,
显然第1块相对第2块的最大伸出量为
Δx1=L 2.
第2块相对第3块的最大伸出量为Δx2(如图1所示),则:
Δx2=L 4
=L 2×2
同理可得第3块的最大伸出量Δx3=L 2×3
……
最后归纳得出Δxn=
L 2×n;所以总跨度
k=2∑9 n=1
Δxn=11.32h.
跨度与桥孔高的比值为
k H
=11.32h 9h
=1.258.
例3 有一大批质量是m的木块存放在一个水平面上,并且要用长度为L的细线把相邻的两个木头块连接着,如果使用F大小的恒力沿排列方向拉第一个木块,后面的木头块也被带动起来,试求第n个的速度是多少?
解题过程分析:
从题干给出的条件得知,当每一个木头块被拉动起来之后,前后两个木头块就融为一体,并且它们都要做匀加速运动,运动长度为L后,会自然的牵动下一个木头块.在绳子绷紧时,有部分机械能转化为内能. 因此,如果列出
(n-1)FL=1 2
nmv2n
关系式就是错误.设第(n-1)个被拉动时的速度为
vn-1,它即将拉动下一个木块时速度增至
vn-1′,第n个木块刚被拉动时速度为
vn,对第
(n-1)个开始运动到它把下一段绳子即将拉紧这一过程,得:
FL=1 2
(n-1)mvn-1[KG-*2]′2-1 2
(n-1)mv2n-1①
对绳子把第n个木块拉动这一短暂过程,由动量守恒定律,有
(n-1)mvn-1[KG-*2]′=nmvn,
得:vn-1[KG-1]′=n n-1vn ②
把②式代入①式得:FL=1 2
(n-1)m(n n-1vn)2-1 2
(n-1)mv2n-1
整理后得:(n-1)
2FL m=n2v2n-(n-1)2v2n-1 ③
③式就是反映相邻两木块被拉动时速度关系的递推式,由③式可知
当n=2时有:
2FL m
=22v22-v21
当n=3时有: 2•2FL m
=32v23-22v22…
一般地有(n-1)2FL m
=n2v2n-(n-1)2v2n-1
将以上(n-1)个等式相加,得:
(1+2+3+…+n-1)2FL m
=n2v2n-v21.
所以有
n(n-1) 2
•2FL m
=n2v2n-v21.
在本题中v1=0,所以
vn=
FL(n-1) nm.
例1 一列装满货物的火车,其特征是火车的车头与每节车厢的重量都是m,再启动后,假如火车能带动30节车厢,试问,利用倒退起动,此辆火车的车头能带动多少节车厢?
解题过程分析:
火车的车头行驶方向不同,他们的动能也是不同的.若列车一次直接起动,火车的车头牵引力必须能够克服摩擦力做功,实现各分节车厢动能都能增加,而火车如果启用倒退起动,这时火车的车头是需要克服摩擦力做的总功不变,而各节车厢起动的动能就出现了一定的差异,因为倒退后火车车厢挂钩间存在Δs的宽松距离.
设火车的牵引力为F,得:
车头起动时,有(F-μmg)Δs=1 2mv21; 拉第一节车厢时:
(m+m)v1[KG-*2]′=mv1.
故有
v1[KG-*2]′2=1 4
v21=1 2
(F m
-μg)Δs;(F-2μmg)Δs=
1 2×2mv22
-1 2×2mv1[KG-*2]′2.
拉第二节车厢时:
(m+2m)v2[KG-*2]′=2mv2;解得:
v2[KG-*2]′2=4 9
v22=
2 3
(F m
-5 3μg)Δs……
推理可得
vn[KG-*2]′2=
n n+1
(F m
-2n+1 3
μg)Δs
;由v′2>0可得:F>
2n+1 3 μmg.
由题意知
F=31μmg,得n<46;所以能起动45节车厢.
例2 现有20块质量相同的正方形光滑木头块,长度都是L,横截面边长为
h(h=L/4)
使用它们在一个水平面上一块叠一块得构造成单孔桥,打造的单孔桥需要实现桥孔底宽最大化,试求跨度与桥孔高的比是多少?
解题过程分析:
按照数学思维和几何思想,要想构建的单孔桥稳固需要在桥孔的两侧存放相同的木头块,这样才能保持单孔桥的平衡,这里的平衡反映在力学上就是这些木头块的作用合力为0.题干要求的是桥孔底宽最大化,其实依据问题分析可以知道,只需要每一个木头块都能满足最大伸出量,那单孔桥的跨度也就最大了.因为每一个木头块都存在一定的厚度,所以最大跨度与桥孔高度必然存在一个比值.
将从上到下的积木块依次计为1、2、…、n,
显然第1块相对第2块的最大伸出量为
Δx1=L 2.
第2块相对第3块的最大伸出量为Δx2(如图1所示),则:
Δx2=L 4
=L 2×2
同理可得第3块的最大伸出量Δx3=L 2×3
……
最后归纳得出Δxn=
L 2×n;所以总跨度
k=2∑9 n=1
Δxn=11.32h.
跨度与桥孔高的比值为
k H
=11.32h 9h
=1.258.
例3 有一大批质量是m的木块存放在一个水平面上,并且要用长度为L的细线把相邻的两个木头块连接着,如果使用F大小的恒力沿排列方向拉第一个木块,后面的木头块也被带动起来,试求第n个的速度是多少?
解题过程分析:
从题干给出的条件得知,当每一个木头块被拉动起来之后,前后两个木头块就融为一体,并且它们都要做匀加速运动,运动长度为L后,会自然的牵动下一个木头块.在绳子绷紧时,有部分机械能转化为内能. 因此,如果列出
(n-1)FL=1 2
nmv2n
关系式就是错误.设第(n-1)个被拉动时的速度为
vn-1,它即将拉动下一个木块时速度增至
vn-1′,第n个木块刚被拉动时速度为
vn,对第
(n-1)个开始运动到它把下一段绳子即将拉紧这一过程,得:
FL=1 2
(n-1)mvn-1[KG-*2]′2-1 2
(n-1)mv2n-1①
对绳子把第n个木块拉动这一短暂过程,由动量守恒定律,有
(n-1)mvn-1[KG-*2]′=nmvn,
得:vn-1[KG-1]′=n n-1vn ②
把②式代入①式得:FL=1 2
(n-1)m(n n-1vn)2-1 2
(n-1)mv2n-1
整理后得:(n-1)
2FL m=n2v2n-(n-1)2v2n-1 ③
③式就是反映相邻两木块被拉动时速度关系的递推式,由③式可知
当n=2时有:
2FL m
=22v22-v21
当n=3时有: 2•2FL m
=32v23-22v22…
一般地有(n-1)2FL m
=n2v2n-(n-1)2v2n-1
将以上(n-1)个等式相加,得:
(1+2+3+…+n-1)2FL m
=n2v2n-v21.
所以有
n(n-1) 2
•2FL m
=n2v2n-v21.
在本题中v1=0,所以
vn=
FL(n-1) nm.