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微元法是一种从局部求解整体的解题方法。利用微元法求解可以将复杂的物理过程转变成数学的物理规律,从而保证问题的顺利解决。下面举例分析。
1.求解质量问题
微元法的关键是先將整体分解成多个微小单元,再对各个单元进行分析,最后达到解决整体的目的。在求解一些复杂的质量问题时,利用微元法可以很好地简化计算,提高解题效率。
例1 一辆汽车在水平地面上加速运动,汽车中有一杯水,水面与水平面间的倾斜角是臼,试求汽车启动的加速度大小及方向。
解析:本题中可以将倾斜的水面看成是研究对象,其受力情况如图l所示,F合=△mgtanθ,由牛顿第二定律得F合=△ma,解得a=gtanθ,方向与汽车的启动方向相同。
2.求解动力学问题
当遇到非匀变速运动力学问题时,如果采用一般的运动类解题方法,不仅需要很大的运算量,而且容易出错。若是利用微元法,从局部人手,就能快速求解。
例2质量为m的物体从地面以初速度vo向上垂直抛出,该物体的运动速率随时间t的变化关系如图2所示,若该物体受到的空气阻力与速度成正比,求:
(1)该物体在整个运动过程中空气阻力做的功。
(2)物体抛出瞬间的加速度。
(3)物体在t1时刻的高度。
3.求解位移问题
求解导体在匀强磁场中的光滑轨道上的位移问题时,利用微元法将运动过程分成多个时间内的匀速运动过程,可以快速得出答案。
例3质量为m的金属块位于光滑的平行轨道上,轨道的宽度为L,磁感应强度为B的均匀磁场垂直于轨道平面,轨道左侧连接阻值为R的电阻,其他电阻不计,如图3所示。当金属块从初速度v0水平向右运动时,金属块最远能移动多远?
1.求解质量问题
微元法的关键是先將整体分解成多个微小单元,再对各个单元进行分析,最后达到解决整体的目的。在求解一些复杂的质量问题时,利用微元法可以很好地简化计算,提高解题效率。
例1 一辆汽车在水平地面上加速运动,汽车中有一杯水,水面与水平面间的倾斜角是臼,试求汽车启动的加速度大小及方向。
解析:本题中可以将倾斜的水面看成是研究对象,其受力情况如图l所示,F合=△mgtanθ,由牛顿第二定律得F合=△ma,解得a=gtanθ,方向与汽车的启动方向相同。
2.求解动力学问题
当遇到非匀变速运动力学问题时,如果采用一般的运动类解题方法,不仅需要很大的运算量,而且容易出错。若是利用微元法,从局部人手,就能快速求解。
例2质量为m的物体从地面以初速度vo向上垂直抛出,该物体的运动速率随时间t的变化关系如图2所示,若该物体受到的空气阻力与速度成正比,求:
(1)该物体在整个运动过程中空气阻力做的功。
(2)物体抛出瞬间的加速度。
(3)物体在t1时刻的高度。
3.求解位移问题
求解导体在匀强磁场中的光滑轨道上的位移问题时,利用微元法将运动过程分成多个时间内的匀速运动过程,可以快速得出答案。
例3质量为m的金属块位于光滑的平行轨道上,轨道的宽度为L,磁感应强度为B的均匀磁场垂直于轨道平面,轨道左侧连接阻值为R的电阻,其他电阻不计,如图3所示。当金属块从初速度v0水平向右运动时,金属块最远能移动多远?