例谈运动和力|solidworks中运动算例
时间：2018-12-28 03:29:49 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
运动和力的关系问题是力的作用效果的一个体现.力和运动所研究的物理现象、规律与生活紧密联系,在分析物体的受力情况、判断物体的浮沉等方面有着重要的作用,是力学的基础和核心内容之一.本文阐述的要点有:如何判断运动状态改变;物体不受力、受平衡力、受非平衡力情况下怎样运动,其中惯性的概念、牛顿第一定律的理解是处理力与运动关系的基础.
一、运动状态及其改变的判断
例1某学习小组对一辆在平直公路上做直线运动的小车进行观测研究,他们记录了小车在某段时间内通过的路程与所用的时间,并根据记录的数据绘制了路程与时间的关系图像,如图1所示.根据图像可以判断( ).
A.0~5s内,小车的平均速度是0.4m/s
B.0~7s内,小车的平均速度是1.5m/s
C.2s~5s内,小车受到的合力不为零
D.5s~7s内,小车受到的合力不为零
解析本题中给出的s-t函数图像可以看出,小车的运动包含三个过程:0~2s内小车做匀速直线运动,速度为1m/s;2~5s内小车静止,速度为零;5~7s小车做匀速直线运动,但速度比0~2s内大,为2m/s.无论小车处于静止或做匀速直线运动,小车运动状态不变,小车不受力或受到的合力为零.0~5s内,小车的平均速度是0.4m/s,所以本题答案选A.
点评运动状态及其改变的判断是正确理解运动和力关系的基础.从函数图像角度获取信息更能彰显同学们的分析判断能力.当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时称为运动状态不变,这时物体不受力或受到的合力为零;当物体做变速直线运动或曲线运动均称为运动状态改变,这时物体受到了力或合力(不为零)的作用.
二、将平衡力、力的作用的相互性区别开来
例2 “天宫一号”飞行器亮相2009年除夕夜的央视春晚.据报道,“天宫一号”类似于一个小型空间实验站,在发射天宫一号之后的两年中,我国将相继发射神舟8、9、10号飞船,分别与天宫一号实现变轨对接,但对接难度很大,如果计算不准,就可能发生飞船相撞事故.“天宫一号”与飞船变轨对接的过程中涉及到的力学知识请写出二点:
① ;
② .
解析从“天宫一号”飞行器的运动状态看,变轨对接的过程,就是改变飞船的运动状态,使飞船的飞行速度大小方向都发生改变,使它与“天宫一号”飞行器保持一致.运动状态发生改变,一定受到非平衡力作用,这种力来自自身发动机点火、喷气,利用力的作用具有相互性来达到目的.本题涉及的答案是:力是改变物体运动状态的原因;力的作用是相互的.
点评(1)一定不能将平衡力与相互作用力混淆,相互作用力作用在两个物体上,其他三个条件均同于平衡力;(2)根据物体的运动状态判定所受力的大小关系,如果一个物体保持静止或匀速直线运动状态,则这个物体受平衡力,互为平衡的两个力大小相等;如果一个物体只受一个力,一定不平衡,一定做变速运动;做变速运动的物体一定受非平衡力,若只受两个力,则这两个力的大小一定不相等.
三、利用力和运动的关系,学会受力分析方法
例3如图3所示,物体A置于小车上随小车一起在平直路面上向右运动.当小车遇物体B受阻停止后,物体A在小车上仍向右运动,且速度越来越慢.请在图中画出这一过程中物体A在水平方向受力的示意图(忽略空气阻力).
解析物体A与小车原来的状态是在平直的路上一起向右运动,当小车受到阻力停止运动,物体A依靠自身的惯性仍向右运动.在水平面上,摩擦力改变了其运动状态,阻碍其向右运动,方向向左,如图4所示.
点评应当明确,当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,情况有两种:①可能不受力;②可能受平衡力的作用;反之,当物体不受力或受平衡力作用时,物体的运动状态有两种情况:①物体处于静止状态;②处于匀速直线运动状态.物体运动状态改变一定受到了力的作用,利用这种关系寻找力的来源,确定力的方向,作出力的示意图.
四、找准突破点,把握惯性的概念
例4中国女子冰壶队勇夺2009年世锦赛冠军.冰壶比赛得分规则是:冰壶被运动员掷出去后,在冰面上滑行(运动员不能再触碰),依据最终停在得分区的不同位置得分.如图5所示,关于比赛中的冰壶,下列说法中正确的是( ).
A.壶掷出去后,在冰面上做匀速直线运动
B.壶在运动过程中,受到的合力为零
C.壶在离开运动员手后,受到惯性力作用
D.壶被掷出去后,由于惯性会继续滑行一段距离
解析冰壶掷出去在冰面上是依靠自身的惯性运动的,但最终会停下来,可见运动状态在改变,在竖直方向上受到支持力和重力一对平衡力的作用,水平方向上受到很小的摩擦力作用,也就是这个摩擦力改变了冰壶的运动状态,合力不为零.本题选D.
点评惯性是物体的一种属性,它不是力,力是物体间的作用,发生力的作用时,必然要涉及到两个相互作用的物体.惯性只有大小,没有方向,因此把惯性说成“惯性力”或“受惯性作用”都是错误的.当物体做变速运动时,物体肯定受力不平衡;反之物体受力不平衡,则运动状态肯定改变.力是物体运动状态变化的原因,不是维持物体运动的原因.
五、在历史的长河中捕捉前人的研究灵感,促进科学素养的形成
例5人类航天航空技术的发展,得益于物理学中关于运动和力的研究.
(1)对“运动和力关系”的研究大致经历了以下几个阶段:
①古希腊哲学家亚里士多德根据经验和思辨认为 .
②伽利略通过实验说明:运动物体如果不受其他物体的作用,将会.
③英国科学家概括了伽利略等人的研究成果,总结出著名的惯性定律.
(2)惯性定律的内容是:
.
(3)作为经典力学的先驱,伽利略开创了实验物理的先河.“实践是检验真理的标准”,最先在物理学中成为共识.
解析古希腊哲学家亚里士多德根据经验和思辨认为:物体的运动是由于受到力的作用,力是维持物体运动的原因;伽利略通过实验并进行理想化推理:运动物体如果不受其他物体的作用,将会永远地运动下去,做匀速直线运动;牛顿概括总结了前人的成果,总结得出牛顿第一定律.本题答案:①力是维持物体运动的原因;②做匀速直线运动;③牛顿;(2)一切物体在不受外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态.
点评(1)力和运动关系的研究历史也体现经典力学的发展史.伽科略斜面实验的卓越之处不是实验本身,而是实验所使用的独特思维方法――在实验的基础上,进行理想化推理(也称作理想化实验).该实验也是历年中考物理命题的热点.
(2)牛顿在伽利略、笛卡儿等关于力和运动的关系的研究成果的基础上进一步完善、总结出的牛顿第一规律,它是以可靠的实验事实为基础进行逻辑推理和思辨的产物(理想实验),是无法用实验直接验证的.
(3)从规律的意义和作用看,牛顿第一定律不仅回答了力和运动的关系,而且明确了力和惯性两个概念的含义.没有牛顿第一定律揭示的“力是改变物体运动状态的原因” ,就不会有牛顿第二定律的得出,也就不会以新的视角审视引力、发现万有引力定律,进而令人信服地表明天上和人间遵循同样的力学规律.
总之,力和运动的关系的研究既有思想性,又有方法性;既有悠久的研究历史,又是人们在生活中直接面对的且不容回避的问题,因而也是历年中考物理命题的热点.
