妙用“分解”巧解題

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網(wǎng)

解決問題,歸根結(jié)底是問題。教學中發(fā)現(xiàn),盡管教材專門講述了“力的分解”和“運動的分解”,對力的分解及平拋運動的處理也基本掌握,但遇到具體問題,需要分解其他矢量或分解其他運動形式時,有時仍顯得無所適從。筆者認為,產(chǎn)生這樣的原因,是由于方式只停留在局部空間,沒有真正領(lǐng)悟到“分解”原理的精髓。本文通過例題剖析“分解”的思想,供參考。

一、分解矢量巧解題

物理中涉及的矢量較多,如力、速度、加速度、電場強度、磁感應強度等。遇到具體問題時,通過分解除力之外的其他矢量來尋求解題途徑,往往會收到事半功倍的效果。

例1 一帶正電的小球質(zhì)量為m=1.0×10-2kg,帶電量為q=1.0×10-2C,小球在相互垂直的勻強電場和勻強磁場的空間中沿一斜線向下做勻速直線運動,如圖1所示。已知其水平分速度為vx=6m/s,磁感應強度大小為B=1T,方向垂直紙面向里,電場力做負功的功率大小為PE=0.3W。求電場強度E的大小和方向。(g取10m/s2,方向可用反三角函數(shù)表示)

解析 將速度矢量分解,設水平速度為vx,豎直速度為vy,則帶電小球在復合場中受力分析如圖2所示。

由于小球做勻速直線運動,根據(jù)力的平衡條件,得

, ①

。 ②

又因洛倫茲力對小球不做功,則電場力的功率和重力的功率大小相等,有

。 ③

聯(lián)立①、②、③三式,得

,。

故電場強度的大小。

設場強與豎直方向夾角為θ,則滿足

,

所以

二、分解運動巧解題

如果所研究的運動性質(zhì)較為復雜時,可以把它分解為兩個較簡單的運動形式去研究。如物體的平拋運動、“小船渡河”問題等。

例2 在廣場游玩時,一個小孩將一充有氫氣的氣球用細繩系于一個小石塊上,并將小石塊放置于水平面上。已知小石塊的質(zhì)量為m1,氣球(含球內(nèi)氫氣)的質(zhì)量為m2,氣球體積為V,空氣密度為ρ(V和ρ均視為不變量),風沿水平方向吹,風速為v,已知風對氣球的作用力f=ku(式中k為一已知常數(shù),u為氣球相對空氣的速度)。開始時,小石塊靜止在地面上,如圖3所示。求:

(1)若風速v在逐漸增大,小孩擔心氣球會連同小石塊一起被吹離地面,試判斷是否會出現(xiàn)這一情況,并說明理由。

(2)若細繩突然斷開,已知氣球飛上天空后,在氣球所經(jīng)過的空間中的風速v保持不變,求氣球所能達到的最大速度。

解析。1)不會出現(xiàn)(理由略)。

(2)經(jīng)分析知,氣球達到最大速度時做勻速直線運動,其運動方向斜向左上方。將氣球的運動分解為水平方向和豎直方向的兩個勻速直線運動。根據(jù)力的平衡條件,得

水平方向f=0,即u=0。此時氣球水平分速度

,①

豎直方向 ,②

聯(lián)立①、②兩式得氣球的最大速度

三、分解定理、定律的矢量式巧解題

物理學中,有些定理、定律的表達式是矢量式。必要時,也可將矢量式分解。如牛頓第二定律表達式F合=ma,將其正交分解得Fx=max 高中地理,F(xiàn)y=may。

例3 在許多風景秀麗但山勢陡峭的名山,如泰山、黃山等,為了方便游客,都修建了登山索道,如圖4所示。已知泰山索道某段與水平面的夾角為37°,當載人車廂沿鋼索勻加速向上運動時,車廂中的人對車廂底的壓力為其體重的1.25倍,那么車廂對人的摩擦力為其體重的多少倍?

解析 對人受力分析如圖5甲所示,分解加速度a如圖5乙所示。根據(jù)牛頓第二定律的分量表達式,得

水平方向 ,①

豎直方向 ,②

又 ,③

聯(lián)立①、②、③三式,得

。

例4 如圖6所示,真空中有一帶電微粒,質(zhì)量為m,帶電量為q,以初速度v0從A點豎直向上射入水平方向的勻強電場中,微粒在電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)到達B點時,速度方向變?yōu)樗较蛴遥笮?v0。求該電場的電場強度E的大小。

解析 帶電微粒在電場力和重力的共同作用下做類平拋運動,設此過程經(jīng)歷的時間為t。由動量定理的分量表達式,得

水平方向 ,①

豎直方向 ,②

聯(lián)立①、②兩式,得。



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