浅谈多过程往复运动中能量耗散问题模型.doc

浅谈多过程往复运动中能量耗散问题模型 　　“多过程分析问题”一直是高考考查的热点问题，它能很好的考查学生分析物理问题、逻辑思维的能力.而多过程分析问题中的“循环往复运动问题”，由于其运动子过程个数不确定性、终了运动状态不确定性，更能考查学生分析物理问题的能力.正因为“循环往复运动问题”更能考查学生分析物理问题的能力，使这类问题的习题倍受命题者的青睐，成为大、中、小型考试中的热点问题中的热点问题.本文选取多过程分析问题中的“循环往复运动问题”，构建物理模型，重点分析物体在运动过程中的能量耗散问题，寻找“循环往复运动中的能量耗散问题”类题目的一般解决方法. 　　1多过程往复运动中的能量耗散问题模型介绍 　　多过程往复运动中的能量耗散问题模型是指物体在往复运动过程中，能量不断耗散损失的问题模型.引起物体“往复运动”的原因一般是物体在某一方向上受到一恒力，此恒力始终大于在同一直线上沿反方向的另一恒力，此时，物体将做往复运动，在往复运动过程中物体的能量不断耗散，最终物体处于静止或摆动状态. 　　2多过程往复运动中的能量耗散问题模型类型 　　在多过程往复运动中，物体的终了状态一般有两种，其一，物体经多过程往复运动后最终处于静止状态；其二，物体经多过程往复运动后最终处于“在某两点间摆动”的状态.所以按照物体终了运动状态的不同分类，物体多过程往复运动中的能量耗散问题模型可分为两类：终了状态为静止状态的能量耗散问题模型和终了状态为摆动状态的能量耗散问题模型.下面按以上两种问题模型对多过程往复运动中的能量耗散问题模型分类解析. 　　2.1终了状态为静止状态的能量耗散问题模型 　　终了状态为静止状态的能量耗散问题是指物体经多过程往复运动后，能量不断的耗散损失最终处于静止状态的多过程往复运动问题.解决这类问题的方法一般有两种，一是分段分过程求解；二是整过程全程求解，在解决具体问题时可以按需选取. 　　例1如图1所示，物体自倾角为θ、长为L的斜面顶端由静止开始滑下，已知物体与斜面间的动摩擦因数为μ，到斜面底端时与固定挡板发生碰撞，设碰撞时无机械能损失.碰后物体又沿斜面上升，在斜面上多次往返，直到最后停止，则：（1）物体与挡板碰后第一次沿斜面上升的距离是多大？（2）物体在斜面上总共滑过的路程为多大？ 　　分析与求解对物体受力分析如图2所示，由物体从斜面顶端静止滑下知物体所受重力沿斜面向下的分力（mgsinθ）大于物体所受摩擦力f（μmgcosθ）. 　　当物体向下滑动时，速度方向与加速度方向相同，物体做匀加速直线运动；当物体向上滑动时，速度方向与加速度方向相反，物体做匀减速直线运动. 　　由于物体每次与挡板碰撞时无机械能损失，物体在往复运动过程中耗散损失的能量全部转化为内能，沿斜面上升的高度逐渐减小，终了状态静止在斜面底端靠近挡板的位置. 　　（1）利用分段分过程求解法，设上升的高度为h，对小物块从静止开始下滑到沿斜面上滑到最高点过程利用动能定理有： 　　（2）利用整体过程全程求解法，对小物块在整个过程利用动能定理有 　　拓展1一个质量为m，带有电荷-q的小物体，可在水平轨道Ox上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙.轨道处于匀强电场E中，方向沿Ox轴正方向，如图3所示.小物体以速度v0从x0点沿Ox轨道向O点运动，运动时受到大小不变的摩擦力Ff作用，且FfqE.设小物体与墙壁碰撞时不损失机械能，且电荷量保持不变，求它在停止运动前所通过的总路程. 　　分析与求解当小物体向O点运动时，对小物体受力分析如图4所示，当物体向O点运动时，小物体所受电场力qE与摩擦力Ff反向，电场力大于摩擦力，小物体做匀加速直线运动；当小物体碰后向x轴正方向运动时，电场力与摩擦力同向，小物体做匀减速直线运动；速度减为零后，做反方向（向O点）的加速运动.在往复运动的过程中，小物块所具有的能量不断耗散损失，终了状态是小物块静止在墙角位置. 　　利用整过程全程求解法，对小物块在整个过程利用动能定理有 　　点评当物体经历多过程往复运动之后，由于摩擦产热，能量不断耗散损失；物体运动位移越来越小，终了状态是静止状态时.由于物体从开始运动到静止经历了多个子过程，利用分段分过程求解的方法不易求解，此时，可采用整过程全程分析的方法，对物体在整个过程利用动能定理解题或利用能量守恒规律求解. 　　2.2终了状态为摆动状态的能量耗散问题模型 　　终了状态为摆动状态的能量耗散问题是指物体经多过程往复运动后，物体具有的能量不断耗散，越来越小；最终物体在某两点间来回摆动的能量耗散问题.由于物体最终没有处于静止状态，而是在某两点间摆动.解决这类多过程往复运动能量耗散问题一般采用分过程分段求解的方法，先将此往复运动过程分解为几个子过程，然后再在每一子过程中选用对应的规律求解.