微元法在物理解题中的应用

编辑: 逍遥路 关键词: 高中物理 来源: 高中学习网


一、现行教材中出现的两处微元的例子   1.匀变速直线运动的位移公式   人教版?必修1《第二章 匀变速直线运动的研究》《第3节 匀变速直线运动的位移与时间的关系》   2.弹簧的弹性势能公式   人教版?必修2《第七章 机械能守恒定律》《第5节 探究弹性势能的表达式》   二、“微元法”解题一般步骤   ①确定研究对象,选取“微元”;   ②列出相关微元的方程;   ③对相关微元进行累积求和或求导。   三、“微元法”在解题中的应用   1.从地面上以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的球,若运动过程中受到的空气阻力与其速率成正比关系,球运动的速率随时间变化规律如图所示,t1时刻到达最高点,再落回地面,落地时速率为v1,且落地前球已经做匀速运动.求:   (1)球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功;   (2)球抛出瞬间的加速度大小;   (3)球上升的最大高度H.

  2.如图所示,质量为m、电量q>0的小球静止在水平地面上,两者间的摩擦因数为。地面上方有图示水平方向匀强电场E和匀强磁场B,其中B的方向垂直图平面朝里,设   ,已知小物体从自由释放后经过时间t0升离地面,试求过程中小物体通过和路程S。

  3.蚂蚁离开蚁巢沿直线爬行,它的速度与到蚁巢中心距离成反比。当蚂蚁爬到距蚁巢中心d1=1m的A点处时,速度υ1=2 cm/s。设B点到蚁巢中心d2=2m,则蚂蚁从A点爬到B点需要多少时间?   4.如图所示,水平放置的导体电阻为R ,R与两根光滑的平行金属导轨相连,导轨间距为L ,其间有垂直导轨平面的、磁感应强度为B的匀强磁场。导轨上有一导体棒ab质量为m以初速度v0向右运动。求这个过程的总位移?

  四、微元法的变形考查   2008上海21.(12分)总质量为 80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下,经过2s拉开绳索开启降落伞,如图所示是跳伞过程中的v-t图,试根据图像求:(g取10m/s2)   (1)t=1s时运动员的加速度和所受阻力的大小。   (2)估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功。   (3)估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间。
  2012北京23.(18分)摩天大楼中一部直通高层的客运电梯,行程超过百米.电梯的简化模型如图1所示.考虑安全、舒适、省时等因素,电梯的加速度a是随时间t变化的,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图2所示.电梯总质量m=2.0×103kg.忽略一切阻力,重力加速度g取10m/s2.   (1)求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2;   (2)类比是一种常用的研究方法.对于直线运动,教科书中讲解了由v-t图像求位移的方法。请你借鉴此方法,对比加速度和速度的定义,根据图2所示a-t图像,求电梯在第1s内的速度改变量Δυ1和第2s末的速率υ2;   (3)求电梯以最大速率上升时,拉力做功的功率P;再求在0-11s时间内,拉力和重力对电梯所做的总功W.
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