文档介绍：从一道高考物理选择题 引发的思考 ——浅谈高中物理概念规律教学
永安一中吴庆堂
一、问题的由来
(06全国卷Ⅰ理综),经时间,身体伸直并刚好离开地面,速度为v。在此过程中,( )
+mgΔt,地面对他做的功为
+mgΔt ,地面对他做的功为零
,地面对他做的功为
-mgΔt ,地面对他做的功为零
这是2006年高考全国卷Ⅰ理综物理的一道选择题,着重考查考生的理解能力,涉及到冲量、功两个基本物理概念和动量定理、动能定理两条基本物理规律。正确的答案是B。而当年不少考生误选A或C。究其根由即这些考生对以上基本物理概念规律不太理解,甚至出现误解。
那么,为什么会有如此之多的考生对以上基本物理概念规律,特别是地面对运动员是否做功不太理解,甚至出现误解呢?
二、问题的分析
案例一:
,跃过横杆后落下,为了避免对运动员造成伤害,在运动员落下的地方设置一片沙坑。某运动员质量为60kg,,,设运动员开始下落的初速度为零,他的身体直立落地,,双脚在沙坑里陷下去的深度为10cm,忽略他下落过程中受到的空气阻力,求沙坑对运动员平均阻力的大小。(重力加速度g取10m/s2)
解析:运动员的运动分两个阶段,自由落体运动和双脚陷入沙坑中的匀减速运动(沙坑对运动员的阻力实际上是变力,所以双脚陷入沙坑后运动员先做变加速运动后做变减速运动。但是,当把沙坑对运动员的阻力视为不变的平均阻力时,运动员双脚陷入沙坑中的运动就可以等效为匀减速运动)。
方法一:动力学观点
设运动员刚落地时速度为v,此过程重心下落h=,
则由自由落体运动规律:v2=2gh ①
设双脚陷入沙中受到的平均阻力为f,此过程陷下去的深度h'=,
则由牛顿第二定律:f-mg=ma ②
由运动学公式:v2= 2ah' ③
联立①②③代入数据解得:f=×103N
方法二:功能观点
【分阶段考虑】设运动员刚落地时速度为v,此过程重心下落h=,
则由动能定理:mgh= -0 ①
设双脚陷入沙中受到的平均阻力为f,此过程陷下去的深度h/=,
则由动能定理:mgh'-fh'=0- ②
联立①②代入数据解得:f=×103N
【全过程考虑】对全过程,重力做功mg(h+h'),阻力做功-fh',全过程动能变化量为零,
则由动能定理:mg(h+h')-fh'=0
代入数据解得:f=×103N
,自由下落H后双脚触地,他顺势弯曲双腿,他的重心又下降了h。忽略他下落过程中受到的空气阻力,求触地期间地面对消防员平均作用力的大小。
解析:与上题同理,消防员的运动分两个阶段,自由落体运动和顺势弯曲双腿的等效匀减速运动。
方法一:动力学观点
设运动员刚落地时速度为v,此过程重心下落H,
则由自由落体运动规律:v2=2gH ①
设顺势弯曲双腿受到地面的平均作用力为N,此过程重心又下降了h,
则由牛顿第二定律:N-mg=ma ②
由运动学公式:v2= 2ah ③
联立①②③代入数据解得:N=mg(H+h)/h