深度學(xué)習(xí)視角下板塊模型的解題策略

打開(kāi)文本圖片集

板塊模型是高中物理動(dòng)力學(xué)部分的重要模型之一，它綜合考查了牛頓運(yùn)動(dòng)定律、摩擦力、相對(duì)運(yùn)動(dòng)等多個(gè)知識(shí)點(diǎn).在深度學(xué)習(xí)理念下，學(xué)生不僅要掌握基本的解題方法，更要深入理解模型背后的物理原理，能夠靈活運(yùn)用知識(shí)解決各種復(fù)雜情境下的問(wèn)題.通過(guò)對(duì)板塊模型解題策略的研究，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，促使學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí).

1水平面上無(wú)外力作用的板塊模型

例1如圖1所示，木板 A 靜止在光滑水平面上，可看作質(zhì)點(diǎn)的物塊 B 以 v0=2m/s 的速度從木板A的左端水平滑上木板.之后 A,B 的 v-t 圖像如圖2所示. g 取 10m/s2 .下列選項(xiàng)正確的是

圖1

圖2

(A)A的摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相反.(B)A、 B 間的動(dòng)摩擦因數(shù) μ=0.1 (C)A的質(zhì)量是 B 的兩倍.(D)A 的最小長(zhǎng)度 業(yè)

解析在水平方向 A 僅在摩擦力作用下做加速運(yùn)動(dòng)，所以摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相同，（A）選項(xiàng)錯(cuò)誤； B 的加速度 ,根據(jù)牛頓第二定律有 μmBg=mBa ，解得 ，(B)選項(xiàng)正確;在水平方向 兩物體均僅受摩擦力，而且加速度大小相等，所以?xún)晌矬w的質(zhì)量相等，(C)選項(xiàng)錯(cuò)誤； A 的最小長(zhǎng)度等于 0～1s 內(nèi)兩物體的 v-t 圖像所圍成的面積，所以 A 的最小長(zhǎng)度為 0(D）選項(xiàng)正確

解題策略 遇到這類(lèi)問(wèn)題，學(xué)生需要從對(duì)物體的受力分析入手，求解各自的加速度，進(jìn)而運(yùn)用牛頓第二定律和 v-t 圖像求解相關(guān)物理量，讓學(xué)生初步掌握了板塊模型的基本解題步驟.

2水平面上有外力作用的板塊模型

例2如圖3所示，在水平地面上靜止放置一塊木板，其最右端有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的木塊.已知木塊的質(zhì)量 m=1kg ，木板的質(zhì)量 M=4kg 、長(zhǎng)度 L= 4m .木板的上表面與木塊之間、下表面與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 μ=0.2 現(xiàn)以水平力 F=28N 拉動(dòng)木板， g 取 10m/s2 .求：

圖3

（1）木塊加速度 a1 的大小和木板加速度 a?2 的大??；（2）木塊滑到木板左端所需的時(shí)間.

解析（1）對(duì)木塊有 μmg=ma1 ，

解得 a1=2m/s2 ，

對(duì)木板有 F-μmg-μ(M+m)g=Ma2

解得 a2=4m/s2 ：

（2）木塊滑到木板左端時(shí)，它們的位移差為木板的長(zhǎng)度，有人 解得 t=2s

解題策略此例題引入了外力，使問(wèn)題更加復(fù)雜.學(xué)生需要在無(wú)外力的基礎(chǔ)上，重新進(jìn)行分析受力情況，依然運(yùn)用牛頓第二定律求解加速度，進(jìn)而求解運(yùn)動(dòng)學(xué)的量，進(jìn)一步深化了對(duì)板塊模型的理解.

3傾斜面上的板塊模型

例3如圖4所示，傾角為 θ 的斜面 C 固定在水平面上，質(zhì)量為 ψm 、長(zhǎng)度為 2L 的木板 B 恰能靜止在斜面頂端，木板 B 與斜面底端固定平臺(tái) D 的厚度相同，其下端到平臺(tái) D 的距離為 s 一質(zhì)量為 2m 且可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊 A 以平行斜面向下、大小 的初速度從上端滑上木板 B ，木板 B 與平臺(tái) D 碰撞后立即停止運(yùn)動(dòng).已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，物塊 A 與木板 B 間的動(dòng)摩擦因數(shù)是木板 B 與斜面 C 間的動(dòng)摩擦因數(shù)的2倍，重力加速度為 g

圖4

（1）求 A,B 間的動(dòng)摩擦因數(shù)；

（2）若 s>L ，求 A,B 共速時(shí)，木板 B 前進(jìn)的距離；

（3）若 0.5L?s

解析 (1)設(shè) A,B 間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 μ1,B,C 間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 μ2 ，

木板 B 恰好靜止在斜面頂端，有 mgsinθ= μ2mgcosθ ,其中 μ1=2μ2 ，

解得 μ1=2tanθ

(2)A,B 整體所受外力的矢量和為0，所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒，以沿斜面向下為正方向，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有2mv。（剩余2831字）