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【高考物理】二级结论之另类匀变速直线运动

2022-03-26 22:48 作者:Lit_费米子の选择_on  | 我要投稿

拓展文章:

对于一个物体,其所受合外力与其速度成正比(注意方向在同一直线上!),即 f%5Cpropto%20v 。我们可以称这种运动叫另类匀变速直线运动。那么“另类”是什么意思?这种运动状态又有什么特点呢?

不妨简化,设物体初始静止。对于 f%5Cpropto%20v ,不妨设 R%3D-Cv 为常数。由牛二定律 f%3Dma ,故 kv%3Dma ,即 k%5Cfrac%7Bd%20x%7D%7Bdt%7D%20%3Dm%5Cfrac%7Bdv%7D%7Bdt%7D%20%2Ckdx%3Dmdv ,对任意时间均成立,而初始有 v%3D0%2Cx%3D0 ,积分(或者说累加)即得 kx%3Dmv%2Cv%3D%5Cfrac%7Bk%7D%7Bm%7D%20x 。我们称 %5Cfrac%7Bk%7D%7Bm%7D%20另类加速度。画出 v-x 图像!

v-x 图像

这就说明了为什么叫“另类匀变速直线运动”:长得和匀直的 v-t 图一模一样,除了横轴的物理量不同。

这其实可以作为一个二级结论(如果不想现推的话),只要有 F_%7B%E5%90%88%7D%20%5Cpropto%20v 就有 v 与 x 是线性关系,只要 v 与 x 是线性关系就得外力为速度正比力,两者可以说是等价的。很多力如阻尼力 R%3D-Cv%2CC 为 粘滞系数;空气阻力 f%3D-kv (这里要注意,此式只在特定情况下成立,一般低速层可适用,详见注释);当然还有一个困扰高中生许久的力——杆切割磁感线所受安培力

杆切割磁感线模型

如上图,杆初速度为 v_%7B0%7D%20,电阻不计,某一时刻速度 v ,F_%7B%E5%AE%89%7D%20%3D%5Cfrac%7BB%5E2l%5E2v%20%20%7D%7BR%7D%20%5Cpropto%20v 。采用一般思路,可以使用动量定理 I%3D%5CDelta%20p 。极短的时间内, %5Cfrac%7BB%5E2l%5E2v%20%20%7D%7BR%7D%20%5CDelta%20t%3D%5CDelta%20(mv)%3Dm%5CDelta%20v ,那么从初始状态开始累加得 %5Csum%20%5Cfrac%7BB%5E2l%5E2v%20%20%7D%7BR%7D%20%5CDelta%20t%3D%5Csum%20m%5CDelta%20v%5CRightarrow%20%5Cfrac%7BB%5E2l%5E2%20%7D%7BR%7D%20%5CDelta%20x%3Dm(v_%7B0%7D%20-v)%3Dm%5CDelta%20v ,得到任意时刻的运动方程: v%3Dv_%7B0%7D%20-%5Cfrac%7BB%5E2l%5E2%20%7D%7BRm%7D%20x 。这里画一下图像:

又是v-x图像 <_<

很显然,这就是上文所说的另类匀变速直线运动。那么我们如果直接使用结论,对于一些选择题,填空题就势如破竹,快到飞起!但大题可能还是写下过程为好......

反过来看,动量定理的使用实质上就是牛二定律: F%5CDelta%20t%3Dm%5CDelta%20v%5Ciff%20F%3Dm%5Cfrac%7B%5CDelta%20v%20%7D%7B%5CDelta%20t%20%7D%20%3Dma ,所以相当于再证一遍。另外,安培力的动量定理使用还有另一种形式: Bl%5CDelta%20q%3Dm%5CDelta%20v ,也是可以类似得到的。

希望这个结论于你有用!<_<

注:


通过对空气阻力积分,我们可以得到在空气阻力条件下的加速度,速度和位移方程。

根据空气阻力的公式: F%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20C%5Crho%20Sv%5E2

式中:C为空气阻力系数,该值通常是实验值,和物体的特征面积(迎风面积),物体光滑程度和整体形状有关;ρ为空气密度,正常的干燥空气可取1.293g/L,特殊条件下可以实地监测;S为物体迎风面积;v为物体与空气的相对运动速度。由上式可知,正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比,与速度平方成正比。在空气中如果速度达到2.5M(马赫) 附近, 由于空气的摩擦, 开始出现气动加热现象。


截图来自知乎网友Jacques的回答  https://www.zhihu.com/question/395790179

(看看就可以......)

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