關(guān)于一道物理高考題的思考

摘 要：本文主要就2014年上海物理高考中的一道計(jì)算題進(jìn)行分析，該題給出的答案中一開始先假設(shè)小球不受箱子左壁和頂部的作用求出的臨界加速度略顯生硬。本文對(duì)該題中受到所有可能力的小球進(jìn)行分析，運(yùn)用牛頓第二定律求出箱子的加速度并對(duì)可產(chǎn)生加速度的每一種情況進(jìn)行了具體的討論，發(fā)現(xiàn)箱子左壁和頂部對(duì)小球的壓力不能發(fā)生突變，而是隨著箱子的加速度的大小而發(fā)生變化。加速度越大，左壁對(duì)小球的壓力越小，直到a>gtanθ時(shí)，此壓力才減小為零，且箱子的頂部才會(huì)開始對(duì)球產(chǎn)生壓力作用。

關(guān)鍵詞：受力分析；加速度；分類討論

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 收稿日期：2016-05-13

作者簡(jiǎn)介：魏茂梅（1987—），女，山東臨沂人，中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院助教，碩士研究生，主要從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)及相關(guān)教學(xué)研究。

本文主要就一道高考物理題展開討論，首先來(lái)看一下題目及高考答案解析。

如圖1，水平地面上的矩形箱子內(nèi)有一傾角為θ的固定斜面，斜面上放一質(zhì)量為m的光滑球。靜止時(shí)，箱子頂部與球接觸但無(wú)壓力。箱子由靜止開始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，然后改做加速度大小為a的勻減速運(yùn)動(dòng)直至靜止。經(jīng)過(guò)的總路程為s，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度為v。若a>gtanθ，求減速階段球受到箱子左壁和頂部的作用力。

上述答案中一開始先假設(shè)小球不受箱子的作用求出的臨界加速度，這顯得有些生硬，為什么直接從球跟箱子左壁及頂部均無(wú)壓力這種特殊情況出發(fā)，為何在加速度大于這一臨界值時(shí)左壁對(duì)球無(wú)壓力？出題方對(duì)這些問(wèn)題并沒(méi)有具體分析。而筆者從最一般情況進(jìn)行討論分析。

對(duì)于一般情況，從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，球和車廂的左壁及頂部均接觸，故它們之間可能存在力的作用，設(shè)它們之間的作用力分別為N1和N2。由于這兩個(gè)力均為彈性力，故若這兩個(gè)力存在，只能沿圖3所示方向運(yùn)動(dòng)。于是，對(duì)小球的受力分析如圖3所示：

分析所有情況，由于彈性力N1和N2均不能突變，它們是隨著加速度a的變化而變化的，只有a>gtanθ時(shí)，箱子的頂部才會(huì)對(duì)球產(chǎn)生壓力的作用，且此時(shí)箱子左壁對(duì)球無(wú)壓力。N1和N2隨著加速度a的變化關(guān)系可用圖4表示。

參考文獻(xiàn)：

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