高中物理十大难点.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高中物理十大难点高中物理十大难点l 难点之一 物体受力分析一、难点形成原因:1、力是物体间的相互作用。受力分析时,这种相互作用只能凭着各力的产生条件和方向要求,再加上抽象的思维想象去画,不想实物那么明显,这对于刚升入高中的学生来说,多习惯于直观形象,缺乏抽象的逻辑思惟,所以形成了难点。2、有些力的方向比较好判断,如:重力、电场力、磁场力等,但有些力的方向难以确定。如:
2、弹力、摩擦力等,虽然发生在接触处,但在接触的地方是否存在、方向如何却难以把握。3、受力分析时除了将各力的产生要求、方向的判断方法熟练掌握外,同时还要与物体的运动状态相联系,这就需要一定的综合能力。由于学生对物理知识掌握不全,导致综合分析能力下降,影响了受力分析准确性和全面性。4、教师的教学要求和教学方法不当造成难点。教学要求不符合学生的实际,要求过高,想一步到位,例如:一开始就给学生讲一些受力个数多、且又难以分析的物体的受力情况等。这样势必在学生心理上会形成障碍。二、难点突破策略:物体的受力情况决定了物体的运动状态,正确分析物体的受力,是研究力学问题的关键。受力分析就是分析物体受到周围其它物体
3、的作用。为了保证分析结果正确,应从以下几个方面突破难点。1.受力分析的方法:整体法和隔离法整体法隔离法概念将几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力研究系统内物体之间的相互作用力注意问题分析整体周围其他物体对整体的作用。而不画整体内部物体间的相互作用。分析它受到周围其他物体对它的作用力2.受力分析的依据:各种性质力的产生条件及各力方向的特点3.受力分析的步骤 :为了在受力分析时不多分析力,也不漏力,一般情况下按下面的步骤进行: (1)确定研究对象 可以是某个物体也可以是整体。(2)按顺序画力a先画重力:作用点画在物体的重心,方向
4、竖直向下。b次画已知力c再画接触力(弹力和摩擦力):看研究对象跟周围其他物体有几个接触点(面),先对某个接触点(面)分析,若有挤压,则画出弹力,若还有相对运动或相对运动的趋势,则再画出摩擦力。分析完一个接触点(面)后,再依次分析其他的接触点(面)。d再画其他场力:看是否有电、磁场力作用,如有则画出。(3)验证: a每一个力都应找到对应的施力物体 b.受的力应与物体的运动状态对应。说明:(1)只分析研究对象受的根据性质命名的实际力(如:重力、弹力、摩擦力等),不画它对别的物体的作用力。(2)合力和分力不能同时作为物体所受的力。(3)每一个力都应找到施力物体,防止“漏力”和“添力”。(4)可看成质
5、点的物体,力的作用点可画在重心上,对有转动效果的物体,则力应画在实际位置上。(5)为了使问题简化,常忽略某些次要的力。如物体速度不大时的空气阻力、物体在空气中所受的浮力等。 (6)分析物体受力时,除了考虑它与周围物体的作用外,还要考虑物体的运动情况(平衡状态、加速或减速),当物体的运动情况不同时,其情况也不同。4. 受力分析的辅助手段(1)物体的平衡条件(共点力作用下物体的平衡条件是合力为零)(2)牛顿第二定律(物体有加速度时)(3)牛顿第三定律(内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上)5.常见的错误及防范的办法:(1)多画力。a.研究对象不明,错将其他物
6、体受到的力画入。b.虚构力,将不存在的力画入。c.将合力和分力重复画入。要防止多画力。第一,彻底隔离研究对象。第二,每画一个力要心中默念受力物体和施力物体。 (2) 少画力。 少画力往往是由受力分析过程混乱所致,因此a.要严格按顺序分析。b.分析弹力和摩擦力时,所有接触点都要分析到。(3) 错画力。即把力的方向画错。防范办法是要按规律作 三、分类例析1弹力有、无的判断弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。但有的形变明显,有的不明显。那么如何判断相互接触的物体间有无弹力?法1: “假设法”,即假设接触物体撤去,判断研究对象是否能维持现状。若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力,因为接触物体使研究对
7、象维持现状等同于没有接触物,即接触物形同虚设,故没有弹力。若不能维持现状则有弹力,因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力,从而改变了研究对象的现状。可见接触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用,故有弹力。难点之二 传送带问题一、难点形成的原因:1、对于物体与传送带之间是否存在摩擦力、是滑动摩擦力还是静摩擦力、摩擦力的方向如何,等等,这些关于摩擦力的产生条件、方向的判断等基础知识模糊不清;2、对于物体相对地面、相对传送带分别做什么样的运动,判断错误;3、对于物体在传送带上运动过程中的能量转化情况考虑不全面,出现能量转化不守恒的错误过程。二、难点突破策略:(1)突破难点1在以上三个难点中,第1个难
8、点应属于易错点,突破方法是先让学生正确理解摩擦力产生的条件、方向的判断方法、大小的决定因素等等。通过对不同类型题目的分析练习,让学生做到准确灵活地分析摩擦力的有无、大小和方向。摩擦力的产生条件是:第一,物体间相互接触、挤压; 第二,接触面不光滑; 第三,物体间有相对运动趋势或相对运动。前两个产生条件对于学生来说没有困难,第三个条件就比较容易出问题了。若物体是轻轻地放在了匀速运动的传送带上,那么物体一定要和传送带之间产生相对滑动,物体和传送带一定同时受到方向相反的滑动摩擦力。关于物体所受滑动摩擦力的方向判断有两种方法:一是根据滑动摩擦力一定要阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势,先判断物体相对传送
9、带的运动方向,可用假设法,若无摩擦,物体将停在原处,则显然物体相对传送带有向后运动的趋势,因此物体要受到沿传送带前进方向的摩擦力,由牛顿第三定律,传送带要受到向后的阻碍它运动的滑动摩擦力;二是根据摩擦力产生的作用效果来分析它的方向,物体只所以能由静止开始向前运动,则一定受到向前的动力作用,这个水平方向上的力只能由传送带提供,因此物体一定受沿传送带前进方向的摩擦力,传送带必须要由电动机带动才能持续而稳定地工作,电动机给传送带提供动力作用,那么物体给传送带的就是阻力作用,与传送带的运动方向相反。若物体是静置在传送带上,与传送带一起由静止开始加速,若物体与传送带之间的动摩擦因数较大,加速度相对较小,
10、物体和传送带保持相对静止,它们之间存在着静摩擦力,物体的加速就是静摩擦力作用的结果,因此物体一定受沿传送带前进方向的摩擦力;若物体与传送带之间的动摩擦因数较小,加速度相对较大,物体和传送带不能保持相对静止,物体将跟不上传送带的运动,但它相对地面仍然是向前加速运动的,它们之间存在着滑动摩擦力,同样物体的加速就是该摩擦力的结果,因此物体一定受沿传送带前进方向的摩擦力。 若物体与传送带保持相对静止一起匀速运动,则它们之间无摩擦力,否则物体不可能匀速运动。若物体以大于传送带的速度沿传送带运动方向滑上传送带,则物体将受到传送带提供的使它减速的摩擦力作用,直到减速到和传送带有相同的速度、相对传送带静止为止
11、。因此该摩擦力方向一定与物体运动方向相反。若物体与传送带保持相对静止一起匀速运动一段时间后,开始减速,因物体速度越来越小,故受到传送带提供的使它减速的摩擦力作用,方向与物体的运动方向相反,传送带则受到与传送带运动方向相同的摩擦力作用。若传送带是倾斜方向的,情况就更为复杂了,因为在运动方向上,物体要受重力沿斜面的下滑分力作用,该力和物体运动的初速度共同决定相对运动或相对运动趋势方向。难点之三:圆周运动的实例分析一、难点形成的原因1、对向心力和向心加速度的定义把握不牢固,解题时不能灵活的应用。2、圆周运动线速度与角速度的关系及速度的合成与分解的综合知识应用不熟练,只是了解大概,在解题过程中不能灵活
12、应用;3、圆周运动有一些要求思维长度较长的题目,受力分析不按照一定的步骤,漏掉重力或其它力,因为一点小失误,导致全盘皆错。4、圆周运动的周期性把握不准。5、缺少生活经验,缺少仔细观察事物的经历,很多实例知道大概却不能理解本质,更不能把物理知识与生活实例很好的联系起来。二、难点突破(1)匀速圆周运动与非匀速圆周运动a.圆周运动是变速运动,因为物体的运动方向(即速度方向)在不断变化。圆周运动也不可能是匀变速运动,因为即使是匀速圆周运动,其加速度方向也是时刻变化的。b.最常见的圆周运动有:天体(包括人造天体)在万有引力作用下的运动;核外电子在库仑力作用下绕原子核的运动;带电粒子在垂直匀强磁场的平面里
13、在磁场力作用下的运动;物体在各种外力(重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等)作用下的圆周运动。c.匀速圆周运动只是速度方向改变,而速度大小不变。做匀速圆周运动的物体,它所受的所有力的合力提供向心力,其方向一定指向圆心。非匀速圆周运动的物体所受的合外力沿着半径指向圆心的分力,提供向心力,产生向心加速度;合外力沿切线方向的分力,产生切向加速度,其效果是改变速度的大小。难点之四 卫星问题分析一、难点形成原因:卫星问题是高中物理内容中的牛顿运动定律、运动学基本规律、能量守恒定律、万有引力定律甚至还有电磁学规律的综合应用。其之所以成为高中物理教学难点之一,不外乎有以下几个方面的原因。1、不能正确建立卫星
14、的物理模型而导致认知负迁移由于高中学生认知心理的局限性以及由牛顿运动定律研究地面物体运动到由天体运动规律研究卫星问题的跨度,使其对卫星、飞船、空间站、航天飞机等天体物体绕地球运转以及对地球表面物体随地球自转的运动学特点、受力情形的动力学特点分辩不清,无法建立卫星或天体的匀速圆周运动的物理学模型(包括过程模型和状态模型),解题时自然不自然界的受制于旧有的运动学思路方法,导致认知的负迁移,出现分析与判断的失误。2、不能正确区分卫星种类导致理解混淆 人造卫星按运行轨道可分为低轨道卫星、中高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星;按科学用途可分为气象卫星
15、、通讯卫星、侦察卫星、科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。由于不同称谓的卫星对应不同的规律与状态,而学生对这些分类名称与所学教材中的卫星知识又不能吻合对应,因而导致理解与应用上的错误。3、不能正确理解物理意义导致概念错误卫星问题中有诸多的名词与概念,如,卫星、双星、行星、恒星、黑洞;月球、地球、土星、火星、太阳;卫星的轨道半径、卫星的自身半径;卫星的公转周期、卫星的自转周期;卫星的向心加速度、卫星所在轨道的重力加速度、地球表面上的重力加速度;卫星的追赶、对接、变轨、喷气、同步、发射、环绕等问题。因为不清楚卫星问题涉及到的诸多概念的含义,时常导致读题、审题、求解过程中概念错乱的错误。4、不能正确分
16、析受力导致规律应用错乱由于高一时期所学物体受力分析的知识欠缺不全和疏于深化理解,牛顿运动定律、圆周运动规律、曲线运动知识的不熟悉甚至于淡忘,以至于不能将这些知识迁移并应用于卫星运行原理的分析,无法建立正确的分析思路,导致公式、规律的胡乱套用,其解题错误也就在所难免。5、不能全面把握卫星问题的知识体系,以致于无法正确区分类近知识点的不同。如,开普勒行星运动规律与万有引力定律的不同;赤道物体随地球自转的向心加速度与同步卫星环绕地球运行的向心加速度的不同;月球绕地球运动的向心加速度与月球轨道上的重力加速度的不同;卫星绕地球运动的向心加速度与切向加速度的不同;卫星的运行速度与发射速度的不同;由万有引力
17、、重力、向心力构成的三个等量关系式的不同;天体的自身半径与卫星的轨道半径的不同;两个天体之间的距离与某一天体的运行轨道半径的不同。只有明确的把握这些类近而相关的知识点的异同时才能正确的分析求解卫星问题。二、难点突破策略:(一)明确卫星的概念与适用的规律: 1、卫星的概念:由人类制作并发射到太空中、能环绕地球在空间轨道上运行(至少一圈)、用于科研应用的无人或载人航天器,简称人造卫星。高中物理的学习过程中要将其抽象为一个能环绕地球做圆周运动的物体。2、适用的规律:牛顿运动定律、万有引力定律、开普勒天体运动定律、能量守恒定律以及圆周运动、曲线运动的规律、电磁感应规律。均适应于卫星问题。但必须注意到“
18、天上”运行的卫星与“地上”运动物体的受力情况的根本区别。(二)认清卫星的分类:高中物理的学习过程中,无须知道各种卫星及其轨道形状的具体分类,只要认清地球同步卫星(与地球相对静止)与一般卫星(绕地球运转)的特点与区别即可。(1)、地球同步卫星:、同步卫星的概念:所谓地球同步卫星,是指相对于地球静止、处在特定高度的轨道上、具有特定速度且与地球具有相同周期、相同角速度的卫星的一种。、同步卫星的特性:不快不慢-具有特定的运行线速度(V=3100m/s)、特定的角速度(=7.26x10-5 ra d/s )和特定的周期(T=24小时)。不高不低-具有特定的位置高度和轨道半径,高度H=3.58 x107m
19、, 轨道半径r=4.22 x107m.不偏不倚-同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上,轨道中心与地心重合,只能静止在赤道上方的特定的点上。证明如下:如图4-1所示,假设卫星在轨道A上跟着地球的自转同步地匀速圆周运动,卫星运动的向心力来自地球对它的引力引,引中除用来作向心力的1外,还有另一分力2,由于2的作用将使卫星运行轨道靠向赤道,只有赤道上空,同步卫星才可能在稳定的轨道上运行。图4-1由 得h=R-R地 是一个定值。(h是同步卫星距离地面的高度)因此,同步卫星一定具有特定的位置高度和轨道半径。、同步卫星的科学应用:同步卫星一般应用于通讯与气象预报,高中物理中出现的通讯卫星与气象卫星一
20、般是指同步卫星。(2)、一般卫星:、定义:一般卫星指的是,能围绕地球做圆周运动,其轨道半径、轨道平面、运行速度、运行周期各不相同的一些卫星。、卫星绕行速度与半径的关系:由 得:即 (r越大v越小)、卫星绕行角速度与半径的关系:由得:即;(r越大越小)、卫星绕行周期与半径的关系:由得:即(r越大越大),(3)双星问题两颗靠得很近的、质量可以相比的、相互绕着两者连线上某点做匀速圆周运的星体,叫做双星双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动,其向心力由两恒星间的万有引力提供由于引力的作用是相互的,所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的,因两子星绕着连线上的一点做圆周运动,所以它们的运动周期是相
21、等的,角速度也是相等的,线速度与两子星的轨道半径成正比(三)运用力学规律研究卫星问题的思维基础: 光年,是长度单位,1光年= 9.461012千米认为星球质量分布均匀,密度,球体体积,表面积地球公转周期是一年(约365天,折合 8760 小时),自转周期是一天(约24小时)。月球绕地球运行周期是一个月(约28天,折合672小时;实际是27.3天)围绕地球运行飞船内的物体,受重力,但处于完全失重状态。B同步轨道地球A图4-2发射卫星时,火箭要克服地球引力做功。由于地球周围存在稀薄的大气,卫星在运行过程中要受到空气阻力,动能要变小,速率要变小,轨道要降低,即半径变小。视天体的运动近似看成匀速圆周运
22、动,其所需向心力都是来自万有引力,即应用时根据实际情况选用适当的公式进行分析。天体质量、密度的估算:测出卫星围绕天体作匀速圆周运动的半径r和周期,由得:,(当卫星绕天体表面运动时,=3/GT2)发射同步通讯卫星一般都要采用变轨道发射的方法:点火,卫星进入停泊轨道(圆形轨道,高度200300km),当卫星穿过赤道平面时,点火,卫星进入转移轨道(椭圆轨道),当卫星达到远地点时,点火,进入静止轨道(同步轨道)。如图4-2所示。明确三个宇宙速度:第一宇宙速度(环绕速度):v=7.9千米秒;(地球卫星的最小发射速度)第二宇宙速度(脱离速度):v=11.2千米秒;(卫星挣脱地球束缚的最小发射速度)第三宇宙
23、速度(逃逸速度):v=16.7千米秒。(卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度)人造卫星在圆轨道上的运行速度是随着高度的增大而减小的,但是发射高度大的卫星克服地球的引力做功多,所以将卫星发射到离地球远的轨道,在地面上的发射速度就越大。三、运用力学规律研究卫星问题的基本要点1、必须区别开普勒行星运动定律与万有引力定律的不同(1) 开普勒行星运动定律 开普勒第一定律:所有行星围绕太阳运动的轨道均是椭圆,太阳处在这些椭圆轨道的一个公共焦点上。开普勒第二定律(面积定律):太阳和运动着的行星之间的联线,在相等的时间内扫过的面积总相等。 开普勒第三定律(周期定律):各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半
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