高中物理受力分析问题

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  我们都知道,《星球大战》里面的武器用的不是激光。因为如果是激光的话,我们就很难从侧面看到光束,而且更重要的是,激光会以光速传播。那么,从爆能枪里面打出来的到底是什么东西呢?我称它们为“爆能弹”。我之前算过,它们的速度大致为35米/秒。
  不过,爆能弹的质量又是多少呢?在《星球大战:原力觉醒》中,我们可以发现汉&索罗(Han Solo)一枪打飞了一个风暴兵。当然,汉完全可能在打其他东西,不过我们就当他是在打风暴兵好了。
  汉&索罗开枪打飞一个风暴兵。
  你有发现那个风暴兵是怎样被打飞的吗?我们可以利用它来了解爆能弹哟――特别是,用它来确定爆能弹的质量。
  受力分析
  以击人的爆能弹和此过程中参与的力为研究对象:
  既然爆能弹和风暴兵在相互作用,爆能弹打风暴兵的力和风暴兵打爆能弹的力是一对相互作用力。根据动量定理,物体所受的外力会改变它的动量:
  上面的公式里,动量(我们用p表示)是质量和速度的乘积,这意味着爆能弹和风暴兵的动量会因为他们的相互作用而发生改变。由于一对相互作用力的方向相反,所以它们的动量变化方向会相反。我们也可以说它们的动量之和在撞击前后不变。又因为这个撞击的过程只发生在一个维度上(水平方向),且风暴兵的初速度为0,根据动量守恒我们可以得出:
  b表示爆能弹,s表示风暴兵。
  在上面的式子里,我假设了爆能弹撞上风暴兵后留在了他的身上,所以它的末速度和风暴兵的相同。最后解上面的式子,得出爆能弹的质量为:
  现在,我只需要找出风暴兵的质量(ms),爆能弹的初速度(vb)和风暴兵的末速度(vs)就行了。
  质量计算
  通常到了分析这个环节,我会直接出大招,拿出跟踪视频分析大法,找出风暴兵被打飞时的位置-时间变化数据。可是,这次就没有那么简单了――风暴兵是从镜头前沿对角线方向飞走的,我们很难确定他水平方向上的位置。
  不过,这段视频还是能告诉我一件事:时间。标出风暴兵竖直方向上随时间变化的位置,我至少可以估计出风暴兵被打飞在空中的时间。
  从这幅图中,我们可以发现风暴兵在空中停留了大约0.835秒。如果我知道在此期间风暴兵飞了多远的话,我就可以大致算出他的速度了――这就只能猜了。
  我看他的飞行距离至少有一人高,不妨就估计他飞了大概1.7米到2.3米吧。不过在这里我没有算进他竖直方向上的速度(我们之后可以讨论把它算上的情况)。利用这些数据,我们可以算出风暴兵被打飞后的速度是2.0米/秒到2.8米/秒。
  我还需要最后一个估计――风暴兵的质量。假设他是个正常人类,他的质量就大概是75千克。至于爆能弹的速度,因为视频给出的数据不足以让我算出来,所以我就用我在另一篇文章里算出的平均值,35米/秒好了。把上面得出的三个数值代到动量守恒的式子里,我算出爆能弹的质量在4.5千克到6.5千克之间,甚至更大。如果我将风暴兵被打飞时竖直方向上的速度也考虑到计算中,爆能弹的速度还得更大些才行。
  不满意这个结果?我懂的。如果我把爆能弹的速度翻倍呢?那样的话,就可以求出爆能弹的质量至少也有2.2千克。让我们来拿这个结果和现代子弹的质量比较一下,例如像50口径子弹,质量大约是50克。根据流言终结者的数据显示,50口径子弹根本就没有足够的动量去撂倒一个人。
  细思极恐
  从这个结果,我们还能得到几个值得思考的地方:
  爆能弹的质量是从哪里来的?枪里的弹药?如果是的话,考虑到这件武器有大概二十发这样的子弹,它就会非常重。事实上,20发子弹的质量大概就和一个人差不多。试想一下带着一把跟一人重的武器到处跑的样子。
  再者,爆能弹的密度又是多少呢?我猜你可以估计出爆能弹的直径和长度――它大致是个圆柱体。根据这些估计值和爆能弹的质量,你就可以算出它的密度了。为什么你要花时间去算个?不知道耶――为什么我要花时间估计爆能弹的质量?就因为我能呗。
  万一这些质量并不是作为弹药被存在枪里的,那这些武器是怎么工作的?如果说这些武器有足够的能量来制造正负电子对(物质与反物质)呢,行不行得通呢?或者,有没有可能是子弹在被发射到击中目标的过程中从空气里积累质量呢?我也说不准耶。
  或许,这说明了汉不是个普通人。实际上,汉可能是一个绝地武士然后他用了原力来打翻风暴兵……
  另一个槽点在于,风暴兵的铠甲看起来不怎么能抵挡爆能弹,那么风暴兵穿它有什么鬼用?
  最后一点,也是很重要的一点:如果汉射了一发有着这般质量和速度的子弹,他也会受到同打飞风暴兵的力同样大小的力,也就是说射出子弹后,他也会被击飞……
  当然,要更好地估算出爆能弹的质量,我可能需要更多的数据。
  对BB-8的兴趣大于爆能枪?那就发个福利说说BB-8。下面是BB-8在千年隼号里的视频片段,里面有它的完整运动过程。你们看到的图根据拍摄时摄像机的运动进行了修正。
  利用BB-8的尺寸,我给视频画出了比例尺,并得到了下面这个竖直方向上的运动图(以千年隼号为参考系):
  从这个片段,我们可以算出BB-8所在的那个地方的重力加速度。由于BB-8不是一个质点,要得到它(他或她)下落的完美运动图并不容易。在这幅图里,我画了BB-8头部和身体的运动曲线。你可以从中看出,BB-8的加速度是11.66米/秒2(这可以通过比较曲线的拟合公式和运动方程得出),而这个加速度和地球表面的自由落体加速度(9.8米/秒2)非常接近。事实上,如果你以BB-8的实际质心为研究对象的话,你应该会得到一个更准确的运动曲线(和更接近的加速度)。
  这意味着什么呢?我想,这说明这段视频很有可能不是CGI动画制作而成的――翻滚的千年隼号模型里真的有个BB-8模型。我不怎么了解CGI技术,也不了解电影的制作,所以不能保证这真的不是CGI动画,不过至少有这个可能性。
  如果这真的是实景拍摄,那真是酷毙了!
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>>>对以下静止的物体受力分析正确的是()-高一物理-魔方格
对以下静止的物体受力分析正确的是 (  )
题型:单选题难度:偏易来源:不详
C试题分析:进行受力分析时只看物体所受到的力,而不分析其施加的力,分析受力时,只分析性质力且不能分解力,物体处于静止状态,受力平衡,根据平衡力条件判断,可知A、B、D错误,C正确;
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据魔方格专家权威分析,试题“对以下静止的物体受力分析正确的是()-高一物理-魔方格”主要考查你对&&共点力的平衡&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下:
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因为篇幅有限,只列出部分考点,详细请访问。
共点力的平衡
共点力:作用在物体的同一点,或作用线相交于一点的几个力。 平衡状态:物体保持匀速直线运动或静止叫平衡状态,是加速度等于零的状态。 共点力作用下的物体的平衡条件:物体所受的合外力为零,即∑F=0,若采用正交分解法求解平衡问题,则平衡条件应为:∑Fx=0,∑Fy=0。 解决平衡问题的常用方法:隔离法、整体法、图解法、三角形相似法、正交分解法等。 图解法分析分力与合力的关系:当两个分力成一定的夹角α(α&180。)时,增大其中一个分力或使两个分力都增大,合力的变化情况如何呢?这个问题可以用数学公式推导分析,也可以用函数图像数形结合分析,但最简捷有效的方法是图解法。为了便于分析合力的变化,设,借助辅助参考圆来进行分析。如图所示,F1、F2的共点在圆心,而且开始时F1、F2的合力为F,大小恰好为圆的半径。(1)当保持力F2不变,只增大F1时,如图所示,合力,的大小可能出现三种情况:减小、不变或增大,即 。我们可以得到这样的结论:当两个力F1、F1夹角α保持不变,在增大其中一个分力时,它们的合力大小可能减小、不变或增大。&(2)当两个分力F1、F2都增大时,如图所示,合力F 的大小也有可能出现三种情况:减小、不变或增大,即,我们也可以得到这样的结论:当两个力F1、F2夹角α保持不变,在同时增大两个分力时,它们的合力F大小可能减小、不变或增大。整体法与隔离法:(1)整体法:当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时,一般可采用整体法。运用整体法解题的基本步骤是: ①明确研究的系统和运动的全过程; ②画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图; ③选用适当的物理规律列方程求解。 (2)隔离法:为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法。运用隔离法解题的基本步骤是: ①明确研究对象或过程、状态; ②将某个研究对象或某段运动过程、某个状态从全过程中隔离出来; ③画出某状态下的受力图或运动过程示意图; ④选用适当的物理规律列方程求解。隔离法和整体法常常需交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简捷明了。受力分析的一般顺序: (1)明确研究对象,研究对象可以是质点、结点、物体、物体系。 (2)找出所有接触点。 (3)按顺序分析物体受力。一般先分析场力(重力、电场力、磁场力等不接触力).再依次对每一接触点分析弹力、摩擦力。 (4)找出每个力的施力物体。(防“多”分析力) (5)看受力与运动状态是否相符。(防“漏”力、 “错”力) (6)正确画出受力图。注意不同对象的受力图用隔离法分别画出,对于质点和不考虑力对物体的形变和转动效果的情况,可将各力平移至物体的重心上,即各力均从重心画起。受力分析的步骤:第一步:隔离物体。隔离物体就是把被分析的那个物体或系统单独画出来,而不要管其周围的其他物体,这是受力分析的基础。第二步:在已隔离的物体上画出重力和其他已知力。重力是一个已知力,可首先把它画出来。另外,物体往往在重力及其他主动力作用下才与其他物体产生挤压、拉伸以及相对运动等,进而产生弹力和摩擦力,所以还要分析其他主动力。第三步:查找接触点和接触面。就是查找被分析物体与其他物体的接触点和接触面。弹力和摩擦力是接触力,其他物体对被分析物体的弹力和摩擦力只能通过接触点和接触面来作用,这就是说寻找物体所受的弹力(拉力、压力、支持力等)和摩擦力只能在被分析物体与其他物体相接触的点和面上找。查找接触点和接触面要全,每个接触点或面上最多有两个力(一个弹力,一个摩擦力)。第四步:分析弹力(拉力、压力、支持力等)。在被分析物体与其他物体的接触处,如果有形变(挤压或拉伸),则该处就有弹力,反之则没有。在确定弹力存在以后,其方向就比较容易确定了。第五步:分析摩擦力。摩擦力分静摩擦力和滑动摩擦力,它们的产生条件是两物体接触处不光滑,除挤压外还要有相对滑动的趋势或相对滑动。因此分析接触面上有无摩擦力,首先要看接触面是否光滑(这是题目中的已知条件),其次看有无弹力,然后再进行摩擦力的判断:接触面上有相对滑动时有滑动摩擦力,其大小,方向跟物体的相对运动方向相反;接触面上无相对滑动但有相对滑动趋势时有静摩擦力,它的大小和方向总是跟迫使物体产生相对滑动趋势的外力有关。受力分析中的技巧: (1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的分力或合力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解。 (2)区分内力和外力。对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成了外力,要画在受力图上。 (3)在难以确定物体的某些受力情况时,可先根据 (或确定)物体的运动状态,再运用平衡条件或牛顿运动定律来判定未知力。也就是说在分析物体受力时要时刻结合研究对象所处的运动状态,同时对不易确定的力。可结合牛顿第三定律来分析其反作用力是否存在以及方向如何等情况。
发现相似题
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89975380577365152286173437079295287你看不到我~
看不到我……
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高中物理受力分析
学习物体的物体受力前我们必须先认识物体的平衡及平衡条件
对于质点而言,若该质点在力的作用下保持静止或匀速直线运动,即加速度&为零,则称为平衡,欲使质点平衡须有&F=0。若将各力正交分解则有:&FX=0,&FY=0 。
对于刚体而言,平衡意味着,没有平动加速度即&=0,也没有转动加速度即&=0(静止或匀逮转动),此时应有:&F=0,&M=0。
这里应该指出的是物体在三个力(非平行力)作用下平衡时,据&F=0可以引伸得出以下结论:
&&& ①& 三个力必共点。
&&& ②& 这三个力矢量组成封闭三角形。
③& 任何两个力的合力必定与第三个力等值反向。
对物体受力的分析及步骤
(一)、受力分析要点:
1、明确研究对象
2、分析物体或结点受力的个数和方向,如果是连结体或重叠体,则用&隔离法&
3、作图时力较大的力线亦相应长些
4、每个力标出相应的符号(有力必有名),用英文字母表示
5、物体或结点:&
6、用正交分解法解题列动力学方程
①受力平衡时&
②受力不平衡时&&&&
7、一些物体的受力特征:&&
8、同一绳放在光滑滑轮或光滑挂钩上,两侧绳子受力大小相等,当三段以上绳子在交点打结时,各段绳受力大小一般不相等。
(二)、高中物理受力分析步骤:
1、判断物体的个数并作图:
①重力; ②接触力(弹力和摩擦力);③场力(电场力、磁场力)
2、判断力的方向:
&①根据力的性质和产生的原因去判;
&②根据物体的运动状态去判;
a由牛顿第三定律去判;
b由牛顿第二定律去判(有加速度的方向物体必受力)。&
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