2018年高中物理破题致胜微方法（运动学规律的灵活应用）对称法巧解运动学问题（含解析）.docVIP

对称法巧解运动学问题 故事引入： 1928年，英国物理学家狄拉克在解自由电子相对性波动方程时，由于开平方根而得出电子的能量有正负两个解，按照通常的观念，负能解通常被舍去，但是狄拉克为了保持数学上的对称美，将这个似乎没有意义的量描述的是带正电荷的电子，也就是电子的反粒子。正电子预言不久后就被美国的另一位物理学家安德森发现。这种科学的对称思维，使他后来提出了完全与众不同的反物质理论。狄拉克也因此于1933年获得诺贝尔物理学奖。 其实对称是自然界广泛存在的一种现象，它显示出了物质世界的和谐美。具有对称性的对象其对称部分的特征完全相同，一旦确定了一部分的特征，便可推出对称部分的特征，这种解决问题的方法称为对称法。 按照利用对称的种类可分为位置分布的对称、运动轨迹的对称和物理过程的对称。下面分别举例说明。 一、经典例题： 1.在地质、地震、勘探、气象和地球物理等领域的研究中，需要精确的重力加速度g值，g值可由实验精确测定.近年来测g值的一种方法叫“对称自由下落法”，它是将测g值归于测长度和时间，以稳定的氦氖激光的波长为长度标准，用光学干涉的方法测距离，以铷原子钟或其他手段测时间，此方法能将g值测得很准.具体做法是：将真空长直管沿竖直方向放置，自其中的O点向上抛小球，从抛出小球至小球又落回抛出点的时间为T2；小球在运动过程中经过比O点高H的P点，小球离开P点至又回到P点所用的时间为T1.由T1、T2和H的值可求得g等于( ) A. B. C. D. 2. 根据对称性可以采用分段法研究匀变速直线运动使问题简单化。 3. 二、练习题 1. 竖直向上抛出一个物体，物体上升和下落两次痉过高度为h处的时间间隔为，求物体抛出的初速度和物体从抛出到落回原处所需的时间T。 2.杂技演员用一只手把四只小球依次向上抛出，为了使节目能持续表演下去，该演员必须让回到手中的小球每隔一段相等的时间，再向上抛出，假如抛出的每个小球上升的最大高度都是1.25m，则小球在手中停留的最长时间是多少？（不考虑空气阻力，g取，演员抛球同时即刻接球） 3.一个杯子的直径为d，高为H，如图1所示，今有一小球在杯口沿直径方向向杯内抛出，到达杯底时的位置与抛出时的位置在同一直线上，小球与杯碰撞n次，且是弹性碰撞，如杯壁是光滑的，求小球抛出时的初速度v0。 三、练习题答案 1.答案： 解析一:物体从h上升到最高点和从最高点下落到高度为h处所用的时间相等，均为，设物体从最高点落到抛出点时的位移为H，且 ,，物体抛出的初束度和落回原处的速度大小相等、方向相反，有 解析二：竖直上抛物体从抛出点到最高点和最高点落回到抛出点时间相等，物体运动到h高度时的速度为,,，物体运动的时间为。 点评:两种解法均利用了竖直上抛运动的对称性，解法一是从位移的角度来求运动的时间和速度；解法二足从速度的角度来求速度和运动的时间。尽管应用的公式不同，但有一个基本点是相同的，就是竖直上抛运动上升阶段和下降阶段具有对称性，也就是匀减速运动的末速度为零，可以看做是初速度为零的匀加速运动的反演。 2.答案： 解析： 小球在空中总的运动时间。由于手中总有一个小球，空中实际上只有三个小球，又因为抛出小球的时间间隔相同，所以，小球在手中停留的最长时间为 点评：对于复杂的运动学问题，要认真分析运动过程，弄清运动情景，找出相互联系，运用运动学规律即可解决。 3.答案： - 2 - 竖直上抛运动的对称性