参考系选择的妙用

摘 要: 在物理教学中,很多相对运动类题目,如果能够巧妙地选择参考系,就会“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

关键词: 物理 相对运动 参考系

物理是一门技巧性很强的科目,对学生的思维训练有很大的帮助。进入高中,运动类题目一直是学生最苦闷,也是最难解决的一类问题,尤其是相对运动问题。它难以想象,因此很难找到恰当的突破口。由于学生很难根据题目的描述,去创设物理情景,无论教师怎样努力地进行讲解,都不能使得学生很快明白。根据几年的教学实践,我发现很多相对运动类题目,如果能够巧妙地选择参考系,就会“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

例如:一列长150m的列车,以20m/s的速度在平直的轨道上匀速前进,在与轨道平行的公路上有一列长170m以4m/s的速度行进的队伍,火车完全超过行进队伍需要多少秒?

对于这类题目该如何让学生轻松解决呢?如果能够选择部队或火车为参考系就能起到立竿见影的效果。如图:

选择队伍为参考系,火车相对队伍的速度为v==16m/s,行进的位移为s=170m+150m=320m,即:t=s/v=320m/16m/s=20s。

通过以上例题,我们不难发现选择合适的参考系,会使得题目变的不再扑朔迷离,变得简单易懂了,容易被学生理解和接受了。学生不再为相遇、追及和碰撞类题目而发愁了。

但是有人会提出,这个题目不含加速度,一般方法也不是多难理解,过程也不是多么复杂,所以会觉得选择参考系对题目难易程度没多大的影响,如果有加速度怎么办?我觉得我们可以这样来解决问题:

我们可将以上情况分为四种情况,即:

如果选择甲为参考系,则乙相对于甲的运动情况为:

如果选择甲为参考系,则乙相对于甲的运动情况为:

如果选择甲为参考系,则乙相对于甲的运动情况为:

如果选择甲为参考系,则乙相对于甲的运动情况为:

比如:

利用一般方法做起来难度很大,如果选择车为参考系:

分析:套用以上方法。

人相对于车做初速度为6m/s,加速度为1m/s的匀减速运动,设人追上车用时为t,则:

所以,人追不上车。

因为人相对于车做匀减速运动,距离一直再缩短,当人相对车速度为零时距离最小s。

还比如:

甲车在前以15m/s的速度匀速行驶,乙车在后以9m/s的速度行驶。当两车相距32m时,甲车开始刹车,加速度大小为1m/s。问甲车停止前被追上,还是停止后被追上?

如果选择甲为参考系:

则乙相对于甲的速度为v=6m/s,乙相对于甲的加速度为a=1m/s,如图:

设经时间t追上。依题意:

S=v-at

-32=6t-1×t得:t=16s,t=-4s(舍去)。

甲车刹车的时间:t′=v/a=15s。

显然,甲车停止后乙才追上甲。

再比如:

长L=75cm,质量m=2kg的平底玻璃管底部有一玻璃小球,玻璃管从静止开始受一竖直向下的恒力F=12N的作用,使玻璃管竖直向下运动,经一段时间t,小球离开管口。(空气阻力不计,g取和离开10m/s)求时间t。

如果,选择玻璃管为参考系,小球相对于玻璃管做初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=F/m=6m/s。即:L=at,得:t=0.5s。

事实证明,不仅对同一直线的情况成立,而且对于不在同一直线上的情况也同样是成立的。

综上所述,我认为恰当选择参考系,会使得问题简单化、清晰化。尤其是相遇、追及和相碰问题。在物理的教学中,我们不断地总结,会发现物理的教学不再那么难,而且经过思维的训练,学生会不断地提高物理学习的兴趣。

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