2005年江苏高考第18题赏析_高考论文

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题目 (2005年高考江苏卷第18题)如图所示,三个质量均为m的弹性小球用两根长均为L的轻绳连成一条直线而静止在光滑的水平面上,现给中间的小球B一个水平初速度,方向与绳垂直,小球相互碰撞时无机械能损失,轻绳不可伸长,求:

(1)当小球A、C第一次相碰时,小球B的速度

(2)当三个小球再次处在同一直线上时,小球B的速度

(3)运动过程中小球A的最大动能和此时两绳的夹角θ

(4)当三个小球再次处在同一直线上时,绳中的拉力F的大小

附图

18题图

不少考生对此题束手无策,原因在于①分析不清A、B、C三球做何运动?②不能熟练运用系统、能量、动量的观点分析问题

若以水平面为参照系,刚开始,三个弹性小球静止于水平面上,绳对三球无弹力,当B球获得速度向上运动时,绳被绷紧,此时绳给A、C两球的弹力沿绳收缩的方向(如图1),开始做加速运动。由于对称性,B球受合力方向与初速度方向相反,做直线减速运动。B球向上运动,绳与水平方向的夹角增大,F方向变化,F与v形成夹角α(如图2),A,C两球做曲线运动。但究竟是何种曲线运动?遵循何种规律?考生一筹莫展!

附图

若以B球为参照系,则A、C两球均以B球为圆心做圆周运动,过程清晰生动。考生能否灵活选取参照系,分清运动过程是解决本题的关键!

在教学中,笔者发现学生对参照系的理解普遍比较肤浅,仅会判断同一物体相对于不同参照系,其运动规律可能不同,但在具体运用相应规律时,就显得犹豫不决,即使问题解决了也还将信将疑。因此,遇到具体问题时,不会积极主动选择恰当的参照系,导致解题过程繁琐,直至彻底失败,关于这一点,在去年高考江苏卷第16题也有体现。这两道试题给我们教育工作者的启示是:在研究力学问题时,必须重视参照系的选择,并适当强化训练。

本题中A、B、C三球在月球初速度方向上动量守恒,在与B球初速度垂直的方向上动量也守恒,是属于二维情况下的动量守恒,而在解决第一问和第三问时,只须用到在B球初速度方向上动量守恒,考查考生运用动量守恒条件判断动量守恒并加以运用的能力,是一道题在纲外,理在纲内的好题!

本题另外着重考查考生灵活运用系统机械能守恒分析问题的能力:刚开始,三个弹性小球静止于水平面上,绳对三球无弹力,当B球获得速度向上运动时,绳被绷紧,绳被突然绷紧过程中,也会有机械能的损失,从而使思路陷入困境。其实本题中有示意图和“轻绳不可伸长”“两根长均为L的轻绳”等暗示:开始时绷紧而无弹力(临界状态)。此后过程中无机械能的损失。很好地考查考生注意分析示意图、挖掘隐含条件的能力和思维的深刻程度!

附本题参考答案:

(1)设小球A、C第一次相碰时,小球B的速度为,考虑到对称性和不可伸缩性,小球A、C沿小球B初速度方向的速度也为,由动量守恒定律得 

附图

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