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第85章 过程分析法 解构小球的自由落体(第1页)

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掌握了“动态受力分析”

的初步心法后,凌凡感觉自已面对力学问题时,手中多了一把锋利的解剖刀,能够更清晰地剖析瞬间的力与状态变化。

然而,物理世界并非总是由静态和瞬时构成,更多的时候,是连续变化的动态过程。

如何清晰地分析和描述一个完整的运动过程,成了他面临的新挑战。

这个机会很快到来。

郑老师在讲解完匀变速直线运动的基本公式后,并没有急于抛出复杂题型,而是看似随意地提出了一个最基本的问题:“同学们,我们研究了自由落体运动,知道它是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动。

公式也很简单:v=gt,h=12gt2。

那么,现在我问你们:一个小球从高为h处自由下落,在整个下落过程中,它的动能、重力势能、机械能是如何随时间t变化的?请分别画出它们随t变化的大致图像。”

问题一出,教室里先是安静,随即响起一些轻松的窃窃私语。

这太简单了!

几乎是送分题!

动能增加,势能减少,机械能守恒,一条水平线呗!

图像大概就是斜线、下降曲线和平直线。

凌凡一开始也是这么想的。

但他下意识地想起了陈景先生的教诲——“建模的艺术”

和“在脑海中拍电影”

他没有立刻动笔,而是闭上了眼睛,尝试真正地“看”

这个过程。

他想象一个小球,从高处释放。

·t=0时刻:速度v=0,高度h=h。

所以动能ek=0,重力势能ep=gh(最大),机械能e=ek+ep=gh。

·t时刻:下落了高度h,根据h=12gt2,此时高度h=h-h=h-12gt2。

速度v=gt。

·所以,ep=gh=g(h-12gt2)·ek=12v2=12(gt)2=12g2t2·e=ek+ep=12g2t2+gh-12g2t2=gh(果然守恒)数学推导很简单,结论也显而易见。

但凌凡没有停止。

他尝试着真正去理解这个过程的内涵。

“过程分析,”

他回忆起郑老师之前强调过的一个词,“就是要弄清楚谁随谁变,怎么变。”

他盯着那几个表达式:·ep(t)=gh-(12g2)t2=>这是一个关于时间t的二次函数,图像是一条开口向下的抛物线(但只取t≥0的一段)。

随着t增加,ep从gh开始,非线性地减小,而且减小得越来越快!

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