對典型例題進(jìn)行深入討論,從解題過程中發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)象,從這些現(xiàn)象出發(fā)產(chǎn)生一些聯(lián)想,再對這些聯(lián)想進(jìn)行分析、具體化,可以命制出一系列新的題目,這些新的命題有助于加深學(xué)生對典型例題的理解。
如題:用一根細(xì)線豎直懸掛一根長為L的均勻細(xì)木桿,并置于水桶內(nèi)水平面上方,如圖1所示。當(dāng)水桶緩慢上提時,細(xì)木桿逐漸浸入水中。當(dāng)木桿浸入水中的部分超過一定深度L1時,木桿開始出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,已知水的密度為ρ0,木桿的密度為ρ,求L1。
分析:設(shè)浸入水中的桿長為L1時,由于微擾因素存在,木桿傾斜一個極小的角度θ。傾斜后,重力與浮力不在同一直線上,將產(chǎn)生力矩。
若MG>M浮,木桿將回復(fù)原狀;若MG
重力的力矩:MG=LSρg×■sin
………①
浮力的力矩:M浮=L1Sρog(L-■)Sin …②
臨界狀態(tài)方程:MG=M浮……③
得:Lsρg×■Sin =L1sρog(L-■)sin ……④
解得:L■=L(1-■)……⑤
解后思考:
1.對解題過程的思考
細(xì)桿傾斜后再平衡的解題過程與例題相似,建立①、②、③式得到④式。注意④式中左右兩邊的傾斜角被消去了,結(jié)果的表達(dá)式與⑤式相同。
據(jù)此考慮,可以命制出一系列新的題目,如:
?、儆靡桓?xì)線豎直懸掛一根長為L的均勻細(xì)木桿,并置于水桶內(nèi)水平面上方,如圖1所示。當(dāng)水桶緩慢上提時,細(xì)木桿逐漸浸入水中。已知木桿的密度為ρ,水的密度為ρ0。求水平面到達(dá)A點(diǎn)前,細(xì)木桿浸入水中的最大長度L1。
?、诰鶆蚣?xì)桿長為2a,重為G,A端用細(xì)繩(豎直方向)懸掛,B端浸入液體中,細(xì)桿平衡時處于傾斜狀態(tài),A端到液面的高度為h,已知液體密度是細(xì)桿密度的4/3倍,求靜止時浸入液體內(nèi)的細(xì)桿長和繩對細(xì)桿的拉力。
2.對結(jié)果⑤式的思考
注意結(jié)果⑤式,細(xì)桿傾斜后平衡,浸入液體中的桿長L1只與桿總長L、兩個密度ρ和ρ0有關(guān)。在L1、L、ρ、ρ0這4個物理量中,已知任意3個可求第四個;若將⑤式變形為■=1-■,再定義桿長比m=L1/L或密度比n=ρ/ρ0,則物理量可減為m、L1、L或n、ρ、ρ0,已知任意2個即可求第三個。
據(jù)此又可以命出一系列新的題目,如:
①均勻細(xì)桿長為L,A端用細(xì)繩(豎直方向)懸掛,B端浸入液體中,細(xì)桿處于傾斜狀態(tài)平衡,測得被浸濕的桿長為L1,已知液體密度為ρ0,求細(xì)桿的密度。
?、谝阎鶆蚣?xì)桿的密度為600kg/m3,現(xiàn)將細(xì)桿的A端用細(xì)繩(豎直方向)懸掛,B端浸入液體中,細(xì)桿處于傾斜狀態(tài)平衡,測得細(xì)桿被浸濕的部分為桿長的40%,求液體的密度。
3.對④式中傾斜角的思考
解題時,④式中左右兩邊的傾斜角θ被消去了,θ是不是就沒意義了?當(dāng)桿處于傾斜狀態(tài)平衡時,θ與懸點(diǎn)A到液面的高度h和桿未浸入部分的長度有關(guān)。據(jù)此又可以命出一系列新的題目,如:
?、倬鶆蚣?xì)桿重為G,它的A端用細(xì)繩(豎直方向)懸掛,B端浸入液體中,細(xì)桿平衡時與豎直方向的夾角為θ,A端到液面的高度為h,已知液體密度是細(xì)桿密度的4/3倍,求靜止時浸入液體內(nèi)的細(xì)桿長和繩對細(xì)桿的拉力。
②均勻細(xì)桿長為L,它的A端用細(xì)繩(豎直方向)懸掛,B端浸入液體中,細(xì)桿平衡時與豎直方向的夾角為θ,已知液體密度是細(xì)桿密度的4/3倍,求靜止時A端到液面的高度h。
4.對臨界條件的思考
當(dāng)桿逐漸浸入液體時,會出現(xiàn)傾斜和不傾斜兩種情況,應(yīng)找到臨界條件分情況進(jìn)行討論求解,如以下兩題:
①用一根細(xì)線豎直懸掛一根長為L的均勻細(xì)木桿,并置于水桶內(nèi)水平面上方,如圖1所示。懸點(diǎn)A距水平面高為h,當(dāng)水桶緩慢上提時,細(xì)木桿逐漸浸入水中。已知木桿的密度為ρ,水的密度為ρ0。求木桿浸入水中的部分L1與h的關(guān)系。
?、谟靡桓?xì)線豎直懸掛一根長為L的均勻細(xì)木桿,并置于水桶內(nèi)水平面上方,如圖1所示。懸點(diǎn)A距水平面高為h,當(dāng)水桶緩慢上提時,細(xì)木桿逐漸浸入水中。當(dāng)木桿浸入水中的部分超過一定深度時,木桿開始出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,已知木桿的密度為ρ,水的密度為ρ0。求傾斜角θ與h的關(guān)系。
(作者單位:江西省婺源縣紫陽中學(xué))
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