02-10-6_鐵鏈自由落體
在本期高中物理競賽試題里，我們持續(xù)一同鉆研有關(guān)能量這一范疇的物理競賽題，借助動能定理的相關(guān)要點，去處理在實際場景中一根呈勻質(zhì)狀態(tài)的鐵鏈從桌面往下落的情形。前期高三物理競賽，我們已然運用過動量定理的相關(guān)知識高三物理競賽，解決過鐵鏈在被拉起這個過程中拉力大小的變更。然而，針對鐵鏈自由下落的這個過程，就得運用動能與機械能的相關(guān)知識來解決。鑒于牽涉鐵鏈的題目在物理競賽考察場景中常常出現(xiàn)，所以在最近的幾期內(nèi)容當(dāng)中，我們會著重練習(xí)運用能量的相關(guān)知識去解決鐵鏈運動的題目，通過對該類題目解題過程的剖析，詳細(xì)梳理這類題目的解題思路，清晰其能量的變化進程。由于此類題目在下落過程時，通常是重力勢能朝著動能轉(zhuǎn)變的過程，有時還會涉及到摩擦阻力做功的狀況，故而在解決本類題目時，研究重力勢能的變化就變得極為重要。本期的題目也是從這個基礎(chǔ)內(nèi)容起始的，主要探究鐵鏈下落過程中重力勢能的變化，也就是主要考究下落高度變化的題目。
好了，不會再進行過多的劇透了，要是再多說的話，那本期題目就沒多少能夠吸引人注意的地方了，先自己去看看題目吶，自己去感受一番吧。
高中物理競賽典型題與解題步驟
處于光滑水平桌面上的，放置著一條質(zhì)量均勻的長為L的鐵鏈，該鐵鏈從桌面上的小孔處垂直到桌面下的部分長為a，像圖1所展示的那樣，鐵鏈由靜止?fàn)顟B(tài)開始被釋放，當(dāng)它剛好全部離開桌面的時候，其速度是多大呢，問的就是這個 ？
高中物理競賽題解題方法與思路
題目看完了吧，由本題題目解題步驟里的圖2能夠知道，在運用動能定理處理此類問題之時，其運動過程被省略了，僅需研究在此過程里，初始位置的狀態(tài)以及最終位置的狀態(tài)便可解決此類問題，就本期題目來講，初始位置題目已明確給出，即為鐵鏈一部分在水平桌面上而另一部分垂下的狀態(tài)，最終狀態(tài)是鐵鏈恰好能夠完全離開桌面時，在此過程當(dāng)中，因為沒有外力作用，鐵鏈在自身重力作用下，做自由落體運動，所以對于該過程，可看成鐵鏈的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為鐵鏈的動能，故而由動能定理很容易得出方程五，這同樣是這類題目共有的一個方程。
主要對面展開考究，考究鐵鏈于該過程里重力勢能的變化進程，認(rèn)真去看如圖2所示的兩個狀態(tài)，能夠確切知曉，于最終狀態(tài)時，鐵鏈的重心處在鐵鏈的中心部位，也就是處于鐵鏈長度一半的位置處，然而初始狀態(tài)下鐵鏈的重心又處于什么位置呢，這便需要運用我們前期一直都在探討的一項內(nèi)容，質(zhì)心定理，借助對最初狀態(tài)時鐵鏈質(zhì)心的計算來呈現(xiàn)最初狀態(tài)時鐵鏈的重心位置，實際上在這兒如此描述存在些許錯誤，不過如此描述對于高中階段的同學(xué)來講相對容易理解，而實際的情形是，鐵鏈在下落的過程中，下落的高度是由其質(zhì)心下落的高度所決定的，其實對于兩個狀態(tài)質(zhì)心位置的計算，方法是相同的，而上述描述的緣由主要是同學(xué)們都已然確切知道最終狀態(tài)下的質(zhì)心位置，并且很自然而然地理解為重心的位置，其實這樣的理解對于解答此類題目并非相當(dāng)有益，質(zhì)心的運用理應(yīng)需要更為深入人心 。
好了，借助質(zhì)心定理，很容易就可求出兩個狀態(tài)時的質(zhì)心位置，進而就不難算出兩個狀態(tài)下鐵鏈質(zhì)心移動的位移，如此便能得出物體重力勢能的變化，上述內(nèi)容于解題步驟里經(jīng)方程一到方程四的過程給出了，并且最終把結(jié)論代入方程五中，就能獲得本期內(nèi)容的答案。
題目難度總體不算大，研究此題的主要目的在于，認(rèn)識重力勢能的計算方式，明確質(zhì)心移動高度發(fā)生變化致使重力勢能改變，對于質(zhì)地均勻如本期內(nèi)容的物體，物體的質(zhì)心和重心是重合的，不過對于質(zhì)量分布不均、形狀不規(guī)則的物體，通常物體的質(zhì)心與重心并不重合物業(yè)經(jīng)理人，此類題目在物理競賽中未曾見到，所以不再詳細(xì)說明了。