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案例:下面是一道物理题和某学生的解答过程。
在水平面上建立x轴，在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场，场强大小E=6.0×105 N/C，方向与x轴正方向相同。在O处放一个电荷量q= -5.0×10-8 C，质量m=l.0×10-2kg的绝缘物块。物块与水平面间的动摩擦因数u=0.20，沿x轴正方向给物块一个初速度vo=2.0 m/s,如图所示。(取10 m/s2)试求:
(1)物块向右运动的最大距离。
(2)最终物块停止的位置。
解:(1)设物块向右运动的最大距离为xm，由机械能守恒定理得:-umgxm+E|q|xm=(1/2)mv02。
可求得:xm=2m。
(2)因E|q|>umg，物块不可能停止在O点右侧，设最终停在O点左侧且离O点为x处由动能定理得:E|q|xm-umg(xm+x)=0
可得:x=0.2 m。
问题:
(1)指出此道题检测了学生的哪些知识点。(4 分)
(2)指出该学生做错的原因，并给出正确解法。(6 分)
(3)给出一个教学思路，帮助学生掌握相关知识。(10 分)
【答案】
(1)本道题检验了学生的动能定理、机械能守恒定理及运动分析。
(2)错误原因:该同学对动能定理及机械能守恒定律的运用条件不是很清楚。
正确解法:①设物块向右运动的最大距离为xm，由动能定理得:
-μmgxm -E|q|xm=0-(1/2)mv02
可求得:xm=0.4 m。
②因E|q|>umg，物块不可能停止在O点右侧，设最终停在O点左侧且离O点为x处
由动能定理得:E|q|xm-μmg(xm+x)=0
可得:x=0.2 m。
- 教学思路:首先，教师可以先带领学生回顾机械能守恒定理和动能定理的内容。机械能守恒定理:在只有重力或弹力做功的物体系统内(或者不受其他外力的作用下)，物体系统的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化，但机械能的总能量保持不变。动能定理:外力做的功等于物体的末动能减掉物体的初动能。其次，教师设计一系列问题说明这两个定理得适用条件及注意事项。如“有摩擦力的情况下可以用哪个定理”“功是什么量?为什么?”。再次，教师运用头脑风暴法与学生进行讨论，总结适用规律。机械能守恒定理适用条件:只有重力和弹力做功。动能定理适用于宏观低速的运动。最后，学生重做本题，教师巡视指导。
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