如图6甲所示,为抛物线y = Ax2的图象.因图象关于y轴对称,只需考虑x正半轴.对于图线上任一点P(x,y),有
1x2a2y?a()?x 22v02v0
对比题给抛物线方程y = Ax2,立即定出
a2A?,或a?2Av(1)0 22v0
又P点合速度vP与两分速度之间有关系 [见图6乙] x222vP?v0?(a?) v0
2 ?v0(1?4A2x2)(2)
将P点的加速度a分解,如图6丙所示.法向加速度为 v02an?asin??2Av0? x222v0?(2Av0?) v0 22Av0?(3) 221?4Ax 22vPvP由公式 a n ? , 可得 P点的曲率半径r?.将(2)、(3)两
ran
式代入并整理,得到 32 (1?4A2x2)r? 2A
这就是本题最终结果.其中x为曲线上任一点P的横坐标,由对称性知,上式x在整个x轴取值均成立.
【点评】求曲线上某点的曲率半径,按照通常思路要用到高等数学知识,似乎超出中学知识的范畴.然而通过“虚构”等效物理模型——
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小球做平抛运动,将题给抛物线方程赋予物理意义,使问题在中学知识范围内顺利解决.
还须指出的是,在等效法解题中,题目的等效模型和题目本身涉及的可能是同一部分内容,也可能不是,甚至可能不是同一学科内容.比如本文例1题目是电学内容,等效模型是力学内容;例4题目是运动学内容,等效模型是功能关系内容;例6题目是高等数学导数的应用内容,等效模型是物理力学内容.因此,在寻找和构建题目的等效模型时,要放开思路,大胆联想,不拘一格.只有这样,我们才能把等效法用活用好,用出精彩!
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