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  分析一些同类特殊事例,确切判断出它们所共有的因果联系和特征,作出一般结论。这种由特殊推出一般的推理方法叫归纳推理。物理学中许多普遍概念和规律都主要是用归纳推理得出的。归纳推理是解决物体与物体发生多次作用后的情况,即当问题中涉及相互联系的物体较多并且有规律时,应根据题目特点应用数学思想将所研究的问题归类,然后求出通式。常用它来研究运动规律已知,在一定条件下连续进行的、具有共同规律而具体数量特征不同的多阶段运动问题。它具体方法是先分析某一次作用的情况,得出结论;再根据多次作用的重复性和它们的共同点,把结论推广,然后结合数学知识求解;或导出联系相邻两次作用的递推关系式,再把结论推广,后结合数学知识求解。

 

  【题目】(2007年全国理综浙江卷试题)如图1所示,质量为m的由绝缘材料制成的球与质量为M=19m的金属球并排悬挂。现将绝缘球拉至与竖直方向成θ=60°的位置自由释放,下摆后在最低点与金属球发生弹性碰撞。在平衡位置附近存在垂直于纸面的磁场。已知由于磁场的阻尼作用,金属球将于再次碰撞前停在最低点处。求经过几次碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大角度将小于45°

 

 

  【分析】因绝缘球与金属球每次碰撞后,其速率将减小,从而使其偏离竖直方向的最大角度在减小。而每次两球碰撞后,绝缘球的速率是有规律性的变化,要求解本题题设条件下的碰撞次数,关键在于归纳出绝缘球在每次碰撞后的速率变化规律。

 

  【解析】方法1.根据多次作用的重复性和它们的共同点,把结论推广,然后结合数学知识求解。设小球m的摆线长度为l,绝缘球第一次碰撞前的速度为v0,碰撞后绝缘球与金属球的速度分别为v1V1,设速度向左为正,小球m在下落过程中与M相碰之前满足机械能守恒:

 

     

 

  mM碰撞过程满足:mv0=MV1+mv1   

 

    

 

  联立得:

 

  由于v1<0,说明绝缘球被反弹,而后绝缘球又以反弹速度的大小和金属球M发生碰撞,设第二次碰撞后绝缘球与金属球的速度分别为v2V2,满足:

 

  m|v1|=MV2+mv2 ,④

 

   

 

  由④、⑤解得:

 

  整理得:

 

  同理第三次碰撞后绝缘球的速率v3为:

 

  由以上归纳推理得到第n次碰撞后绝缘球的速率为vn

 

  所以:,⑥

 

  经过第n次碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大角度将小于45°,则

 

  ,⑦

 

  联立、⑥、⑦代入数据解得,(081n=0586

 

  当n=3时,碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大角度将小于45°

 

  方法2.导出联系相邻两次作用的递推关系式,再把结论推广,后结合数学知识求解。

 

  设在第n次碰撞前绝缘球的速度为vn-1,碰撞后绝缘球、金属球的速度分别为vnVn-1,由于碰撞过程中动量守恒,碰撞前后动能相等,则

 

  mvn-1=MVn+mvn

 

  

 

  解得

 

  由以上归纳推理得到第n次碰撞后绝缘球的速率为vn

 

  再利用方法1的求解可得到结论。

 

  通过上面的实例分析可以看出,进行归纳推理的思维程序是:先根据问题已知条件或一般规律研究前几个阶段运动(通常研究前三个段即可),或导出联系相邻两次作用的递推关系式,列出有关联系式或方程;然后分析确定它们间的数量变化特征,写出通式,再求解问题的目标。

 

  巩固练习

 

  1.(2004年江苏省高考试题)一个质量为M的雪橇静止在水平雪地上,一条质量为m的爱斯基摩狗站在该雪橇上。狗向雪橇的正后方跳下,随后又追赶并向前跳上雪橇;其后狗又反复地跳下、追赶并跳上雪橇,狗与雪橇始终沿一条直线运动。若狗跳离雪橇时雪橇的速度为V,则此时狗相对于地面的速度为V+v(其中u为狗相对于雪橇的速度,V+v为代数和,若以雪橇运动的方向为正方向,则V为正值,u为负值)。设狗总以速度v追赶和跳上雪橇,雪橇与雪地间的摩擦忽略不计。已知v的大小为5m/su的大小为4m/sM=30kgm=10kg。(1)求狗第一次跳上雪橇后两者共同速度的大小。(2)求雪橇最终速度的大小和狗最多能跳上雪橇的次数。(供使用但不一定用到的对数值:lg2=0301lg3=0447

 

  答案:(12m/s;(2)狗最多能跳上雪橇3次,雪橇最终得速度大小为V4=5625m/s

 

  2.(1995年全国高考试题)如图2所示,一排人站在沿x轴的水平轨道旁,原点O两侧的人的序号都记为nn=123…)。每人只有一个沙袋,x0一侧的每个沙袋质量为m=14kgx0一侧的每个沙袋质量m′=10kg。一质量为M=48kg的小车以某初速度从原点出发向正x方向滑行。不计轨道阻力。当车每经过一人身旁时,此人就把沙袋以水平速度u朝与车速相反的方向沿车面扔到车上,u的大小等于扔此袋之前的瞬间车速大小的2n倍。(n是此人的序号数)

 

 

  (1)空车出发后,车上堆积了几个沙袋时车就反向滑行?

 

  (2)车上最终有大小沙袋共多少个?

 

  答案:(13;(211

 
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