《物理第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第3講 運(yùn)動(dòng)圖像和連接體問(wèn)題》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第3講 運(yùn)動(dòng)圖像和連接體問(wèn)題（34頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3講運(yùn)動(dòng)圖像和連接體問(wèn)題知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題一、動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題利用圖像解題通常包括兩個(gè)方面:(1)用給定的圖像解答問(wèn)題;(2)根據(jù)題意去作圖,運(yùn)用圖像去解答問(wèn)題。定律對(duì)整體整體列方程求解的方法。二、整體法和隔離法解決連接體問(wèn)題二、整體法和隔離法解決連接體問(wèn)題1.整體法整體法當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體的加速度加速度相同時(shí),可以把系統(tǒng)內(nèi)的所有物體看成一個(gè)整體整體,分析其受力和運(yùn)動(dòng)情況,運(yùn)用牛頓第二2.隔離法隔離法當(dāng)求系統(tǒng)內(nèi)物體間相互作用的內(nèi)力內(nèi)力時(shí),常把某個(gè)物體從系統(tǒng)中隔離隔離出來(lái),分析其受力和運(yùn)動(dòng)情況,再用牛頓第二定律對(duì)隔離隔離出來(lái)的物體列方程求解的方法。三、臨界極值問(wèn)

2、題三、臨界極值問(wèn)題1.動(dòng)力學(xué)中的臨界極值問(wèn)題動(dòng)力學(xué)中的臨界極值問(wèn)題在應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的加速度不同時(shí),物體有可能處于不同的狀態(tài),特別是題目中出現(xiàn)“最大”“最小”“剛好”等詞語(yǔ)時(shí),往往會(huì)有臨界值出現(xiàn)。2.產(chǎn)生臨界問(wèn)題的條件產(chǎn)生臨界問(wèn)題的條件(1)接觸與脫離的臨界條件:兩物體相接觸或脫離,臨界條件是彈力FN=0。(2)相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件:兩物體相接觸且處于相對(duì)靜止時(shí),常存在著靜摩擦力,則相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值最大值。(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件:繩子所能承受的張力是有限的,繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力,繩子松弛的臨界條件是FT

3、=0。(4)加速度最大與速度最大的臨界條件:當(dāng)物體在受到變化的外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí),其加速度和速度都會(huì)不斷變化,當(dāng)所受合外力最大時(shí),具有最大加速度加速度;合外力最小時(shí),具有最小加速度加速度。通常當(dāng)出現(xiàn)速度有最大值或最小值的臨界條件時(shí),物體處于臨界狀態(tài),所對(duì)應(yīng)的速度便會(huì)出現(xiàn)最大值或最小值。1.雨滴從空中由靜止落下,若雨滴下落時(shí)空氣對(duì)其的阻力隨雨滴下落速度的增大而增大,如圖所示的圖像中,能正確反映雨滴下落運(yùn)動(dòng)情況的是()答案答案C雨滴在下落過(guò)程中受重力和空氣阻力作用,由牛頓第二定律有mg-f=ma,由于阻力隨雨滴下落速度的增大而增大,所以雨滴做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),直到加速度減小到零,速度達(dá)到最大,此

4、后雨滴以最大速度勻速運(yùn)動(dòng),只有C圖符合。C2.(多選)如圖所示,水平地面上有兩塊完全相同的木塊A、B,在水平推力F作用下,一起向右運(yùn)動(dòng),用FAB代表A、B間的相互作用力,下列說(shuō)法中正確的是()A.若地面是光滑的,則FAB=FB.若地面是光滑的,則FAB=C.若地面是粗糙的,則FAB=FD.若地面是粗糙的,則FAB=2F2FBD答案答案BD地面光滑=0,不光滑0。對(duì)AB整體有:F-(2mg)=2ma,對(duì)B有:FAB-mg=ma,兩式聯(lián)立得FAB=,所以不論地面光滑與否,均為FAB=。2F2F3.如圖(a)所示,一輕質(zhì)彈簧的下端固定在水平面上,上端放置一物體(物體與彈簧不連接),初始時(shí)物體處于靜止

5、狀態(tài)?，F(xiàn)用豎直向上的拉力F作用在物體上,使物體開(kāi)始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),拉力F與物體位移x的關(guān)系如圖(b)所示(g=10m/s2),則正確的結(jié)論是()A.物體與彈簧分離時(shí),彈簧處于壓縮狀態(tài)B.彈簧的勁度系數(shù)為7.5N/cmC.物體的質(zhì)量為3kgD.物體的加速度大小為5m/s2D答案答案D設(shè)初始時(shí)彈簧壓縮量為x0,則kx0=mg。設(shè)物體加速度為a,當(dāng)物體位移為x時(shí),F+k(x0-x)-mg=ma,由此可得F=kx+ma,彈簧恰好恢復(fù)到自然長(zhǎng)度時(shí),物體與彈簧分離,A錯(cuò)誤;根據(jù)F-x圖像的斜率可知,彈簧勁度系數(shù)k=5N/cm,所以B項(xiàng)錯(cuò)誤;又當(dāng)x=0時(shí),10N=ma,當(dāng)x=4cm時(shí),30N-mg=ma,

6、聯(lián)立可得m=2kg,a=5m/s2,所以C錯(cuò)誤,D正確。深化拓展深化拓展考點(diǎn)一考點(diǎn)一動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題考點(diǎn)二考點(diǎn)二連接體問(wèn)題連接體問(wèn)題考點(diǎn)三考點(diǎn)三臨界極值問(wèn)題臨界極值問(wèn)題深化拓展深化拓展考點(diǎn)一動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題考點(diǎn)一動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題牛頓第二定律與圖像結(jié)合的綜合問(wèn)題是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn),動(dòng)力學(xué)中常見(jiàn)的圖像有a-F、a-、F-t、v-t、x-t圖像等,解答這類(lèi)問(wèn)題時(shí),要抓住圖像的斜率、截距、面積、交點(diǎn)、拐點(diǎn)等信息,明確因變量與自變量的制約關(guān)系,明確物理量的變化趨勢(shì),進(jìn)而分析清楚物理過(guò)程,寫(xiě)出相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系,再結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析解決問(wèn)題。1m1-1如圖,滑塊以初速度v

7、0沿表面粗糙且足夠長(zhǎng)的固定斜面,從頂端下滑,直至速度為零。對(duì)于該運(yùn)動(dòng)過(guò)程,若用h、s、v、a分別表示滑塊的下降高度、位移、速度和加速度的大小,t表示時(shí)間,則下列圖像最能正確描述這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律的是()B答案答案B設(shè)斜面傾角為,滑塊沿斜面下滑時(shí)做減速運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有mgsin-mgcos=ma,a=gsin-gcos,因此滑塊下滑時(shí)加速度不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;滑塊下滑時(shí)的位移s=v0t+at2,選項(xiàng)B正確;滑塊下降高度h=ssin=v0sint+asint2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;滑塊下滑時(shí)的速度v=v0+at,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。12121-2質(zhì)量為0.1kg的彈性球從空中某高度由靜止開(kāi)始下落,該下落過(guò)程對(duì)應(yīng)的v

8、-t圖像如圖所示。球與水平地面相碰后離開(kāi)地面時(shí)的速度大小為碰撞前的3/4。設(shè)球受到的空氣阻力大小恒為f,取g=10m/s2,求:(1)彈性球受到的空氣阻力f的大小;(2)彈性球第一次碰撞后反彈的高度h。答案答案(1)0.2N(2)m38解析解析(1)設(shè)彈性球第一次下落過(guò)程中的加速度大小為a1,由題圖知a1=m/s2=8m/s2根據(jù)牛頓第二定律得mg-f=ma1f=m(g-a1)=0.2N(2)由題圖知彈性球第一次到達(dá)地面時(shí)的速度大小為v1=4m/s,設(shè)球第一次離開(kāi)地面時(shí)的速度大小為v2,則v2=v1=3m/s第一次離開(kāi)地面后,設(shè)上升過(guò)程中球的加速度大小為a2,則mg+f=ma2vt40.534

9、a2=12m/s2于是,有0-=-2a2h解得h=m22v381-3一個(gè)物塊置于粗糙的水平地面上,受到的水平拉力F隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖(a)所示,速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖(b)所示。取g=10m/s2,求:(1)1s末物塊所受摩擦力的大小Ff1;(2)物塊在前6s內(nèi)的位移大小x;(3)物塊與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。答案答案(1)4N(2)12m(3)0.4解析解析(1)從題圖分析可知,當(dāng)t=1s時(shí),Ff1=F1=4N(2)由題圖(b)知物塊在前6s內(nèi)的位移大小x=m=12m(3)從題圖(b)中可以看出,在t=2s至t=4s的過(guò)程中,物塊做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度大小為a=m/s2=2m/s2由

10、牛頓第二定律得F2-mg=ma又由圖可知F3=Ff3=mg所以m=kg=2kg=0.4(24)42vt4223FFa12823Fmg8N2 10N考點(diǎn)二連接體問(wèn)題考點(diǎn)二連接體問(wèn)題一、兩物體的加速度相同時(shí)一、兩物體的加速度相同時(shí),一般采用先整體后隔離的方法一般采用先整體后隔離的方法2-1如圖所示,一夾子夾住木塊,在力F作用下向上提升。夾子和木塊的質(zhì)量分別為m、M,夾子與木塊兩側(cè)間的最大靜摩擦力均為f。若木塊不滑動(dòng),力F的最大值是()A.B.2 ()f mMM2 ()f mMmC.-(m+M)gD.+(m+M)g2 ()f mMM2 ()f mMmA答案答案A對(duì)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用牛頓第二定律:F-(M+

11、m)g=(M+m)a對(duì)M應(yīng)用牛頓第二定律:2f-Mg=Ma由聯(lián)立可得:F=,故A正確。2 ()f mMM2-2如圖所示,A、B兩物塊的質(zhì)量分別為m和M,讓它們靠在一起從光滑斜面的頂端由靜止開(kāi)始下滑。已知斜面的傾角為,斜面始終保持靜止。則在此過(guò)程中物塊B對(duì)物塊A的壓力為()A.MgsinB.MgcosC.0D.(M+m)gsin答案答案C由于它們是靠在一起下滑的,故A、B下滑的加速度是相同的,先對(duì)A、B整體進(jìn)行受力分析,并應(yīng)用牛頓第二定律可得,加速度a=gsin,再對(duì)A進(jìn)行受力分析,要使其加速度仍為a,在沿斜面的方向上B對(duì)A的壓力為0,選項(xiàng)C正確。C二、兩物體的加速度不同時(shí)二、兩物體的加速度不同

12、時(shí),一般采用隔離法一般采用隔離法2-3如圖所示,長(zhǎng)12m、質(zhì)量為50kg的木板置于水平地面上,木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,開(kāi)始時(shí)質(zhì)量為50kg的人立于木板左端,木板與人均靜止,當(dāng)人以4m/s2的加速度勻加速向右奔跑時(shí),(取g=10m/s2)求:(1)人在奔跑過(guò)程中受到的摩擦力的大小;(2)人在奔跑過(guò)程中木板的加速度;(3)人從開(kāi)始奔跑至到達(dá)木板右端所經(jīng)歷的時(shí)間。答案答案(1)200N(2)2m/s2,方向向左(3)2s解析解析(1)設(shè)人的質(zhì)量為m,加速度為a1,木板的質(zhì)量為M,加速度為a2,人對(duì)木板的摩擦力為f(f為木板對(duì)人的摩擦力)則對(duì)人有:f=ma1=200N(2)對(duì)木板進(jìn)行受力分析

13、可知:f-(M+m)g=Ma2則:a2=代入數(shù)據(jù)解得:a2=2m/s2,方向向左(3)設(shè)人從左端跑到右端時(shí)間為t由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得:L=a1t2+a2t2則:t=代入數(shù)據(jù)解得:t=2s()f Mm gM1212122Laa2-4如圖所示的裝置叫做阿特伍德機(jī),是阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。繩子兩端的物體下落(上升)的加速度總是小于自由落體加速度g,同自由落體相比,下落相同的高度,所花費(fèi)的時(shí)間要長(zhǎng),這使得實(shí)驗(yàn)者有足夠的時(shí)間從容地觀測(cè)、研究。已知物體A、B的質(zhì)量相等均為M,物體C的質(zhì)量為m,輕繩與輕滑輪間的摩擦不計(jì),繩子不可伸長(zhǎng),如果m=M,求:14(1)物體B從靜

14、止開(kāi)始下落一段距離的時(shí)間與其自由落體下落同樣的距離所用時(shí)間的比值;(2)系統(tǒng)由靜止釋放后運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體C對(duì)B的拉力。答案答案(1)3(2)mg89解析解析(1)設(shè)物體的加速度為a,繩子的張力為T(mén),對(duì)物體A:T-Mg=Ma對(duì)B、C整體:(M+m)g-T=(M+m)a解得:a=g因?yàn)閙=M所以a=g=g根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式:h=at2,h=g得:=3所以物體B從靜止開(kāi)始下落一段距離的時(shí)間是其自由落體下落同樣的2mMm142mMm19121220t0ttga距離所用時(shí)間的3倍。(2)設(shè)B、C間的拉力為F,對(duì)C物體:mg-F=maF=mg-ma=mg由牛頓第三定律知C對(duì)B的拉力為mg。8989考點(diǎn)三臨界極值

15、問(wèn)題考點(diǎn)三臨界極值問(wèn)題臨界問(wèn)題的解法一般有三種臨界問(wèn)題的解法一般有三種1.極限法極限法:把物理問(wèn)題(或過(guò)程)推向極端,從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來(lái),以達(dá)到正確解決問(wèn)題的目的。2.假設(shè)法假設(shè)法:臨界問(wèn)題存在多種可能,特別是非此即彼兩種可能時(shí),或變化過(guò)程中可能出現(xiàn)臨界條件,也可能不出現(xiàn)臨界條件時(shí),往往用假設(shè)法解決問(wèn)題。3.數(shù)學(xué)方法數(shù)學(xué)方法:將物理過(guò)程用數(shù)學(xué)公式來(lái)描述,根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式解出臨界條件。3-1如圖所示,質(zhì)量為M的木塊與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,用大小為F的恒力使木塊沿地面向右做直線運(yùn)動(dòng),木塊M可視為質(zhì)點(diǎn),則怎樣施力才能使木塊產(chǎn)生最大的加速度?最大的加速度為多少?答案答案見(jiàn)解析解析解析設(shè)

16、當(dāng)力F與水平方向的夾角為時(shí),M的加速度最大,如圖所示對(duì)M有Fcos-(Mg-Fsin)=Ma整理得:a=-g由上式可知,當(dāng)cos+sin取最大值時(shí),a最大令cos+sin=A則:A=(cossin )FM21221cossin11=sin(+)其中sin=而Amax=與此相對(duì)應(yīng)的=-故加速度a的最大值:amax=-g2121121221FM3-2如圖所示,一個(gè)彈簧臺(tái)秤放在水平地面上,Q為與輕彈簧上端連在一起的秤盤(pán),P為一重物,已知P的質(zhì)量M=10.5kg,Q的質(zhì)量m=1.5kg,彈簧的質(zhì)量不計(jì),勁度系數(shù)k=800N/m,系統(tǒng)處于靜止?，F(xiàn)給P施加一個(gè)方向豎直向上的力F,使它從靜止開(kāi)始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),已知在前0.2s內(nèi),F為變力,0.2s以后,F為恒力。求力F的最大值與最小值。(取g=10m/s2)答案答案168N72N解析解析設(shè)開(kāi)始時(shí)彈簧壓縮量為x1,t=0.2s時(shí)彈簧的壓縮量為x2,物體P的加速度為a,則有kx1=(M+m)gkx2-mg=max1-x2=at2由式得x1=0.15m由式得a=6m/s2Fmin+kx1-(M+m)g=(M+m)aFmax-Mg=Ma得Fmin=(M+m)a=72N,Fmax=M(g+a)=168N12()Mm gk