2019-2020年高一物理《牛頓運動定律的應用》學案（2）.doc
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2019-2020年高一物理《牛頓運動定律的應用》學案（2） 導學目標 1.掌握動力學中的圖象問題的分析方法.2.掌握整體法與隔離法在連接問題中的應用方法． 考點一 動力學中的圖象問題 考點解讀 在牛頓運動定律中有這樣一類問題：題目告訴的已知條件是物體在一過程中所受的某個力隨時間的變化圖線，要求分析物體的運動情況；或者已知物體在一過程中速度、加速度隨時間的變化圖線，要求分析物體的受力情況，我們把這兩種問題稱為牛頓運動定律中的圖象問題．這類問題的實質仍然是力與運動的關系問題，求解這類問題的關鍵是理解圖象的物理意義，理解圖象的軸、點、線、截、斜、面六大功能． 典例剖析 例1 如圖1甲所示，水平地面上輕彈簧左端固定，右端通過滑塊壓縮0.4 m鎖定．t＝0時解除鎖定釋放滑塊．計算機通過滑塊上的速度傳感器描繪出滑塊的速度圖象如圖乙所示，其中Oab段為曲線，bc段為直線，傾斜直線Od是t＝0時的速度圖線的切線，已知滑塊質量m＝2.0 kg，取g＝10 m/s2.求： 圖1 (1)滑塊與地面間的動摩擦因數(shù)； (2)彈簧的勁度系數(shù)． 方法突破 數(shù)圖結合解決物理問題 物理公式與物理圖象的結合是中學物理的重要題型，也是近年高考的熱點，特別是v－t圖象在考題中出現(xiàn)率極高．對于已知圖象求解相關物理量的問題，往往是結合物理過程從分析圖象的橫、縱軸所對應的物理量的函數(shù)入手，分析圖線的斜率、截距所代表的物理意義得出所求結果．解決這類問題的核心是分析圖象，我們應特別關注v－t圖中的斜率(加速度)和力的圖線與運動的對應關系． 跟蹤訓練1 固定光滑細桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動，推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖2所示，取重力加速度g＝10 m/s2.求： 圖2 (1)小環(huán)的質量m； (2)細桿與地面間的傾角α. 考點二 多過程問題 考點解讀 很多動力學問題中涉及物體兩個或多個連續(xù)的運動過程，在物體不同的運動階段，物體的運動情況和受力情況都發(fā)生了變化，我們把這類動力學問題稱為牛頓運動定律中的多過程問題．有些題目中這些過程是彼此獨立的，也有的題目中相鄰的過程之間也可能存在一些聯(lián)系，解決這類問題時，既要將每個子過程獨立分析清楚，又要關注它們之間的聯(lián)系．多過程問題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過程問題和多體多過程問題． 典例剖析 圖3 例2 中央電視臺近期推出了一個游戲節(jié)目——推礦泉 水瓶．選手們從起點開始用力推瓶一段時間后，放手 讓瓶向前滑動，若瓶最后停在桌上有效區(qū)域內，視為 成功；若瓶最后不停在有效區(qū)域內或在滑行過程中倒下均視為 失敗．其簡化模型如圖3所示，AC是長度為L1＝5 m的水平桌面，選手們可將瓶子放在A點，從A點開始用一恒定不變的水平推力推瓶，BC為有效區(qū)域．已知BC長度為L2＝1 m，瓶子質量為m＝0.5 kg，瓶子與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4.某選手作用在瓶子上的水平推力F＝20 N，瓶子沿AC做直線運動，(g取10 m/s2)假設瓶子可視為質點，那么該選手要想游戲獲得成功，試問： (1)推力作用在瓶子上的時間最長不得超過多少？ (2)推力作用在瓶子上的距離最小為多少？ 方法突破 求解多過程問題，要能夠將多過程分解為多個子過程，在每一個子過程中，對物體進行正確的受力分析，正確求解加速度和找到連接各階段運動的物理量(速度)是關鍵，做出物體整個運動過程的運動示意圖，可使問題的分析與求解較為直觀． 跟蹤訓練2 有一種大型游戲機叫“跳樓機”，參加游戲的游客被安全帶固定在座椅上，由電動機將座椅沿光滑的豎直軌道提升到離地面40 m高處，然后由靜止釋放．可以認為座椅沿軌道做自由落體運動，2 s后，開始受到恒定阻力而立即做勻減速運動，且下落到離地面4 m高處時速度剛好減小到零．然后再讓座椅以相當緩慢的速度穩(wěn)穩(wěn)下落，將游客送回地面．(取g＝10 m/s2)問： (1)座椅在自由下落結束時刻的速度是多大？ (2)座椅在勻減速階段的時間是多少？ (3)在勻減速階段，座椅對游客的作用力大小是游客體重的多少倍？ 考點三 滑塊－木板模型 考點解讀 滑塊－木板模型作為力學的基本模型經(jīng)常出現(xiàn)，是對直線運動和牛頓運動定律有關知識的綜合應用．著重考查學生分析問題、運用知識的能力，這類問題的分析有利于培養(yǎng)學生對物理情景的想象能力，為后面牛頓運動定律與能量知識的綜合應用打下良好的基礎． 典例剖析 例3 某電視臺娛樂節(jié)目在游樂園舉行家庭搬運磚塊比賽活動．比賽規(guī)則是：如圖4甲所示向滑動行駛的小車上搬放磚塊，且每次只能將一塊磚無初速度(相對地面)地放到車上，車停止時立即停止搬放，以車上磚塊多少決定勝負．已知每塊磚的質量m＝0.8 kg，小車的上表面光滑且足夠長，比賽過程中車始終受到恒定牽引力F＝20 N的作用，未放磚塊時車以v0＝3 m/s的速度勻速前進．獲得冠軍的家庭上場比賽時每隔T＝0.8 s搬放一塊磚，從放上第一塊磚開始計時，圖中僅畫出了0～0.8 s內車運動的v－t圖象，如圖乙所示，g取10 m/s2.求： 圖4 (1)小車的質量及車與地面間的動摩擦因數(shù)； (2)車停止時，車上放有多少塊磚． 方法突破 求解時應先仔細審題，清楚題目的含義，分析清楚每一個物體的受力情況、運動情況．因題目所給的情境中至少涉及兩個物體、多個運動過程，并且物體間還存在相對運動，所以應準確求出各物體在各運動過程中的加速度(注意兩過程的連接處加速度可能突變)，找出物體之間的位移(路程)關系或速度關系是解題的突破口．求解中更應注意聯(lián)系兩個過程的紐帶，每一個過程的末速度是下一個過程的初速度． 圖5 跟蹤訓練3 如圖5所示，在光滑的水平面上停放著小車B，車上左 端有一小物體A，A和B之間的接觸面前一段光滑，后一段粗糙， 且后一段的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，小車長L＝2 m，A的質量mA＝1 kg，B的質量mB＝4 kg.現(xiàn)用12 N的水平力F向左拉動小車，當A到達B的 最右端時，兩者速度恰好相等，求A和B間光滑部分的長度．(g取10 m/s2) ` 8.整體法與隔離法在動力學中的應用 圖6 例4 如圖6所示，一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B， 以速度v1＝30 m/s進入向下傾斜的直車道．車道每100 m 下降2 m．為了使汽車速度在x＝200 m的距離內減到v2＝10 m/s，駕駛員必須剎車．假定剎車時地面的摩擦阻力是恒力，且該力的70%作用于 拖車B,30%作用于汽車A.已知A的質量m1＝2 000 kg，B的質量m2＝6 000 kg.求汽車與 拖車的連接處沿運動方向的相互作用力．(重力加速度g取10 m/s2) 圖7 方法提煉 在物理問題中，當所研究的問題涉及連接體時，若不要求知道各個運動物體之間的相互作用力，并且各個物體具有大小和方向都相同的加速度，就可把它們看成一個整體，分析外力和運動情況，應用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量)；若需要知道物體間的相互作用力，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，分析物體的受力情況和運動情況，并分別應用牛頓第二定律列出方程，隔離法和整體法配合交替使用，常能更有效地解決有關連接體問題． 跟蹤訓練4 一根不可伸縮的輕繩跨過輕質的定滑輪，一端掛一吊椅，另 一端被坐在吊椅上的運動員拉住，如圖7所示．設運動員的質量為65 kg，吊椅的質量為15 kg，不計定滑輪與繩子間的摩擦，重力加速度取g ＝10m/s2.當運動員與吊椅一起正以加速度a＝1 m/s2上升時，試求： (1)運動員豎直向下拉繩的力； (2)運動員對吊椅的壓力． A組 圖象問題 1．如圖8甲所示，傾角為30的足夠長的光滑斜面上，有一質量m＝0.8 kg的物體受到平行斜面向上的力F作用，其大小F隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，t＝0時刻物體的速度為零，重力加速度g＝10 m/s2.下列說法中正確的是 ( ) 圖8 A．0～1 s時間內物體的加速度最大 B．第2 s末物體的速度不為零 C．2～3 s時間內物體向下做勻加速直線運動 D．第3 s末物體回到了原來的出發(fā)點 B組 多過程問題 圖9 2．如圖9所示為一足夠長斜面，其傾角為θ＝37，一質量m＝10 kg 物體，在斜面底部受到一個沿斜面向上的F＝100 N的力作用由 靜止開始運動，物體在2 s內位移為4 m,2 s末撤去力F，(sin 37 ＝0.6，cos 37＝0.8，g＝10 m/s2)求： (1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ； (2)從撤掉力F開始1.5 s末物體的速度v； (3)從靜止開始3.5 s內物體的位移和路程． C組 滑塊－木板模型 圖10 3.如圖10所示，車廂B底面放一個物體A，已知它們的質量mA＝20 kg，mB＝30 kg，在水平力F＝120 N作用下，B由靜止開始運動，2s內移動5 m，假設車廂足夠長，不計地面與B間的摩擦，求在這段時間內A在B內移動的距離． D組 連接體問題 圖11 4. 如圖11所示，質量為mA、mB的兩個物體A和B，用跨過定滑 輪的細繩相連．用力把B壓在水平桌面上，使A離地面的高度 為H，且桌面上方細繩與桌面平行．現(xiàn)撤去壓B的外力，使A、 B從靜止開始運動，A著地后不反彈，在運動過程中B始終碰 不到滑輪．B與水平桌面間的動摩擦因數(shù)為μ，不計滑輪與軸間、繩子的摩擦， 不計空氣阻力及細繩 課時規(guī)范訓練 (限時：60分鐘) 一、選擇題 圖1 1．物體A、B都靜止在同一水平面上，它們的質量分別為MA、MB，與水平面間的動摩擦因數(shù)分別為μA、μB，平行于水平面的拉力F分別拉物體A、B，測得加速度a與拉力F的關系圖象如圖1中A、B所示，則 ( ) A．μA>μB B．μA<μB C．MA>MB D．MA
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