(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第2節(jié) 牛頓第二定律、兩類動(dòng)力學(xué)問題教學(xué)案
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1、第2節(jié) 牛頓第二定律、兩類動(dòng)力學(xué)問題 一、牛頓第二定律、單位制 1.牛頓第二定律 (1)內(nèi)容 物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比。加速度的方向與作用力的方向相同。 (2)表達(dá)式a=或F=ma。 (3)適用范圍 ①只適用于慣性參考系(相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系)。 ②只適用于宏觀物體(相對(duì)于分子、原子)、低速運(yùn)動(dòng)(遠(yuǎn)小于光速)的情況。 2.單位制 (1)單位制由基本單位和導(dǎo)出單位組成。 (2)基本單位 基本量的單位。力學(xué)中的基本量有三個(gè),它們分別是質(zhì)量、時(shí)間、長度,它們的國際單位分別是千克、秒、米。 (3)導(dǎo)出單位 由基本量根據(jù)
2、物理關(guān)系推導(dǎo)出的其他物理量的單位。 二、超重與失重 1.實(shí)重和視重 (1)實(shí)重:物體實(shí)際所受的重力,與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),在地球上的同一位置是不變的。 (2)視重 ①當(dāng)物體掛在彈簧測力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí),彈簧測力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為視重。 ②視重大小等于彈簧測力計(jì)所受物體的拉力或臺(tái)秤所受物體的壓力。 2.超重、失重和完全失重的比較 超重現(xiàn)象 失重現(xiàn)象 完全失重 概念 物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象 物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象 物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的現(xiàn)象 產(chǎn)生條件 物體的
3、加速度方向向上 物體的加速度方向向下 物體的加速度方向向下,大小為a=g 原理方程 F-mg=ma F=m(g+a) mg-F=ma F=m(g-a) mg-F=mg F=0 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 加速上升或減速下降 加速下降或減速上升 無阻力的拋體運(yùn)動(dòng);繞地球勻速圓周運(yùn)動(dòng) 三、動(dòng)力學(xué)兩類基本問題 1.兩類動(dòng)力學(xué)問題 (1)已知物體的受力情況求物體的運(yùn)動(dòng)情況。 (2)已知物體的運(yùn)動(dòng)情況求物體的受力情況。 2.解決兩類基本問題的方法 以加速度為“橋梁”,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律列方程求解,具體邏輯關(guān)系如下: 1.思考辨析(正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”
4、) (1)牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma在任何情況下都適用。 (×) (2)物體只有在受力的前提下才會(huì)產(chǎn)生加速度,因此,加速度的產(chǎn)生要滯后于力的作用。 (×) (3)物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系,同時(shí)也確定了物理量間的單位關(guān)系。 (√) (4)失重說明物體的重力減小了。 (×) (5)物體超重時(shí),加速度向上,速度也一定向上。 (×) (6)研究動(dòng)力學(xué)兩類問題時(shí),做好受力分析和運(yùn)動(dòng)分析是關(guān)鍵。 (√) 2.(魯科版必修1P134T3)在粗糙的水平面上,物體在水平推力作用下由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。作用一段時(shí)間后,將水平推力逐漸減小到零(物體還在運(yùn)動(dòng)),則在水平推力逐漸減小
5、到零的過程中( )
A.物體速度逐漸減小,加速度逐漸減小
B.物體速度逐漸增大,加速度逐漸減小
C.物體速度先增大后減小,加速度先增大后減小
D.物體速度先增大后減小,加速度先減小后增大
D [由題意得推力F未減小之前物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則可判定F>f,且ma=F-f;當(dāng)F逐漸減小時(shí),加速度逐漸減小,但加速度方向與速度方向同向,物體仍加速;當(dāng)F 6、F2=15 N時(shí),物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則F1的值可能是(g取10 m/s2)( )
A.3 N B.25 N
C.30 N D.50 N
ACD [若物體向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律可知F2-F1-μG=ma>0,解得F1<5 N,A正確;若物體向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律可知F1-F2-μG=ma>0,解得F1>25 N,C、D正確。]
4.(人教版必修1P78T2改編)一質(zhì)量為m的物體,放在粗糙水平面上,受水平推力F的作用產(chǎn)生加速度a,物體所受摩擦力為f,當(dāng)水平推力變?yōu)?F時(shí)( )
A.物體的加速度小于2a
B.物體的加速度大于2a
C.物體的加 7、速度等于2a
D.物體所受的摩擦力變?yōu)?f
B [根據(jù)牛頓第二定律可知,物體在水平推力F的作用下,產(chǎn)生的加速度為
a===-μg。 ①
當(dāng)水平推力變?yōu)?F時(shí),物體的加速度
a′==-μg。 ②
比較①②兩式可以看出a′>2a。]
牛頓第二定律的理解 [依題組訓(xùn)練]
1.根據(jù)牛頓第二定律,下列敘述正確的是( )
A.物體加速度的大小跟它的質(zhì)量和速度大小的乘積成反比
B.物體所受合力必須達(dá)到一定值時(shí),才能使物體產(chǎn)生加速度
C.物體加速度的大小跟它所受作用力中的任一個(gè)力的大小成正比
D.當(dāng)物體質(zhì)量改變但其所受合力的水平分力不變時(shí),物體水平加速度大小與其質(zhì)量成反比
D 8、 [由牛頓第二定律a=可知,物體加速度的大小跟它的質(zhì)量成反比,跟速度沒有直接關(guān)系,A錯(cuò)誤;物體所受合外力不為0時(shí)就產(chǎn)生加速度,B錯(cuò)誤;物體加速度的大小跟物體所受的合外力成正比,與所受作用力中的任一個(gè)力沒有必然關(guān)系,C錯(cuò)誤;加速度是矢量,在某一個(gè)方向上的加速度,與這個(gè)方向上的合外力成正比,與其質(zhì)量成反比,D正確。]
2.(多選)關(guān)于速度、加速度、合力的關(guān)系,下列說法正確的是( )
A.原來靜止在光滑水平面上的物體,受到水平推力的瞬間,物體立刻獲得加速度
B.加速度的方向與合力的方向總是一致的,但與速度的方向可能相同,也可能不同
C.在初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,速度、加速度與合力的方 9、向總是一致的
D.合力變小,物體的速度一定變小
ABC [加速度與力同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失、同時(shí)變化,選項(xiàng)A正確;加速度的方向由合力方向決定,但與速度方向無關(guān),選項(xiàng)B正確;在初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,合力方向決定加速度方向,加速度方向決定末速度方向,選項(xiàng)C正確;合力變小,物體的加速度一定變小,但速度不一定變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
合力、加速度、速度間的決定關(guān)系
(1)物體所受合力的方向決定了其加速度的方向,只要合力不為零,不管速度是大是小,或是零,物體都有加速度,只有合力為零時(shí),加速度才為零。一般情況下,合力與速度無必然的聯(lián)系。
(2)合力與速度同向時(shí),物體加速運(yùn)動(dòng);合力與速度反向時(shí) 10、,物體減速運(yùn)動(dòng)。
(3)a=是加速度的定義式,a與Δv、Δt無直接關(guān)系;a=是加速度的決定式,a∝F,a∝。
超重和失重 [依題組訓(xùn)練]
1.(2019·北京豐臺(tái)區(qū)期末)圖甲是某人站在接有傳感器的力板上做下蹲、起跳和回落動(dòng)作的示意圖,圖中的小黑點(diǎn)表示人的重心。圖乙是力板所受壓力隨時(shí)間變化的圖象,取重力加速度g=10 m/s2。根據(jù)圖象分析可知( )
甲 乙
A.人的重力可由b點(diǎn)讀出,約為300 N
B.b到c的過程中,人先處于超重狀態(tài)再處于失重狀態(tài)
C.人在雙腳離開力板的過程中,處于完全失重狀態(tài)
D.人在b點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的加速度大于在c點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的加 11、速度
C [開始時(shí)人處于平衡狀態(tài),人對(duì)傳感器的壓力約為900 N,人的重力也約為900 N,故A錯(cuò)誤;b到c的過程中,人先處于失重狀態(tài)再處于超重狀態(tài),故B錯(cuò)誤;雙腳離開力板的過程中只受重力的作用,處于完全失重狀態(tài),故C正確;b點(diǎn)彈力與重力的差值要小于c點(diǎn)彈力與重力的差值,則人在b點(diǎn)的加速度要小于在c點(diǎn)的加速度,故D錯(cuò)誤。]
2.如圖所示,電梯的頂部掛有一個(gè)彈簧測力計(jì),其下端掛了一個(gè)重物,電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧測力計(jì)的示數(shù)為10 N。在某時(shí)刻電梯中的人觀察到彈簧測力計(jì)的示數(shù)變?yōu)? N,關(guān)于電梯的運(yùn)動(dòng),以下說法正確的是(g取10 m/s2)( )
A.電梯可能向上加速運(yùn)動(dòng),加速度大 12、小為12 m/s2
B.電梯可能向下減速運(yùn)動(dòng),加速度大小為2 m/s2
C.電梯可能向下加速運(yùn)動(dòng),加速度大小為2 m/s2
D.電梯可能向下減速運(yùn)動(dòng),加速度大小為12 m/s2
C [電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧測力計(jì)的示數(shù)為10 N,此時(shí)拉力等于重力,則重物的重力等于10 N。當(dāng)彈簧測力計(jì)的示數(shù)變?yōu)? N時(shí),對(duì)重物有mg-F=ma,代入數(shù)據(jù)解得a=2 m/s2,則電梯的加速度大小為2 m/s2,方向豎直向下,電梯可能向下做加速運(yùn)動(dòng),也可能向上做減速運(yùn)動(dòng),故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。]
超重和失重的判斷方法
(1)若物體加速度已知,看加速度的方向,方向向上則超重,方向向下則失重。
13、
(2)若拉力或壓力已知,看拉力或壓力與重力的大小關(guān)系,大于重力則超重,小于重力則失重。
(3)物體超重、失重與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系
動(dòng)力學(xué)中的兩類問題 [講典例示法]
1.解決動(dòng)力學(xué)兩類問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
2.動(dòng)力學(xué)基本問題的力的處理方法
(1)合成法:在物體受力個(gè)數(shù)較少(2個(gè)或3個(gè))時(shí)一般采用“合成法”。
(2)正交分解法:若物體的受力個(gè)數(shù)較多(3個(gè)或3個(gè)以上),則采用“正交分解法”。
[典例示法] 一質(zhì)量為m=2 kg的滑塊能在傾角為θ=30°的足夠長的斜面上以a=2.5 m/s2的加速度勻加速下滑,如圖所示。若用一水平向右的恒力F作用于滑塊,使之由靜止開始在t= 14、2 s內(nèi)沿斜面運(yùn)動(dòng)位移x=4 m。求:(g取10 m/s2)
(1)滑塊和斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;
(2)恒力F的大小。
審題指導(dǎo):解此題關(guān)鍵有兩點(diǎn)
(1)選取滑塊為研究對(duì)象,正確作出受力分析。
(2)根據(jù)運(yùn)動(dòng)過程求出加速度,結(jié)合牛頓第二定律求恒力F。
[解析] (1)以滑塊為研究對(duì)象受力分析如圖甲所示,
根據(jù)牛頓第二定律可得
mgsin 30°-μmgcos 30°=ma
解得μ=。
(2)使滑塊沿斜面做勻加速直線運(yùn)動(dòng),有加速度向上和向下兩種可能。
根據(jù)題意可得x=a1t2,得a1=2 m/s2
當(dāng)加速度沿斜面向上時(shí),受力分析如圖乙所示,
則Fcos 30°-m 15、gsin 30°-μ(Fsin 30°+mgcos 30°)=ma1
代入數(shù)據(jù)得F= N
甲 乙 丙
當(dāng)加速度沿斜面向下時(shí),受力分析如圖丙所示,
則mgsin 30°-Fcos 30°-μ(Fsin 30°+mgcos 30°)=ma1
代入數(shù)據(jù)得F= N。
[答案] (1) (2) N或 N
動(dòng)力學(xué)問題的解題步驟
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
已知受力情況求運(yùn)動(dòng)情況
1.(2019·株洲質(zhì)檢)如圖所示,某次滑雪訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)員站在水平雪道上第一次利用滑雪杖對(duì)雪面的作用獲得水平推力F=84 N而從靜止向前滑行,其作用時(shí)間為t1=1.0 s,撤除水平推力F后 16、經(jīng)過t2=2.0 s,他第二次利用滑雪杖對(duì)雪面的作用獲得同樣的水平推力,作用距離與第一次相同。已知該運(yùn)動(dòng)員連同裝備的總質(zhì)量為m=60 kg,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中受到的滑動(dòng)摩擦力大小恒為Ff=12 N,求:
(1)第一次利用滑雪杖對(duì)雪面作用獲得的速度大小及這段時(shí)間內(nèi)的位移;
(2)該運(yùn)動(dòng)員(可視為質(zhì)點(diǎn))第二次撤除水平推力后滑行的最大距離。
[解析] (1)運(yùn)動(dòng)員利用滑雪杖獲得的加速度為
a1== m/s2=1.2 m/s2
第一次利用滑雪杖對(duì)雪面作用獲得的速度大小
v1=a1t1=1.2×1.0 m/s=1.2 m/s
位移x1=a1t=0.6 m。
(2)運(yùn)動(dòng)員停止使用滑雪杖后 17、,加速度大小為a2=
經(jīng)時(shí)間t2速度變?yōu)関′1=v1-a2t2
第二次利用滑雪杖獲得的速度大小v2,則
v-v′=2a1x1
第二次撤除水平推力后滑行的最大距離x2=
解得x2=5.2 m。
[答案] (1)1.2 m/s 0.6 m (2)5.2 m
2.公路上行駛的兩汽車之間應(yīng)保持一定的安全距離。當(dāng)前車突然停止時(shí),后車司機(jī)可以采取剎車措施,使汽車在安全距離內(nèi)停下而不會(huì)與前車相碰。通常情況下,人的反應(yīng)時(shí)間和汽車系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間之和為1 s。當(dāng)汽車在晴天干燥瀝青路面上以108 km/h的速度勻速行駛時(shí),安全距離為120 m。設(shè)雨天時(shí)汽車輪胎與瀝青路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為晴天時(shí)的。若要求 18、安全距離仍為120 m,求汽車在雨天安全行駛的最大速度(g取10 m/s2)。
[解析] 設(shè)路面干燥時(shí),汽車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ0,剎車時(shí)汽車的加速度大小為a0,安全距離為s,反應(yīng)時(shí)間為t0,汽車的質(zhì)量為m,剎車前的速度為v0,由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得
μ0mg=ma0
s=v0t0+
解得a0=5 m/s2,μ0=0.5
設(shè)汽車在雨天行駛時(shí),汽車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,汽車剎車的加速度大小為a,安全行駛的最大速度為v,依題意有μ=μ0
由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得
μmg=ma
s=vt0+
解得v=20 m/s(v=-24 m/s不符合實(shí)際,舍去)。
[答案] 19、 20 m/s
已知運(yùn)動(dòng)情況求受力情況
3.如圖所示,一傾角為θ=30°的上表面光滑的斜面上,有相距為L的A、B兩點(diǎn),質(zhì)量為m=1 kg、可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊(圖中未畫出),在F1=11 N、方向沿斜面向上的力的作用下,從A點(diǎn)由靜止運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),所經(jīng)歷時(shí)間t1=1 s,到B點(diǎn)時(shí)換成了沿斜面向下的力F2作用在物塊上,經(jīng)過時(shí)間t2=2 s后返回A點(diǎn),斜面足夠長,且始終靜止不動(dòng),重力加速度取g=10 m/s2,求:
(1)A、B兩點(diǎn)之間的距離L;
(2)力F2的大小。
[解析] (1)物塊從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)的過程中,有
a1=,L=a1t
代入數(shù)據(jù)解得a1=6 m/s2,L=3 m。
( 20、2)物塊在B點(diǎn)的速度v1=a1t1=6 m/s
物塊從B點(diǎn)回到A點(diǎn)的過程中,有
-L=v1t2-a2t
解得a2=7.5 m/s2
由a2=
解得F2=2.5 N。
[答案] (1)3 m (2)2.5 N
4.2017年12月17日上午10時(shí)34分,由機(jī)長吳鑫、試飛員徐遠(yuǎn)征駕駛的C919第二架客機(jī),從浦東國際機(jī)場第四跑道起飛。飛機(jī)完成預(yù)定試飛科目后于12時(shí)34分安全返航著陸。對(duì)起飛BC段和降落DE段過程進(jìn)行觀察,模型示意圖如圖所示,記錄數(shù)據(jù)如下表,如將起飛后BC段和降落前DE段均簡化成勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(取g=10 m/s2)
運(yùn)動(dòng)過程
運(yùn)動(dòng)時(shí)間
運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
起飛B 21、C段
10時(shí)34分~10時(shí)54分
初速度v0=170節(jié)≈88 m/s
末速度v=253節(jié)≈130 m/s
降落DE段
12時(shí)9分~12時(shí)34分
著陸時(shí)的速度vt=140節(jié)≈72 m/s
(1)求C919勻加速運(yùn)動(dòng)過程中加速度大小a1及位移大小x1;
(2)求C919勻減速運(yùn)動(dòng)過程中所受合力大小與重力的比值;
(3)試比較上述兩個(gè)過程中飛機(jī)對(duì)飛行員的力與飛行員自身重力的大小關(guān)系。(只寫出結(jié)果即可,不需論述理由)
[解析] (1)C919勻加速運(yùn)動(dòng)過程中
Δt1=20 min=1 200 s
a1== m/s2=0.035 m/s2
x1=(v0+v)Δt1=×(88+1 22、30)×1 200 m=130 800 m
所以C919勻加速運(yùn)動(dòng)過程中加速度大小a1=0.035 m/s2,
位移大小為x1=130 800 m。
(2)C919勻減速運(yùn)動(dòng)過程
Δt3=25 min=1 500 s
a2== m/s2≈-0.039 m/s2
根據(jù)牛頓第二定律得到F=ma
C919勻減速運(yùn)動(dòng)過程中所受合力大小與重力的比值
k===0.003 9。
(3)上升過程中飛機(jī)對(duì)飛行員的力大于重力;
下降過程中飛機(jī)對(duì)飛行員的力大于重力。
[答案] (1)0.035 m/s2 130 800 m (2)0.003 9
(3)見解析
牛頓第二定律的瞬時(shí)性問題 [ 23、講典例示法]
1.兩種模型
加速度與合力具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系,二者總是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失,在分析瞬時(shí)加速度時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)基本模型的特點(diǎn)
2.求解瞬時(shí)加速度的一般思路
??
[典例示法] 兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球,用兩條輕繩連接,處于平衡狀態(tài),如圖所示?,F(xiàn)突然迅速剪斷輕繩OA,讓小球下落,在剪斷輕繩的瞬間,設(shè)小球A、B的加速度分別用a1和a2表示,則( )
A.a(chǎn)1=g,a2=g
B.a(chǎn)1=0,a2=2g
C.a(chǎn)1=g,a2=0
D.a(chǎn)1=2g,a2=0
A [由于繩子張力可以突變,故剪斷OA后小球A、B只受重力,其加速度a1=a2=g。故選項(xiàng)A正確。]
[變式1 24、] 在[典例示法]中只將A、B間的輕繩換成輕質(zhì)彈簧,其他不變,如圖所示,則下列選項(xiàng)中正確的是( )
A.a(chǎn)1=g,a2=g
B.a(chǎn)1=0,a2=2g
C.a(chǎn)1=g,a2=0
D.a(chǎn)1=2g,a2=0
D [剪斷輕繩OA的瞬間,由于彈簧彈力不能突變,故小球A所受合力為2mg,小球B所受合力為零,所以小球A、B的加速度分別為a1=2g,a2=0。故選項(xiàng)D正確。]
[變式2] 在[變式1]中的題圖放置在傾角為θ=30°的光滑斜面上,如圖所示系統(tǒng)靜止時(shí),彈簧與細(xì)線均平行于斜面,在細(xì)線被燒斷的瞬間,則下列說法正確的是( )
A.a(chǎn)A=0 aB=g B.a(chǎn)A=g aB=0
C. 25、aA=g aB=g D.a(chǎn)A=0 aB=g
B [細(xì)線被燒斷的瞬間,小球B的受力情況不變,加速度為零。燒斷前,分析整體受力可知線的拉力為FT=2mgsin θ,燒斷瞬間,A受的合力沿斜面向下,大小為2mgsin θ,所以A球的瞬時(shí)加速度為aA=2gsin 30°=g,故選項(xiàng)B正確。]
[變式3] (多選)把[變式2]中的兩小球改為三小球,并將彈簧和輕繩互換位置,如圖所示,傾角為θ的斜面靜置于地面上,斜面上表面光滑,A、B、C三球的質(zhì)量分別為m、2m、3m,輕質(zhì)彈簧一端固定在斜面頂端、另一端與A球相連,A、B間固定一個(gè)輕桿,B、C間由一輕質(zhì)細(xì)線連接。彈簧、輕桿與細(xì)線均平行于斜面,初始系統(tǒng)處于 26、靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)突然剪斷細(xì)線。下列判斷正確的是( )
A.細(xì)線被剪斷的瞬間,A、B、C三個(gè)小球的加速度均為零
B.細(xì)線被剪斷的瞬間,A、B之間桿的彈力大小為零
C.細(xì)線被剪斷的瞬間,A、B球的加速度沿斜面向上,大小為gsin θ
D.細(xì)線被剪斷的瞬間,A、B之間桿的彈力大小為4mgsin θ
CD [剪斷細(xì)線前,以A、B、C組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象,系統(tǒng)靜止,處于平衡狀態(tài),所受合力為零,則彈簧的彈力為F=(3m+2m+m)gsin θ=6mgsin θ 。以C為研究對(duì)象知,細(xì)線的拉力為3mgsin θ。剪斷細(xì)線的瞬間,由于彈簧彈力不能突變,彈簧彈力不變,以A、B組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象,由 27、牛頓第二定律得F-(m+2m)gsin θ=(m+2m)aAB,解得A、B兩個(gè)小球的加速度為aAB=gsin θ,方向沿斜面向上;以B為研究對(duì)象,由牛頓第二定律得:FAB-2mgsin θ=2maAB,解得桿的拉力為FAB=4mgsin θ;以C為研究對(duì)象,由牛頓第二定律得aC=gsin θ,方向沿斜面向下,故C、D正確,A、B錯(cuò)誤。]
“兩關(guān)鍵”“四步驟”巧解瞬時(shí)性問題
1.分析瞬時(shí)加速度的“兩個(gè)關(guān)鍵”
(1)分析瞬時(shí)前、后的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
(2)明確繩或桿類、彈簧或橡皮條類模型的特點(diǎn)。
2.“四個(gè)步驟”
第一步:分析原來物體的受力情況。
第二步:分析物體在突變時(shí)的受 28、力情況。
第三步:由牛頓第二定律列方程。
第四步:求出瞬時(shí)加速度,并討論其合理性。
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
1.如圖所示,物塊1、2間用剛性輕質(zhì)桿連接,物塊3、4間用輕質(zhì)彈簧相連,物塊1、3質(zhì)量為m,2、4質(zhì)量為M,兩個(gè)系統(tǒng)均置于水平放置的光滑木板上,并處于靜止?fàn)顟B(tài)?,F(xiàn)將兩木板沿水平方向突然抽出,設(shè)抽出后的瞬間,物塊1、2、3、4的加速度大小分別為a1、a2、a3、a4。重力加速度大小為g,則有( )
A.a(chǎn)1=a2=a3=a4=0
B.a(chǎn)1=a2=a3=a4=g
C.a(chǎn)1=a2=g,a3=0,a4=g
D.a(chǎn)1=g,a2=g,a3=0,a4=g
C [在抽出木板的瞬間, 29、物塊1、2與剛性輕桿接觸處的形變立即消失,受到的合力均等于各自重力,所以由牛頓第二定律知a1=a2=g;而物塊3、4間的輕彈簧的形變還來不及改變,此時(shí)彈簧對(duì)3向上的彈力大小和對(duì)物塊4向下的彈力大小仍為mg,因此物塊3滿足mg=F,a3=0;由牛頓第二定律得物塊4滿足a4==g,所以C正確。]
2.如圖所示,A、B兩球質(zhì)量相等,光滑斜面的傾角為θ,圖甲中,A、B兩球用輕彈簧相連,圖乙中A、B兩球用輕質(zhì)桿相連,系統(tǒng)靜止時(shí),擋板C與斜面垂直,彈簧、輕桿均與斜面平行,則在突然撤去擋板的瞬間有( )
甲 乙
A.兩圖中兩球加速度均為gsin θ
B.兩圖中A球的加速度均為零
30、
C.圖乙中輕桿的作用力一定不為零
D.圖甲中B球的加速度是圖乙中B球加速度的2倍
D [撤去擋板前,兩圖中擋板對(duì)B球的彈力大小均為2mgsin θ,由輕彈簧模型和輕桿模型的特點(diǎn)可知,彈簧彈力不能突變,而桿的彈力會(huì)突變,所以撤去擋板的瞬間,圖甲中A球所受合力為零,加速度為零,B球所受合力大小為2mgsin θ,加速度大小為2gsin θ;圖乙中桿的彈力突變?yōu)榱?,A、B球所受合力均為mgsin θ,加速度均為gsin θ,故圖甲中B球的加速度是圖乙中B球加速度的2倍,A、B、C錯(cuò)誤,D正確。]
3.(2019·清江模擬)如圖所示,在動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2的水平面上有一個(gè)質(zhì)量m=1 kg的小球 31、,小球與水平輕彈簧及與豎直方向成θ=45°角的不可伸長的輕繩一端相連,此時(shí)小球處于靜止?fàn)顟B(tài),且水平面對(duì)小球的彈力恰好為零。在剪斷輕繩的瞬間(g取10 m/s2),最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,下列說法正確的是( )
A.小球受力個(gè)數(shù)不變
B.小球?qū)⑾蜃筮\(yùn)動(dòng),且a=8 m/s2
C.小球?qū)⑾蜃筮\(yùn)動(dòng),且a=10 m/s2
D.若剪斷的是彈簧,則剪斷瞬間小球加速度的大小a=10 m/s2
B [在剪斷輕繩前,小球受重力、繩子的拉力以及彈簧的彈力處于平衡狀態(tài),根據(jù)共點(diǎn)力平衡得彈簧的彈力F=mgtan 45°=10×1 N=10 N,剪斷輕繩的瞬間,彈簧的彈力仍然為10 N,小球此時(shí)受重力、支持力、彈簧彈力和摩擦力四個(gè)力作用。 小球的受力個(gè)數(shù)發(fā)生改變,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;小球所受的最大靜摩擦力為Ff=μmg=0.2×10 N=2 N,根據(jù)牛頓第二定律得小球的加速度為a== m/s2=8 m/s2,合力方向向左,所以加速度向左,故選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;剪斷彈簧的瞬間,輕繩對(duì)小球的拉力瞬間為零,此時(shí)小球所受的合力為零,則小球的加速度為零,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
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