第三章牛頓運動定律1
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1、江蘇教育學院附屬高級中學2006屆高三物理復習資料——牛頓運動定律 第三章 牛頓運動定律 2005年考點要求 內 容 要 求 說 明 1、牛頓第一定律 慣性 2、牛頓第二定律 3、牛頓第三定律 4、牛頓定律的應用 II II II II 加速度和力(質量)的關系 作用力和反作用力 國際單位制(SI)中力學單位 牛頓力學的適用范圍 *非慣性系和慣性力 I I 一、牛頓運動定律 (一)牛頓第一定律: 1、牛頓第一定律內容:一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止. 說明: ①牛頓第一定律不是實驗直接總結
2、出來,牛頓由伽利略的理想實驗為基礎,加之高度的抽象思維,概括總結出來的。 ②牛頓第一定律不是牛頓第二定律的特例,是不受外力的理想情況,與受外力的合力為零不是一回事。牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎,不能簡單地認為它是牛頓第二定律的不受外力時的特例。牛頓第一定律定性給出了力與運動的關系,牛頓第一定律定量給出了力與運動的關系。 ③運動是物體的屬性,物體的運動不需要外力提供;力不是維持物體運動的原因,揭示了力是改變物體運動狀態(tài)的原因,是使物體產生加速度的原因。 ④牛頓第一定律指明了任何物體都具有慣性 ——保持原有運動狀態(tài)不變的特性 2、慣性:一切物體都具有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜
3、止狀態(tài)的性質。 ①慣性是物體總有保持自己原來狀態(tài)(速度)的本性,不能克服和避免。 ②慣性是物體的固有性質.與物體是否運動,是否受力無關。 ③慣性大小與外部條件無關,僅取決于物體本身的質量.只要物體質量一定,它的慣性都不會改變,更不會消失.質量是物體慣性大小的量度。物體的質量越大,運動狀態(tài)越難改變,即慣性越大。 例1:如圖所示,水平放置的小瓶內裝有水,其中有氣泡,當瓶子從靜止狀態(tài)突然向右運動時.小氣泡在瓶內將向何方運動?(右)當瓶子從向右勻速運動狀態(tài)突然停止時,小氣泡在瓶內又將如何運動?(左) 例2:如圖所示,在一輛表面光滑的小車上,放有質量分別為ml、m2的兩個小球,隨車一
4、起勻速運動,當車突然停止運動時,如不計其他阻力,設車無限長,則兩個小球 ( B )
A、一定相碰 B、一定不相碰
C、若m1>m2則肯定相碰 D、若m1 5、在自轉。一晝夜就能周游世界,這個設想能實現(xiàn)嗎?為什么?
例5:如圖所示,一個劈形物體A,各面均光滑,放在固定斜面上,上表面成水平,現(xiàn)在上表面上放一光滑小球B,劈形物體A從靜止開始釋放。請分析說明小球在碰到斜面前的運動情況。
1.“物體運動狀態(tài)發(fā)生了改變”是指( B )
A.物體的位置發(fā)生了改變
B.物體速度大小或速度方向發(fā)生了變化
C.物體加速度大小或加速度方向發(fā)生了變化
D.物體位移大小或位移方向發(fā)生了變化
答案點撥:物體的運動狀態(tài)包括速度的大小和方向任何一項的改變。
2.關于物體運動狀態(tài)的改變,下列說法正確的是( C )
A、運動物體的加速 6、度不變,則其運動狀態(tài)一定不變
B、物體的位置在不斷變化,則其運動狀態(tài)一定在不斷變化
C、做直線運動的物體,其運動狀態(tài)可能不變
D、做曲線運動的物體,其運動狀態(tài)也可能不變
3.下列關于慣性的說法中正確的是( D )
A.物體只有靜止或做勻速直線運動時才有慣性
B.物體只有受外力作用時才有慣性
C.物體運動速度大時慣性大
D.物體在任何情況下都有慣性
答案:D(點撥:慣性是物體本身固有屬性,與受力情況、運動狀態(tài)都無關)
4.關于伽利略理想實驗,下列說法正確的是( B )
A.完全是理想的,沒有事實為基礎的
B.是以可靠事實為基礎的,經科學抽象,深刻反映自然規(guī)律的
C. 7、沒有事實為基礎,只是理想推理
D.以上說法都不對
5.火車在平直軌道上勻速行駛,門窗緊閉的車廂內有一人向上跳起,發(fā)現(xiàn)仍落回車上原處,這是因為( D )
A.人跳起后,車廂內空氣給他以向前的力,帶著他隨同火車一起向前運動
B.人跳起的瞬間,車廂地板給他一個向前的力,推動他隨同火車一起向前運動
C.人跳起后,車在繼續(xù)向前運動,所以人落下后必定偏后一些,只是由于時間很短,偏后距離大小,不明顯而已
D.人跳起后因慣性在水平方向上保持與車同樣的速度,所以落回原處
6.靜止在水平面上的小車,必須施加推力才能沿平面勻速運動,推力撤去后小車很快停止運動這說明( BC )
A.力是維 8、持物體做勻速直線運動的原因
B.推力的作用只是為了克服阻力的影響
C.力是改變運動狀態(tài)的原因 D.平衡力是維持物體做勻速直線運動的原因
答案點撥:力不是維持物體運動的原因,物體在不受外力的情況下也可運動
7.下列說法中正確的是( C )
A.高速運動的物體不容易停下來,所以物體運動速度越大,慣性越大
B.用一相同的水平力分別推放在地面上的兩個材料不同的物體,則難以推動的物體慣性大一些
C.行駛中的車廂突然剎車,乘客前傾,這是由于慣性引起的
D.物體不受外力作用時才有慣性
答案點撥:能否推動物體不僅與質量有關而且與摩擦因數(shù)有關.所以B錯誤。
8 9、.關于慣性的說法中,正確的是( A )
A.慣性即是指物體原來靜止的總保持靜止;原來運動的總保持勻速直線運動的性質
B.靜止的火車啟動時速度變化緩慢是因為靜止時物體的慣性大
C.一個人看見某人推不動原來靜止的小車,于是他說:“這是因為小車的慣性太大的緣故”。
D.在宇宙飛船中的物體不具有慣性
9.關于慣性,下述正確的是( B )
A、物體的加速度小則慣性大;物體加速度大則慣性小
B、質量較小的乒乓球可以快速抽殺,是因為乒乓球慣性小
C、靜止的火車起動時,速度變化慢,是因為靜止的物體慣性大
D、運動速度大的物體不能很快地停下來,是因為物體速度越大,慣性越大
10.下列 10、事例中,利用了物體的慣性的是( AD )
A.跳遠運動員在起跳前的助跑運動 B.跳傘運動員在落地前打開降落傘
C.自行車輪胎做成凹凸不平的形狀 D.鐵餅運動員在擲出鐵餅時快速旋轉
11.下列說法中正確的是( C )
A.一個物體原來以10m/s的速度運動,后來速度變?yōu)?0m/s,則其慣性增大了
B.已知月球重力加速度是地球的1/6,故一個物體從地球移到月球慣性減小為原來的1/6
C.質量大的物體運動狀態(tài)難改變,故質量大的物體慣性大
D.以上說法都不正確
答案點撥:慣性是物體固有的屬性,僅與物體的質量有關,與物體所處的位置、受力情況、運 11、動狀態(tài)都無關。
(二)牛頓第二定律
①牛頓第二定律內容:物體受到外力作用時,所獲得的加速度的大小跟外力大小成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向與合外力方向相同.(ΣF=ma)
②牛頓第二定律的理解:
a)揭示了力、質量、加速度的因果關系。
b)瞬時性:說明了加速度與合外力的瞬時對應關系。
c)矢量性:物體的加速度,是每個力產生的加速度的矢量和。
d)獨立性:指物體所受各力均可互不相干地獨立使物體產生加速度,而實際加速度為這
些加速度矢量和。(力的獨立性原理)
e)局限性:牛頓第二定律僅僅適用于低速、宏觀領域。
③牛頓第二定律的表達式是從比例式F=km 12、a推導出來。
只有合適的單位才能使比例常數(shù)k=1。國際單位制中(SI),力的單位就是根據牛頓第二定律來定義的,這樣就可以令k=1,牛頓第二定律的公式即為F=ma。
④牛頓第一定律不是由實驗總結出來的,只是在經驗事實的基礎上,通過“理想實驗”等邏輯推理而來的。不能把牛頓第一定律認為是牛頓第二定律中合外力等于零的特例,更不能認為牛頓第一定律可以納入牛頓第二定律之中。它們之間的關系是:牛頓第一定律為牛頓第二定律提供了一個成立的參考系——慣性參考系。沒有牛頓第一定律這個基礎,就不會有牛頓第二定律的結論。
例1:有一個恒力能使質量為m1的物體獲得3m/s2的加速度,如將其作用在質量為m2的 13、物體上能產生1.5m/s2的加速度,若將m1和m2合為一體,該力能使它們產生多大的加速度? (1m/s2)
例2:自由下落的小球下落一段時間后,與彈簧接觸,從它接觸彈簧開始,到彈簧壓縮到最短的過程申,小球的速度、加速度、 合外力的變化情況是怎樣的?
例3:質量為m的箱子C,頂部懸掛質量也為m的小球B,小球B的下方通過一輕彈簧與質量仍為m的小球A相連,箱子C用輕繩00′懸于天花板上而處于平衡狀態(tài),如圖所示.現(xiàn)剪斷輕繩00′。在輕繩被剪斷的瞬間,小球A、B和箱子C的加速度分別為 多少?
(aA =0,aB=1.5g,aC =1.5g)
1.關于力和運動的關系, 14、下列說法中正確的是( A )
A.物體的速度不斷增大,表示物體必受力的作用
B.物體的位移不斷增大,表示物體必受力的作用
C.物體朝什么方向運動,則這個方向上物體必受力的作用
D.物體的速度大小不變,則其所受的合力必為零
答案點撥:力是改變物體速度的原因也是使物體產生加速度的原因。
2.關于物體運動狀態(tài)的改變與力的關系,正確說法的是( C )
A.物體受到力的作用時,速度一定增大 B.力停止作用后,物體就慢慢停下來
C.要改變物體的運動狀態(tài),必須有力的作用
D.物體運動狀態(tài)的改變與物體的初始運動狀態(tài)有關
3.用力推一個靜止物體,物體開始運動,停止用力,物體 15、就停止下來,可見( C )
A.力是使物體運動的原因 B.力是維持物體運動的原因
C.力是使物體產生加速度的原因 D.力是改變物體慣性的原因
4.在水平的直軌道上勻速行駛的車廂內,乘客手持小球在地板O點的正上方將球放開,若車廂的門窗均關閉,則下述說法中正確的是( B )
A.小球落在O點前方,因為放開小球時,手給球一個向前的力
B.小球落在O點,因為放開小球時,小球具有與車相同的水平速度
C小球落在O點后方,因為放開小球時,車在向前運動
D.小球落在O點后方,因為空氣給小球向后的力
5.關于”牛頓”這個力的國際單位.下列說法正確的是( C )
A.使2k 16、g的物體產生2m/s2的加速度的力,叫做1N
B.使質量為0.5kg的物體產生1.5m/s2的加速度的力,叫做1N
C.使質量是1kg的物體產生1m/s2的加速度的力,叫做1N
D.使質量是2kg的物體產生1m/s2的加速度的力,叫做1N
答案點撥:牛頓這個單位是根據牛頓第二定律定義的。
6.在牛頓第二定律公式F=kma中,比例系數(shù)k的數(shù)值( CD )
A.在任何情況下都等于1 B.k的數(shù)值是由質量、加速度和力的大小所決定
C.k的數(shù)值是由質量、加速度和力的單位所決定
D.在國際單位制中,k的數(shù)值一定等于1
7.質量為8103kg的汽車以1.5m/s2的 17、加速度加速,阻力為2.5103N,那么汽車的牽引力是( D )
A.2.5103N B.9.5103N C.1.2104N D.1.45104N
答案點撥:F牽=f+ma=2.5103N+81031.5N=1.45104N
8.如圖所示,質量為20kg的物體,沿水平面向右運動,它與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.1,同時還受到大小為10N的水平向右的力作用,則該物體(g=10m/s2)( A )
A.所受到的摩擦力大小為20N,方向向左
B.所受到的摩擦力大小為20N,方向向右
C.運動的加速度大小為1.5m/s2,方向向左
D.運動的加速度大小為0.5m/s2,方向向右
18、
9.一物體在幾個力的作用下處于平衡狀態(tài),若使其中一個向東的力逐漸減小,直至為零。則在此過程中物體的加速度( B )
A.方向一定向東,且逐漸增大 B.方向一定向西,且逐漸增大
C.方向一定向西,且逐漸減小 D.方向一定向東,且逐漸減小
答案點撥:當向東的力減小為零時,物體所受的合外力達最大。
10.下列對牛頓第二定律的理解中,正確的說法是( C )
A. 物體所受的動力加倍,則加速度一定加倍 B. 物體所受的阻力加倍,則加速度一定加倍
C. 加速度的方向與合外力的方向永遠相同
D.物體所受的合力發(fā)生變化,則物體的加速度不一定變化
11.下列說法 19、正確的是( D )
A.物體速度為零時,合力一定為零 B.物體合力為零時,速度一定為零
C.物體合力減小時,速度一定減小 D.物體合力減小時,加速度一定減小
答案點撥:只有加速度和合外力時刻對應。
12.原來靜止的物體,突然受到一個不為零的恒定的合外力作用,當物體剛剛受到這個合外力作用時,下列各種說法中正確的是( B )
A.物體一定立刻有速度產生,但加速度仍然為零
B.物體一定立刻有加速度產生,但速度仍然為零
C.物體一定立刻有速度產生,但位移仍然為零
D.上述說法均是錯誤的
答案點撥:加速度和合外力存在瞬時對應關系。
13.下列說法中正確的是( D )
A.物體 20、所受合外力為零時,物體的速度必為零
B.物體所受合外力越大,則加速度越大,速度也越大
C.物體的速度方向一定與物體受到的合外力的方向一致
D.物體的加速度方向一定與物體所受到的合外力方向相同
14.質量為M的物塊位于粗糙的水平面上,若用大小為F的水平恒力拉物塊,其加速度為a,當拉力的方向不變,大小變?yōu)?F時,物塊的加速度為a’則( C )
A、a’=a B、 a’<2a C、a’>2a D、a’=2a
15.豎直上拋的物體受到空氣的阻力大小恒定,物體上升到最高點的時間為t1,從最高點落回拋出點的時間為t2,上升過程的加速度為a1,下降過程的加速度為a 21、2,則( B )
A.a1>a2,t1>t2 B.a1>a2,t1<t2 C.a1<a2,t1>t2 D.a1<a2,t1<t2
16.物體在與其初速度始終共線的合力F的作用下運動。取v0方向為正,合力F隨時間t的變化情況如圖所示,則在0~t1這段時間內( C )
A,物體的加速度先減小后增大,速度也是先減小后增大
B.物體的加速度先增大后減小,速度也是先增大后減小
C.物體的加速度先減小后增大,速度一直在增大
D.物體的加速度先減小后增大,速度一直在減小
17.兩物塊A、B由同種材料制成,mA>mB,并隨木板一起以相同的速度向右勻速運動,如圖,設木板足夠長,當木 22、板突然停止運動后( C )
A. 若木板光滑,由于A的慣性大,故A、B間的距離將增大
B. 若木板粗糙,由于A受到阻力大,故B可能與A相碰
C. 無論木板是否光滑,A、B間的距離將保持不變
A
B
D. 無論木板是否光滑,A、B二物體一定能相碰
18.如圖所示,人和小船的質量分別為m和M,M=4m。人站在船上用水平力F拉繩子,圖中跨過定滑輪的兩段繩子都處于水平位置,繩子的另一端拴在船頭上。若不計滑輪和繩子的質量以及水與船、滑輪與軸的摩擦力,過程中人與船保持相對靜止,此時船的加速度為a1;若人在a岸上以同樣大小的力F水平拉船,船的加速度為a2,則a1:a2=?
23、
應用牛頓第二定律解題的基本步驟是:
(1)依題意,正確選取并隔離研究對象.
(2)對研究對象的受力情況和運動情況進行分析,畫出受力分析圖.
(3)選取適當坐標系,一般以加速度的方向為正方向.根據牛頓第二定律和運動學公式建立方程.
(4)統(tǒng)一單位,求解方程組.對計算結果進行分析、討論.
例1:有只船在水中航行時所受阻力與其速度成正比,現(xiàn)在船由靜止開始沿直線航行,若保持牽引力恒定,經過一段時間后,速度為v,加速度為a1,最終以2v的速度做勻速運動;若保持牽引力的功率恒定,經過另一段時間后,速度為v,加速度為a2,最終也以2v的速度做勻速運動,則a2=____ 24、__a1.
[分析]:
(1)牽引力恒定:
(2)牽引力功率恒定:
力是產生加速度的原因,也就是說加速度與力之間存在即時直接的因果關系.被研究對象什么時刻受力,什么時刻產生加速度,什么時刻力消失,什么時刻加速度就等于零.這稱做加速度與力的關系的同時性(瞬時性).
例2:為了安全,在公路上行駛的汽車之間應保持必要的距離。已知某高速公路的最高限速v=120km/h,假設前方車輛突然停止,后車司機從發(fā)現(xiàn)這一情況,經操縱剎車,到汽車開始減速經歷的時間(即反應時間)t=0.50s。剎車時汽車受到阻力的大小f為汽車重力的0.40倍。該高速公路上汽車間的 25、距離s至少應為多少?取重力加速度g=10m/s2。
例3:如圖,有一水平傳送帶以2m/s的速度勻速運動,現(xiàn)將一物體輕輕放在傳送帶上,若物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.5,則傳送帶將該物體傳送10m的距離所需時間為多少?
[分析]:
以傳送帶上輕放的物體為研究對象,它做v0=0的勻加速運動。
在豎直方向受重力和支持力,在水平方向受滑動摩擦力。
據牛頓第二定律:F = ma有
水平方向:f = ma ①
豎直方向:N-mg = 0 ②
又 f=μN ③
由式①,②,③解得a = 5m/s2
設經時間tl,物體速度達到傳送帶的速度,據勻加速直 26、線運動的速度公式
vt=v0+at ④ 解得t1= 0.4s
因為物體位移為0.4m時,物體的速度與傳送帶的速度相同,物體0.4s后無摩擦力,開始做勻速運動,故S2= v2t2⑤
因為S2=S-S1=10-0.4 =9.6(m),v2=2m/s
代入式⑤得t2=4.8s
則傳送10m所需時間為t = 0.4+4.8=5.2s。
(三)牛頓第三定律:
1、牛頓第三定律內容:兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在一條直線上。
牛頓第三定律肯定了物體間的作用力具有相互作用的本質:即力總是成對出現(xiàn),孤立的單個力是不存在的,有施力者,必要有受力者,受力者也 27、給施力者以力的作用。這一對作用力和反作用力的關系是:等大反向,同時存在,同時消失,分別作用于兩個不同的物體上,且具有相同的性質和相同的規(guī)律。
2、區(qū)分平衡力跟作用力和反作用力
作用力和反作用力:異體(相互作用的兩物體)、共線(作用在一直線上)、等值(大小相等)、反向(方向相反)、同性(同種性質的力)、同存(同時存在同時消失)。
平衡力:同體(作用在同一物體上)、共線、等值、反向。
例1:如圖,物體A放在水平桌面上,被水平細繩拉著處于靜止狀態(tài),則( B )
A.A對桌面的壓力和桌面對A的支持力總是平衡的
B.A對桌面的摩擦力的方向總是水平向右的
C.繩對A的拉力小于A所受桌面的 28、摩擦力
D.A受到的重力和桌面對A的支持力是一對作用力與反作用力
注意區(qū)分:作用力與反作用力、平衡力。
例2:甲、乙兩人手拉手拔河游戲,結果甲勝乙敗,那么甲乙兩人誰受拉力大?(一樣大)
例3:如圖所示,天平左盤中有一個木質框架,框架上部固定著一個電磁鐵A,框架的下面有一塊小鐵片B.天平的右盤上放上適當?shù)捻来a。使天平處于平衡狀態(tài).現(xiàn)用遙控的方法使電磁鐵A的電路接通,鐵片B將被A吸上去.試分析回答下列問題:
(1)在B向上運動的過程中,天平是什么狀態(tài)?
(2)B被A吸住不動時,天平是什么狀態(tài)?
(3)用遙控器切斷A的電路,在B下落過程中.天平是什么狀態(tài)?
29、
1.關于作用力和反作用力,下列說法中正確的是( C )
A.物體相互作用時,先有作用力而后才有反作用力
B.作用力和反作用力大小相等、方向相反,在一條直線上,故它們的合力為零
C.壓力和支持力總是互為作用力和反作用力,兩者大小總是相等,方向相反的
D.馬能將車拉動,是因為馬拉車的力大于車拉馬的力
答案點撥:作用力與反作用力同時產生同時消失。
2.如圖所示,P和Q疊放在一起,靜止在水平桌面上,下列各對力中屬于作用力和反作用力的是( C )
A.P所受的重力和Q對P的支持力
B.Q所受的重力和Q對P的支持力
C.P對Q的壓力和Q對P的支持力
D.P所受的重力和P對Q的壓 30、力
3.在天花板上吊燈的情形中,哪兩個力是作用力和反作用力( C )
A.電燈受的重力和電線對電燈的拉力
B.電線對電燈的拉力和天花板對電線的拉力
C.電線對電燈的拉力和電燈對電線的拉力
D.電燈受到的重力和電燈對電線的拉力
4.一個人用一條繩子把一桶水從井內提上來,則( B )
A.水桶加速上升時,繩對桶的拉力大于桶對繩的拉力
B.在提水過程中,繩對桶的力總是等于桶對繩的力
C.只有水桶勻速上升時,繩對桶的拉力才會等于桶對繩的拉力。
D.只要把水提上來,繩對桶的力就大于桶對繩的力
答案點撥:繩對桶的拉力與桶對繩的拉力是一對相互作用力。
5.兩個小球A和B,中間 31、用彈簧聯(lián)結,并用細繩懸于天花板下,如圖所示,下面四對力中屬于平衡力的是( D )
A.繩對A的拉力和彈簧對A的拉力
B.彈簧對A的拉力和彈簧對B的拉力
C.彈簧對B的拉力和B對彈簧的拉力
D.的重力和彈簧對B的拉力
答案點撥:若是平衡力,必定滿足大小相等,方向相反,且作用于同一物體上。
6. 2001年1月10日凌晨,地處西北戈壁灘的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,用長征二號捆綁式大力運載火箭把我國自己設計的載人航天飛船“神舟二號”發(fā)送上天.下面關于飛船和火箭上天的情況敘述正確的是 ( AD )
A.火箭尾部向外噴氣,噴出的氣體對火箭產生一個作用力,從而使火箭獲得向上的推力
B.火 32、箭的推力是噴出的氣體對空氣產生一個作用力,空氣的反作用力作用于火箭而產生的
C.火箭飛出大氣層后,由于沒有了空氣,火箭雖向后噴氣也不會產生推力
D.飛船進入軌道后和地球間存在一對作用力和反作用力
7.以下說法錯誤的是( ACD )
A自由下落的物體因完全失重,所以它對地球沒有反作用力
B.兩疊放著的木塊A、B一起在光滑斜面上自由下滑而沒有相對滑動,A、B之間沒有相互的摩擦力
C.物體受到的一對平衡力中撤去其中一個力,另一個力也同時消失
D.作用力和反作用力可以是不同性質的力
答案點撥:力是物體間的相互作用力,所以物體對地球存在反作用力,A錯誤;兩個疊放著的物體在沒有相對滑動 33、的情況下自由下滑,則整體的加速度a=gsinθ,若對疊放在上方的物體受力分析,由加速度a=gsinθ可得,必不受摩擦力作用,故B正確;一對平衡力不一定同時產生,同時消失的。比如一個物體受到的支持力和重力是一對平衡力,若去掉支持力,則重力不會消失,故C錯誤;作用力與反作用力必定是同種性質的力,故D錯誤。
二、力的合成與分解和牛頓運動定律的綜合運用
例1:如圖所示,一有動力的小車沿傾角為θ的斜面向下做勻加速運動,小車的支架上縛一單擺,若使擺線恰好是水平狀態(tài),則小車的加速度應是( )
A.gsinθ
B.g/sinθ
C.gtanθ
D.g/tan 34、θ.
例2:如圖所示,一塊質量為M的木板沿傾斜角為θ的斜面無摩擦地下滑,現(xiàn)要使木板保持靜止,則可知質量為M的人向下奔跑的加速度是多少?
答案點撥:
木板靜止是由于人給木板一個沿斜面向上的力F=Mgsinα
由于牛頓第三定律得此力作用在人上,故人沿斜面向下的力是mgsinα+Mgsinα
(在此力作用下的加速度是)
例3:如圖所示水平放置的粗糙的長木板上放置一個物體m,當用力緩慢抬起一端時,木板受到物體的壓力和摩擦力將怎樣變化?
(F壓=mgcosθ,不斷變??;F摩=mgsinθ,不斷變大)
例4:如圖物體靜止在斜面上,現(xiàn)用水平外力F推物體, 35、在外力F由零逐漸增加的過程中,物體始終保持靜止,物體所受摩擦力怎樣變化?
三、動力學的兩大基本問題:
(一)已知物體的受力情況,求物體的運動情況(如位移、速度、時間等)
(二)已知物體的運動情況,求物體的受力情況(如未知力的大小、方向)
說明:A、不管哪類問題,一般總是先由已知條件求出加速度、然后再由此分析問題
B、解題步驟概述為: 弄清題意、確定對象、分析運動、分析受力、建立坐標、
列出方程、統(tǒng)一單位、計算數(shù)值。
C、兩類基本問題中,受力分析是基礎,加速度是解題的樞紐、橋梁
D、兩類問題的思路,可用下面的框圖來表示: 36、
受力情況
合力F合
F=ma
a
運動情況
運動學公式
例1:蹦床是運動員在一張蹦緊的彈性網上蹦跳、翻滾并做各種動作的運動項目。一個質量為60kg的運動員,從離水平網面3.2m的高處自由落下,著網后沿豎直方向蹦回到離水平網面5m的高處。已知運動員與網接觸的時間為1.2s。若把這段時間內網對運動員的作用力當作恒力處理,求此力的大小。(g=10m/s2)(F=1.5103N)
例2:如圖所示,傳送帶與地面傾角37,從到長度為16m,傳送帶以10m/s的速度逆時針轉動,在傳送帶上端A無初速地放一質量為0.5kg的物體,它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為0. 37、5, 求物體從A運動到B所需的時間是多少? (sin37=0.6,cos37=0.8)
(答案:2s)
例3:風洞實驗中可產生水平方向的、大小可以調節(jié)的風力,先將一套有小球的細桿放入風洞實驗室,小球孔徑略大于細桿直徑,如圖所示。
(1)當桿在水平方向上固定時,調節(jié)風力的大小,使小球在桿上勻速運動,這時所受風力為小球所受重力的0.5倍,求小球與桿的動摩因數(shù)。(0.5)
(2)保持小球所示風力不變,使桿與水平方向間夾角為37并固定,則小球從靜止出發(fā)在細桿上滑下距離s的時間為多少?(t =)
四、整體法與隔離法的運用(連接體問題)
解連接體問題的基本方法 38、是隔離法和整體法。隔離法和整體法是相輔相成的,如將這兩種方法靈活交替使用,可有效、快捷地解決問題。
例1:如圖所示,有兩個物體組成的連接體在斜面上運動,當作用力F一定時,m2所受的拉力T為( AB )
A.與θ角有關
B.與斜面的動摩擦因數(shù)μ有關
C.與系統(tǒng)的運動狀態(tài)有關
D.只與兩物體的質量有關
例2:如圖所示,一個箱子放在水平地面上,箱內有一固定的豎直桿,在桿上套著一個環(huán),箱和桿的質量為M,環(huán)的質量為m,已知環(huán)沿著桿以加速度a加速下滑(a<g),則此時箱對地面的壓力N的大小是( C )
A.Mg
B.(M+m)g
C.(Mg+mg)-ma
D.(M-m 39、)g+ma
例3:如圖所示,在一正方形小盒內裝有一圓球,盒與球一起沿傾角為θ的斜面下滑,如圖所示,若不存在摩擦,當θ增大時,下滑過程中圓球對方盒前壁壓力F及對方盒底面的壓力N將如何變化( B )
A.N變小,F(xiàn)變大
B.N變小,F(xiàn)不變
C.N變小,F(xiàn)變小
D.N不變,F(xiàn)變大
例4:如圖所示,在水平軌道上運動的火車廂內,有一個傾角為53的斜面,上面放一個用細繩拉著的小球,當火車以加速度a向右加速運動時,下面各種情況中正確的是( D )
A.若a=g,小球受到重力、繩子的拉力和斜面對小球的支持力
B.若a=g,小球只受到重力和斜面的支持力
C.若a=3g/4,小球只受 40、到重力和斜面的支持力
D.若a=g/2,小球受到重力、繩的拉力和斜面的支持力
例5:如圖所示,用F拉著三個物體,在光滑的水平面上一起加速運動,兩個繩的張力分別為T1和T2,保持拉力F不變,在中間物體上固定一小物體后,T1和T2的變化情況是( C )
A.T1增大,T2增大
B.T1增大,T2減小
C.T1減小,T2增大
D.T1減小,T2減小
例6:如圖,物體A疊放在物體B上,B置于光滑水平面上。A,B質量分別為mA=6kg,mB=2kg,A,B之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,開始時F=10N,此后逐漸增加,在增大到45N的過程中,則( D )
A.當拉力 41、F<12N時,兩物體均保持靜止狀態(tài)
B.兩物體開始沒有相對運動,當拉力超過12N時,開始相對滑動
C.兩物體間從受力開始就有相對運動
D.兩物體間始終沒有相對運動
例7:如圖所示,質量為m的物體A放置在質量為M的物體B上,B與彈簧相連,它們一起在光滑水平面上作簡諧運動,運動過程中A、B之間無相對運動。設彈簧的勁度系數(shù)為k。當物體離開平衡位置的位移為x時,A、B間摩擦力的大小等于多少?
(答案:)
例8:如圖所示,傾角為的斜面上有一劈形物體B,B的上表面水平,放著一質量為m的物體,今將A、B由靜止開始釋放,在下滑過程中,A、B保持相對靜止.B與斜面間的動摩擦因數(shù)為 42、,且 43、:如圖所示,物體A靜止在臺秤上,質量mA=10.5kg,秤盤B質量mB=1.5kg,彈簧本身質量不計,勁度系數(shù)k=800N/m,臺秤放在水平桌面上,現(xiàn)給A加一個豎直向上的力,使A向上做勻加速運動,已知力F在0.2s內為變力,0.2s后為恒力。
求F的最小值和最大值。(g=10m/s2) (答案:72N,168N)
例3:如右圖所示,光滑水平面上靜止地放著長L=2.0m、質量m=3.0kg的木板。一個質量m=1.0kg的小物體放在離木板右端d=0.40m處,m與M之間的動摩擦因數(shù)μ=0.10,今對木板施加水平向右的拉力F=10.0N,為使木板能從物體下方被抽出, 44、此拉力作用不得少于多少時間?(答案:0.8s)
例4:如圖所示,光滑球恰好放在木塊的圓弧槽中,它的左邊接觸點為A,右邊接觸點為B,槽的半徑為R,球心為O,且OA與水平線成α角,圓球質量為m,木塊質量為M,各種摩擦及繩和滑輪的質量不計,加在繩頭的力為F,為使球不離開圓槽,所加外力F不能超過多大?
(答案:F
六、牛頓第二定律的瞬時性
在應用牛頓運動定律解題時,經常會遇到繩、桿,彈簧和橡皮條(繩)這些力學常見的模型.全面、準確地理解它們的特點,可幫助我們靈活、正確地分析問題.
繩(線)、桿、彈簧的比較:
(1)繩(線)的理想化:輕、軟、不可伸長,變化不 45、需要時間;
(2)桿的理想化:輕、可壓、可拉,變化不需要時間;
(3)彈簧的理想化:輕、可壓、可拉,變化需要時間。
例1:如圖天花板上用細繩吊起兩個用輕彈簧相連的兩個質量相同的小球。兩小球均保持
靜止。當突然剪斷細繩時,上面小球A與下面小球B的加速度為( )
A.a1=g a2=g
B.a1=2g a2=g
C.a1=2g a2=0
D.a1=0 a2=g
例2:如圖所示,物體從某一高度自由落下,恰好落在直立于地面上的輕彈簧上,在A點物體開始與彈簧接觸,到B點時物體達到最低點,以后被彈回,物體不離開彈簧,那么下面說法正確的是( )
A.下降時物體在AB 46、段的速度越來越小
B.下降時物體在AB段的速度先增大后減小
C.反彈時物體在BA段的速度越來越大
D.反彈時物體在BA段的速度先增大后減小
例3:在光滑水平面上有一質量為m=1kg的小球,小球與水平輕彈簧和與水平方向成θ=30?角輕繩的一端相連,如圖所示,此時小球處于靜止狀態(tài),且水平面對小球的彈力恰好為零。(1)當剪斷輕繩的瞬間小球的加速度大小及方向如何?
(2)此時輕彈簧的彈力與水平面對球的彈力的比值為多少?(g=10m/s2)
(答案:(1)a=10,方向水平向左,(2))
例4:(03JS)當物體從高空下落時,空氣阻力隨速度的增大而增大,因此經過一段距離 47、后將勻速下落,這個速度稱為此物體下落的終極速度. 已知球形物體速度不大時所受的空氣阻力正比于速度v,且正比于球半徑r,即阻力f=krv,k是比例系數(shù)。對于常溫下的空氣,比例系為k=3.410-4Ns/m2。已知水的密度ρ=1.0103kg/m3,取重力加速度g=10m/s2。試求半徑r=0.10mm的球形雨滴在無風情況下的終極速度vr。(結果取兩位數(shù)字)
[分析]:雨滴下落時受兩個力作用:重力,方向向下;空氣阻力,方向向上,
當雨滴達到終極速度后,加速度為零,二力平衡,
用表示雨滴質量,有 ①
②
由①②得終極速度 ③
代入數(shù)值得=1.2m/ 48、s
A
B
a
例5:一小圓盤靜止在桌布上,位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一邊與桌的AB邊重合,如圖.已知盤與桌布間的動摩擦因數(shù)為m1,盤與桌面間的動摩擦因數(shù)為m2.現(xiàn)突然以恒定加速度a將桌布抽離桌面,加速度的方向是水平的且垂直于AB邊.若圓盤最后未從桌面掉下,則加速度a滿足的條件是什么? (以g表示重力加速度)
[分析]:考查牛頓運動定律知識,對圓盤受力分析與運動情況分析,關鍵看考生能否把圓盤脫離桌布和圓盤未從桌面掉下的物理條件轉化為數(shù)學方程與不等式。
設盤剛離開桌布時的速度為v1,移動的距離為x1,離開桌布后在桌面上再運動距離x2后便停下,有 , 盤沒有從桌面上 49、掉下的條件是
設桌布從盤下抽出所經歷的時間為t,在這段時間內桌布移動的距離為x,有
,
而
解以上各式得
七、超重與失重
(1)分清幾個概念:“實重、視重、超重、失重”
物體處于“超重”或“失重”狀態(tài),并不是說物體重力增加了或減小了,是指物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)大于(小于)重力的現(xiàn)象。
(2)“超重”“失重”現(xiàn)象與物體運動的速度方向和大小均無關,只決定于物體的加速度
方向。加速向上或減速向下運動時超重,加速向下或減速向上運動時失重。
(3)若a=g,則是完全失重現(xiàn)象,平常一切由重力產生的物理想象都會完全消失。
(如:天平失效 50、、水銀氣壓計不能使用、單擺不能擺動等)
(4)物體在斜面上加速上、下滑和物體在豎直平面內作圓周運動等過程也存在超重、失重現(xiàn)象。另外,宇宙飛船,人造衛(wèi)星,航天航空實驗站也存在“失重和超重”現(xiàn)象。
(5)物體處在地球上不同地理位置而使重力G略有不同的現(xiàn)象不屬“超重”“失重”現(xiàn)象。
例1:原來做勻速運動的升降機內,有一被伸長彈簧拉住的、具有一定質量的物體A靜止在地板上,如圖所示,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A突然被彈簧拉向右方。由此可判斷,此時升降機的運動可能是 ( BC )
A、加速上升 B、減速上升 C、加速下降 D、減速下降
例2:某大學航空航天工程專業(yè)的大學生參加 51、“低重力學生飛行機會計劃”,進行不受引力影響的實驗。實驗時,將飛機開到空中后,讓其自由下落,以模仿一種無重力的環(huán)境,每次下落過程中,可以獲得25s之久的零重力的狀態(tài).若飛機離地面的高度不得低于500m,大學生們最大可以承受的支持力為重力的兩倍,則飛機的飛行高度至少應為多少米?
(取g=l0m/s2) (答案:6750m)
1.站在電梯上的人,當電梯豎直減速下降時,下面說法中正確的是( CD )
A.電梯對人的支持力小于人對電梯的壓力
B.電梯對人的支持力大于人對電梯的壓力
C.電梯對人的支持力等于人對電梯的壓力
D.電梯對人的支持力大于人的重力
2.下列幾種情況中,升降 52、機繩索拉力最大的是( D )
A.以很大速度勻速上升 B.以很小速度勻速下降
C.上升時以很大的加速度減速 D.下降時以很大的加速度減速
3.把一個質量為0.5kg的物體掛在彈簧秤下,在電梯中看到彈簧秤的示數(shù)是3N,g取10m/s2,則可知電梯的運動情況可能是( BC )
A.以4m/s2的加速度加速上升 B.以4m/s2的加速度減速上升
C.以4m/s2的加速度加速下降 D.以4m/s2的加速度減速下降
4.關于超重和失重,下列說法中正確的是( D )
A.超重就是物體受的重力增加了 B.失重就是物體受的重力減少了
C.完全失重就是物體 53、一點重力都不受了
D.不論超重或失重甚至完全失重,物體所受重力是不變的
5.某人站在升降機底板上的臺秤上,他從臺秤的示數(shù)看到自己的體重減少了20%,則由此可以判斷升降機的運動情況可能是( BC )
A.升降機以a=0.2g勻加速上升 B.升降機以a=0.2g勻減速上升
C.升降機以a=0.2g勻加速下降 D.升降機以a=0.2g勻減速下降
6.在升降機中要使用天平來稱物體的質量,下列判斷正確的是( C )
A不論升降機做何種運動,都可以用天平稱物體的質量
B.只有在升降機做勻速運動時才能用天平稱物體的質量
C.當升降機具有方向向下、大小為g的加速度時,不能用天平 54、稱物體的質量
D.當升降機具有方向向上、大小為g的加速度時,不能用天平稱物體的質量
7.在軌道上運行的人造地球衛(wèi)星中,下述哪些儀器一定不能使用( A D )
A.天平 B.彈簧秤 C.水銀溫度計 D.水銀氣壓計
8.在以加速度a勻加速上升的升降機中,有一個質量為m的人,下列說法正確的是( BD )
A.人對地球的引力為m(g+a),方向向上 B.人對電梯的壓力為m(g+a),方向向下
C.此人所受的重力為m(g+a),方向向下 D.此人的視重為m(g+a)
9.彈簧秤的秤鉤上掛一個質量為1kg的物體,求:在下列情況下,彈簧秤的讀數(shù)各為多大?
(1)以0 55、.2m/s2的加速度沿豎直方向勻加速上升;
(2)以0.2m/s2的加速度沿豎直方向勻減速下降;
(3)以0.1m/s2的加速度沿豎直方向勻減速上升;
(4)以0.1m/s2的加速度沿豎直方向勻加速下降
10.一電梯從靜止開始上升,掛在電梯頂板下的彈簧秤上懸吊著一個質量為3kg的物體,前5s內彈簧秤示數(shù)為36N,第2個5s內,彈簧秤示數(shù)為30N,最后5s內彈簧秤示數(shù)為24N,且第15s末電梯停止。你能從觀察到的這些數(shù)據求出電梯上升的高度嗎?(取g=10m/s2)
(答案:100m)
點撥:電梯上升過程中先加速后勻速再減速。
加速時T-mg=ma,得,v1=at=10m/s
減速時mg-T=ma′得
由速度時間圖象得:
牛頓運動定律——第21頁(共20頁)
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