高中物理《競賽輔導》教材必修一.doc

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第一講： 力學中的三種力 【知識要點】 4、摩擦角 N F fm f0 α φ 將摩擦力f和接觸面對物體的正壓力N合成一個力F，合力F稱為全反力。在滑動摩擦情況下定義tgφ=μ=f/N，則角φ為滑動摩擦角；在靜摩擦力達到臨界狀態(tài)時，定義tgφ0=μs=fm/N，則稱φ0為靜摩擦角。由于靜摩擦力f0屬于范圍0＜f≤fm，故接觸面作用于物體的全反力同接觸面法線的夾角≤φ0，這就是判斷物體不發(fā)生滑動的條件。換句話說，只要全反力的作用線落在（0，φ0）范圍時，無窮大的力也不能推動木塊，這種現(xiàn)象稱為自鎖。 θ F 【例題1】如圖所示，一質量為m的小木塊靜止在滑動摩擦因數(shù)為μ=的水平面上，用一個與水平方向成θ角度的力F拉著小木塊做勻速直線運動，當θ角為多大時力F最??？ 【例題2】如圖所示，有四塊相同的滑塊疊放起來置于水平桌面上，通過細繩和定滑輪相互聯(lián)接起來.如果所有的接觸面間的摩擦系數(shù)均為μ，每一滑塊的質量均為m，不計滑輪的摩擦.那么要拉動最上面一塊滑塊至少需要多大的水平拉力?如果有n塊這樣的滑塊疊放起來，那么要拉動最上面的滑塊，至少需多大的拉力? 【例題3】如圖所示，一質量為m=1㎏的小物塊P靜止在傾角為θ=30的斜面上，用平行于斜面底邊的力F=5N推小物塊，使小物塊恰好在斜面上勻速運動，試求小物塊與斜面間的滑動摩擦因數(shù)（g取10m/s2）。 θ F P 【練習】 A B F C 1、如圖所示，C是水平地面，A、B是兩個長方形物塊，F(xiàn)是作用在物塊B上沿水平方向的力，物塊A和B以相同的速度作勻速直線運動，由此可知，A、B間的滑動摩擦因數(shù)μ1和B、C間滑動摩擦因數(shù)μ2有可能是：（ ） A、μ1=0，μ2=0； B、μ1=0，μ2≠0； C、μ1≠0，μ2=0； D、μ1≠0，μ2≠0； V0 F 2、如圖所示，水平面上固定著帶孔的兩個擋板，一平板穿過擋板的孔勻速向右運動，槽中間有一木塊置于平板上，質量為m，已知木板左、右兩側面光滑，底面與平板之間摩擦因數(shù)為μ0，當用力F沿槽方向勻速拉動物體時，拉力F與摩擦力μmg大小關系是（ ） A、F＞μmg B、F=μmg C、F＜μmg D、無法確定 F F F 3、每根橡皮條長均為l=3m，勁度系數(shù)為k=100N/m，現(xiàn)將三根橡皮條首尾相連成如圖所示的正三角形，并用同樣大小的對稱力拉它，現(xiàn)欲使橡皮條所圍成的面積增大一倍，則拉力F應為多大？ A B F 4、兩本書A、B交叉疊放在一起，放在光滑水平桌面上，設每頁書的質量為5克，兩本書均為200頁，紙與紙之間的摩擦因數(shù)為0.3，A固定不動，用水平力把B抽出來，求水平力F的最小值。 5、（90國際奧賽題）（哥倫比亞）一個彈簧墊，如圖所示，由成對的彈簧組成。所有的彈簧具有相同的勁度系數(shù)10N/m，一個重為100N的重物置于墊上致使該墊的表面位置下降了10cm，此彈簧墊共有多少根彈簧？（假設當重物放上后所有的彈簧均壓縮相同的長度）。 第二講：共點力作用下物體的平衡 （一）力的運算法則 （二）平行力的合成與分解 同向平行力的合成：兩個平行力FA和FB相距AB，則合力ΣF的大小為FA+FB，作用點C滿足FAAC=FBBC的關系。 A C B FA ΣF FB 圖1-1-3 A B C ΣF FA FB 圖1-1-4 反向平行力的合成：兩個大小不同的反向平行力FA和FB（FA＞FB）相距AB，則合力ΣF的大小為FA－FB同向，作用點C滿足FAAC=FBBC的關系。 （三）共點力作用下物體平衡條件：這些力的合力為零，即ΣF=0。 （四）三力匯交原理 若一個物體受三個非平行力作用而處于平衡狀態(tài)，則這三個力必為共點力。 本節(jié)內(nèi)容重點是充分運用共點力平衡條件及推論分析和計算處于平衡態(tài)下物體受力問題，競賽中還應掌握如下內(nèi)容和方法：①力的矢量三角形法：物體受三個共點力作用而平衡時，這三力線相交，構成首尾相連封閉的三角形，問題化為解三角形，從而使問題得以簡化；②摩擦平衡問題，由臨界狀態(tài)尋求突破口；③競賽中物體受力由一維向二維或三維拓展，空間力系平衡問題轉化為平面力系平衡問題求解。 R A B 【例題1】如右圖所示，勻質球質量為M、半徑為R；勻質棒B質量為m、長度為l。求它的重心。 A B C mg Mg （M+m）g R+l/2 【解】第一種方法是：將它分隔成球和棒兩部分，然后用同向平行力合成的方法找出重心C。C在AB連線上，且ACM=BCm； A C B C （2M+m）g Mg ΣF 第二種方法是：將棒錘看成一個對稱的“啞鈴”和一個質量為-M的球的合成，用反向平行力合成的方法找出重心C，C在AB連線上，且BC（2M+m）=M。不難看出兩種方法的結果都是。 【例題2】如圖所示，一輕繩跨過兩個等高的輕定滑輪（不計大小和摩擦），兩端分別掛上質量為m1=4kg和m2=2kg的物體，如圖，在滑輪間繩上懸掛物體m為了使三個物體能保持平衡，則m的取值范圍多大？ θ2 θ1 m1 m m2 θ 【例題3】如圖所示，直角斜槽間夾角為90，對水平面的夾角為θ，一橫截面為正方形的物塊恰能沿此槽勻速下滑。假定兩槽面的材料和表面情況相同，試求物塊與槽面間的滑動摩擦因數(shù)μ多大？ 【例題4】如圖所示，三個相同的光滑圓柱體，半徑為r，推放在光滑圓柱面內(nèi)，試求下面兩個圓柱體不致分開時，圓柱面的半徑R應滿足的條件。 r R 【練習】 A B 1、如圖所示，長為L=5m的細繩兩端分別系于豎直地面上相距X=4m的兩桿的頂端A、B，繩上掛一光滑的輕質掛鉤，下端連著一個重為G=12N的重物，平衡時繩中張力T等于多少牛頓？ 2、如圖所示，小圓環(huán)重為G，固定的大環(huán)半徑為R輕彈簧原長為l（l<2R），其勁度系數(shù)為k，接觸光滑，則小環(huán)靜止時彈簧與豎直方向的夾角θ應為多大？ θ A B O C 3、如圖所示，一輕桿兩端固結兩個小球A和B，A、B兩球質量分別為4m和m，輕繩長為L，求平衡時OA、OB分別為多長？（不計繩與滑輪間摩擦） 4mg mg A B O … F 1 2 3 4 n 4、如圖所示，n個完全相同的正方體木塊一個緊挨一個排列成一條直線放在水平地面上，正方體木塊與水平地面的滑動摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)用一水平力F推第一塊木塊，使這n塊木塊一起做勻速直線運動，則第k塊木塊對第k+1塊木塊的作用力為多大？ 5、如圖所示，物體m在與斜面平行的拉力F作用下，沿斜面勻速上滑，在這過程中斜面在水平地面上保持靜止。已知物體、斜面的質量分別為m、M，斜面傾角為θ，試求：（1）斜面所受地面的支持力；（2）斜面所受地面的摩擦力。 m M F θ 第三講：力矩、定軸轉動物體的平衡條件、重心 【知識要點】 （一）力臂：從轉動軸到力的作用線的垂直距離叫力臂。 （二）力矩：力和力臂的乘積叫力對轉動軸的力矩。記為M=FL，單位“牛米”。一般規(guī)定逆時針方向轉動為正方向，順時針方向轉動為負方向。 （三）有固定轉軸物體的平衡條件 作用在物體上各力對轉軸的力矩的代數(shù)和為零或逆時針方向力矩總是與順時針方向力矩相等。即ΣM=0，或ΣM逆=ΣM順。 （四）重心：物體所受重力的作用點叫重心。 計算重心位置的方法： 1、同向平行力的合成法：各分力對合力作用點合力矩為零，則合力作用點為重心。 2、割補法：把幾何形狀不規(guī)則的質量分布均勻的物體分割或填補成形狀規(guī)則的物體，再由同向（或反向）平行力合成法求重心位置。（見上一講） A C B x y O y1 y2 yC x1 x2 xC 3、公式法：如圖所示，在平面直角坐標系中，質量為m1和m2的A、B兩質點坐標分別為A（x1，y1），B（x2，y2）則由兩物體共同組成的整體的重心坐標為： 一般情況下，較復雜集合體，可看成由多個質點組成的質點系，其重心C位置由如下公式求得： 本節(jié)內(nèi)容常用方法有：①巧選轉軸簡化方程：選擇未知量多，又不需求解結果的力線交點為軸，這些力的力矩為零，式子簡化得多；②復雜的物體系平衡問題有時巧選對象：選整體分析，常常轉化為力矩平衡問題求解；③無規(guī)則形狀的物體重心位置計算常用方法是通過割補思想，結合平行力合成與分解的原則處理，或者助物體重心公式計算。 a c d o 【例題1】如圖所示，c為桿秤秤桿系統(tǒng)的重心，a為桿稱的定盤星，證明：無論稱桿的粗細如何變化，桿秤的刻度沿桿軸線的方向總是均勻分布的。 θ A C O D E 【例題2】（第十屆全國預賽）半徑為R，質量為m1的均勻圓球與一質量為m2的重物分別用細繩AD和ACE懸掛于同一點A，并處于平衡。如圖所示，已知懸點A到球心O的距離為L，若不考慮繩的質量和繩與球的摩擦，試求懸掛圓球的繩AD和豎直方向的夾角θ。 H S 【例題3】（第十屆全國決賽）用20塊質量均勻分布的相同的光滑積木塊，在光滑水平面一塊疊一塊地搭成單孔橋，已知每一積木塊的長度為L，橫截面為的正方形，求此橋具有的最大跨度（即橋孔底寬），試畫出該橋的示意圖，并計算跨度與橋孔高度的比值。 F1 O A B θ 練習題：1、如圖所示，木棒的一端用一根足夠短的繩子拴住懸掛在天花板上，另一端擱在滑動摩擦因數(shù)為μ的水平木板上，木板放在光滑的水平面上，若向右勻速拉出木板時的水平拉力為F1，向左勻速拉出時的水平拉力為F2，兩種情況下，木棒與木板間的夾角均保持為θ不變，試比較F1和F2的大??？ a b C O A F 2、（99上海）如圖所示，是一種手控制動器，a是一個轉動著的輪子，b是摩擦制動片，C是杠桿，O是其固定轉動軸，手在A點施加一作用力F時，b將壓緊輪子使輪子制動，若使輪子制動需要的力矩是一定的，則下列說法正確的是： A、輪a逆時針轉動時，所需力F小 B、輪a順時針轉動時，所需力F小 C、無論輪a逆時針還是順時針轉動所需的力F相同 D、無法比較力F的大小 A B C O2 O1 3、（99上海）如圖所示，質量不計的桿O1B和O2A長度均為L，O1和O2為光滑固定轉軸，A處有一凸起物擱在O1B中點，B處用繩子系在O2A的中點，此時兩短桿結合成一根長桿，今在O1B桿上C點（C為AB中點）懸掛重為G的物體，則在A處受到的支承力大小為 ；B處受繩拉力大小為 。 4、（第7屆全國決賽）一薄壁圓柱形燒杯，半徑為r，質量為m，重心位于中心線上，離杯底的距離為H，今將水慢慢注入杯中，問燒杯連同杯內(nèi)的水共同重心最低時水面離杯底的距離等于多少？（設水的密度為ρ） 5、為保證市場的公平交易，我國已有不少地區(qū)禁止在市場中使用桿秤。桿秤確實容易為不法商販坑騙顧客提供可乘之機。請看下例。 秤砣質量為1千克，秤桿和秤盤總質量為0.5千克，定盤星到提紐的距離為2厘米，秤盤到提紐的距離為10厘米（圖9）。若有人換了一個質量為0.8千克的秤駝，售出2.5千克的物品，物品的實際質量是多少？ 6、（俄羅斯奧林匹克試題）如圖所示，三根相同的輕桿用鉸鏈連接并固定在同一水平線上的A、B兩點，AB間的距離是桿長的2倍，鉸鏈C上懸掛一質量為m的重物，問：為使桿CD保持水平，在鉸鏈D上應施的最小力F為多大？ A B C D m O 7、如圖所示，一鉸鏈由2n個相同的鏈環(huán)組成，每兩個鏈環(huán)間的接觸是光滑的，鉸鏈兩端分別在一不光滑的水平鐵絲上滑動，它們的摩擦系數(shù)為μ，證明：當鎖鏈在鐵絲上剛好相對靜止時，末個鏈環(huán)與鉛垂線交角為。 A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 8、（第六屆預賽）有6個完全相同的剛性長條薄片AiBi（i=1，2…），其兩端下方各有一個小突起，薄片及突起的質量均不計，現(xiàn)將此6個薄片架在一只水平的碗口上，使每個薄片一端的小突起B(yǎng)i恰在碗口上，另一端小突起Ai位于其下方薄片的正中，由正上方俯視如圖所示，若將質量為m的質點放在薄片A6B6上一點，這一點與此薄片中點的距離等于它與小突起A6的距離，則薄片A6B6中點所受的（由另一薄片的小突起A1所施的）壓力。 第四講：一般物體的平衡、穩(wěn)度 【知識要點】 （一）一般物體平衡條件 受任意的平面力系作用下的一般物體平衡的條件是作用于物體的平面力系矢量和為零，對與力作用平面垂直的任意軸的力矩代數(shù)和為零，即： ΣF=0 ΣM=0 若將力向x、y軸投影，得平衡方程的標量形式： ΣFx=0 ΣFy=0 ΣMz=0（對任意z軸） （二）物體平衡種類 （1）穩(wěn)定平衡：當物體受微小擾動稍微偏離平衡位置時，有個力或力矩使它回到平衡位置這樣的平衡叫穩(wěn)定平衡。特點：處于穩(wěn)定平衡的物體偏離平衡位置的重心升高。 （2）不穩(wěn)定平衡：當物體受微小擾動稍微偏離平衡時，在力或力矩作用下物體偏離平衡位置增大，這樣的平衡叫不穩(wěn)定平衡。特點：處于不穩(wěn)定平衡的物體偏離平衡位置時重心降低。 （3）隨遇平衡：當物體受微小擾動稍微偏平衡位置時，物體所受合外力為零，能在新的平衡位置繼續(xù)平衡，這樣的平衡叫隨遇平衡。特點：處于隨遇平衡的物體偏離平衡位置時重心高度不變。 （三）穩(wěn)度：物體穩(wěn)定程度叫穩(wěn)度。一般來說，使一個物體的平衡遭到破壞所需的能量越多，這個平衡的穩(wěn)度越高；重心越低，底面積越大，物體穩(wěn)度越高。 一般物體平衡問題是競賽中重點和難點，利用ΣF=0和ΣM=0二個條件，列出三個獨立方程，同時通過巧選轉軸來減少未知量簡化方程是處理這類問題的一般方法。對于物體平衡種類問題只要求學生能用重心升降法或力矩比較法并結合數(shù)學中微小量的處理分析出穩(wěn)定的種類即可。這部分問題和處理復雜問題的能力，如競賽中經(jīng)常出現(xiàn)的討論性題目便是具體體現(xiàn)，學生應重點掌握。 θ h B C A 【例題1】（第二屆全國復賽）如圖所示，勻質管子AB長為L，重為G，其A端放在水平面上，而點C則靠在高的光滑鉛直支座上，設管子與水平面成傾角θ=45，試求要使管子處于平衡時，它與水平面之間的摩擦因數(shù)的最小值。 【例題2】（第一屆全國決賽），如圖所示，有一長為L，重為G0的粗細均勻桿AB，A端頂在豎直的粗糙的墻壁上，桿端和墻壁間的摩擦因數(shù)為μ，B端用一強度足夠大且不可伸長的繩懸掛，繩的另一端固定在墻壁C點，木桿處于水平，繩和桿夾角為θ。 （1）求桿能保持水平時，μ和θ應滿足的條件； θ C A B （2）若桿保持平衡狀態(tài)時，在桿上某一范圍內(nèi)，懸掛任意重的重物，都不能破壞桿的平衡狀態(tài)而在這個范圍以外，則當重物足夠重時，總可以使平衡破壞，求出這個范圍來。 【例題3】如圖所示，三個完全相同的圓柱體疊放在水平桌面上。將C柱體放上去之前，A、B兩柱體接觸，但無擠壓。假設桌面與柱體之間的動摩擦因數(shù)為μ0，柱體與柱體之間的動摩擦因數(shù)為μ。若系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，μ0和μ必須滿足什么條件？ A B C A B F h h 【練習題】1、如圖所示，方桌重100N，前后腳與地面的動摩擦因數(shù)為0.20，桌的寬與高相等。求：（1）要使方桌勻速前進，則拉力F、地面對前、后腳的支持力和摩擦力各是多大？（2）若前、后腳與地面間的靜摩擦因數(shù)為0.60。在方桌的前端用多大水平力拉桌子可使桌子以前腳為軸向前翻倒？ 37 C A O B 2、如圖所示，重30N的均勻球放在斜面上，球面上C點以繩系住，繩與地面平行，求繩的拉力，斜面對球的支持力和摩擦力。 A B O 3、如圖所示，一光滑半球形容器直徑為a，邊緣恰與一光滑豎直的墻壁相切?，F(xiàn)有一均勻直棒AB，A端靠在墻上，B端與容器底相接觸，當棒傾斜至水平面成60角時，棒恰好平衡，求棒長。 θ d A B 4、（芬蘭奧賽試題）如圖所示，一均勻木板，以傾角θ靜止地放在二根水平固定木棒A和B上，兩棒之間距離為d，棒與木板間靜摩擦因數(shù)為μ0，當木板剛好不滑動時，求木板重心離A棒距離。 L L r O 5、如圖所示，將一根長為2L的硬鉛絲彎成等臂直角形框架，在兩臂的端點各固定一個質量為m的小球，在直角的頂點焊一根長為r的支桿，支桿平分這一頂角，將桿支在一支座上。試證明：當時，平衡是隨遇平衡；當r＞時，平衡是不穩(wěn)平衡；當r＜時，平衡是穩(wěn)定平衡（不計支桿、鉛絲的質量） 6、質量為50kg的桿，豎直地立在水平地面上，桿與地面的最小靜摩擦因數(shù)μ為0.3，桿的上端被固定在地面上的繩牽拉住，繩與桿的夾角θ為30，如圖所示。 h L F θ （1）若 水平力F作用在桿上，作用點到地面距離h1為桿長L的，要使桿不滑倒，則力F最大不超過多少？ （2）若作用點移到處時，情況又如何？ 第五講：運動的基本概念、運動的合成與分解 【知識要點】 平均速度： 瞬時速度： 平均加速度： 瞬時加速度： 【運動的合成與分解】 一個物體同時參與幾個運動時，各個分運動可以看作是獨立進行的，它們互不影響，物體的實際運動可以看成是這幾個運動迭加而成的，這一原理叫運動的獨立性原理。它是運動的合成與分解的依據(jù)。在進行運動的分解時，理論上，只要遵從平行四邊形法則，分解是任意的，而實際中既要注意分速度有無實際意義，又要注意某一分速度能否代表所要求解的分運動的速度。分運動與分運動、分運動與合運動之間除遵從矢量運動算法則外，運動的同時性也是聯(lián)系各個方向上的分運動和合運動的橋梁。 【例題1】一物體以大小為v1的初速度豎直上拋，假設它受到大小不變的恒定的空氣阻力的作用，上升的最大高度為H，到最高點所用時間為t，從拋出到回到拋出點所用時間為T，回到拋出點速度大小為v2，求下列兩個過程中物體運動的平均速度、平均速率、平均加速度。 （1）在上升過程中。 （2）整個運動過程中。 H h x0 x v v0 O 【例題2】高為H的燈柱頂部有一小燈，燈下有一高為h的行人由燈柱所在位置出發(fā)，沿直線方向在水平面上背離燈柱而去。設某時刻該人的行走速度為v0，試求此時行人頭頂在地面的投影的前進速度v。 m B A v 【例題3】如圖所示，繩AB拉著物體m在水平面上運動，A端以速度v做勻速運動，問m做什么運動？ A B C v v 60 【例題4】如圖所示，兩個相同的小球A、B通過輕繩繞過定滑輪帶動C球上升，某時刻連接C球的兩繩夾角為60，A、B速度均為v，求此時C球的速度。 θ B A 【例題5】如圖所示，一剛性桿兩端各拴一小球A、B，A球在水平地面上，B球靠在豎直墻上，在兩球發(fā)生滑動過程中，當桿與豎直夾角為θ時，A球速度為v，求此時B球的速度。 班級 姓名 學號 【練習】1、如圖所示，細繩繞過定滑輪將重物m和小車連在一起，車以恒定速度v向右運動，當細繩與水平方向間的夾為θ時，重物上升的速度是多大？重物上升的速度和加速度如何變化？ θ v 2、甲乙兩船在靜水中劃行速度分別為v甲、v乙，兩船從同一渡口過河，若甲船以最短時間過河，乙船以最短航程過河，結果兩船在同一地點到岸，求兩船過河時間之比。 3、如圖所示，一個不透光的球殼內(nèi)有一發(fā)光點，球殼可繞垂直于紙面的水平軸以角速度ω勻速轉動，由于球殼上開一小孔，因而有一細束光線在豎直面內(nèi)轉動，在離轉軸距離為d處有一豎直墻，當光線與屏幕夾角為θ時，屏上光斑速度為多大？ θ d ω 1 2 3 4、如圖所示，滑輪組中的小物體1、2向下的加速度分別為a1、a2，求物體3向上運動的加速度。 5、如圖所示，有一河面寬L=1km，河水由北向南流動，流速v=2m/s，一人相對于河水以u=1m/s的速率將船從西岸劃向東岸。 （1）若船頭與正北方向成α=30角，船到達對岸要用多少時間？到達對岸時，船在下游何處？ （2）若要使船到達對岸的時間最短，船頭應與岸成多大的角度？最短時間等于多少？到達對岸時，船在下游何處？ L 北 東 （3）若要使船相對于岸劃行的路程最短，船頭應與岸成多大的角度？到達對岸時，船在下游何處？要用多少時間？ 第六講：相對運動與相關速度 【相對運動】 運動的合成包括位移、速度和加速度的合成。一般情況下把質點對地面上靜止的物體的運動稱為絕對運動，質點對運動參照系的運動稱為相對運動，而運動參照系對地的運動稱為牽連運動，由坐標系的變換公式 可得到 。 位移、加速度也存在類似關系。 運動的合成與分解，一般來說包含兩種類型，一類是質點只有絕對運動，如平拋物體的運動；另一類則是質點除了絕對運動外，還有牽連運動，如小船過河的運動。解題中難度較大的是后一類運動。求解這類運動，關鍵是列出聯(lián)系各速度矢量的關系式，準確地作出速度矢量圖。 【例題1】如圖所示，兩個邊長相同的正方形線框相互疊放，且沿對角線方向，A有向左的速度v，B有向右的速度2v，求交點P的速度。 v 2v A B P 【例題2】一人以7m/s的速度向北奔跑時，感覺風從正西北方向吹來，當他轉彎向東以1m/s的速度行走時，感覺風從正西南方向吹來，求風速。 B d A β v1 【例題3】 一人站在到離平直公路距離為d=50m的B處，公路上有一汽車以v1=10m/s的速度行駛，如圖所示。當汽車在與人相距L=200m的A處時，人立即以v2=3m/s的速率奔跑。為了使人跑到公路上時，能與車相遇。問：（1）人奔跑的方向與AB連線的夾角θ為多少？（2）經(jīng)多長時間人趕上汽車？（3）若其它條件不變，人在原處開始勻速奔跑時要與車相遇，最小速度為多少？ 【練習】1、一艘船在河中逆流而上，突然一只救生圈掉入水中順流而下。經(jīng)過t0時間后，船員發(fā)現(xiàn)救生圈掉了，立即掉轉船頭去尋找丟失的救生圈。問船掉頭后要多長時間才能追上救生圈？ O 1 2 v2 v1 θ 2、平面上有兩直線夾角為θ（θ<90），若它們各以垂直于自身大小為v1和v2的速度在該平面上作如圖所示的勻速運動，試求交點相對于紙面的速率和相對于每一直線的速率。 v1 v2 θ L H 行李 3、如圖所示，一輛汽車以速度v1在雨中行駛，雨滴落下的速率v2與豎直方向偏前θ角，求車后一捆行李不會被雨淋濕的條件。 A B A1 B1 D C α v1 4、如圖所示，AA1和BB1是兩根光滑的細直桿，并排固定于天花板上，繩的一端拴在B點，另一端拴在套于AA1桿中的珠子D上，另有一珠子C穿過繩及桿BB1以速度v1勻速下落，而珠子D以一定速度沿桿上升，當圖中角度為α時，珠子D上升的速度v2是多大？ 5、有A、B兩艘船在大海中航行，A船航向正東，船速15km/h，B船航向正北，船速20km/h。A船正午通過某一燈塔，B船下午兩點也通過同一燈塔。問：什么時候A、B兩船相距最近？最近距離是多少？ 6、一個半徑為R的半圓柱體沿體沿水平方向向右做勻加速運動，在半圓柱體上擱置一豎直桿，此桿只能沿豎直方向運動（沿圖所示），當半圓柱體的速度為v時，桿與半圓柱體接觸點P與柱心連線（豎直方向）的夾角為θ，求此時豎直桿的速度和加速度。 P R θ v b a d 7、在寬度為d的街上，有一連串汽車以速度u魚貫駛過，已知汽車的寬度為b，相鄰兩車間的間距為a。如圖所示，一行人想用盡可能小的速度沿一直線穿過此街，試求此人過街所需的時間。 8、一架飛機以相對于空氣為v的速率從A向正北方向飛向B，A與B相距為L。假定空氣相對于地速率為u，且方向偏離南北方向有一角度θ，求飛機在A、B間往返一次所需時間為多少？并就所得結果，對u和θ進行討論。 第七講：勻變速直線運動 【例題1】一小球自屋檐自由下落，在△t=0.2s內(nèi)通過窗口，窗高h=2m，g=10m/s2，不計空氣阻力，求窗頂?shù)轿蓍艿木嚯x。 【例題2】一氣球從地面以10m/s的速度勻速豎直上升，4s末一小石塊從氣球上吊籃的底部自由落下，不計空氣阻力，取g=10m/s2，求石塊離開氣球后在空氣中運行的平均速度和平均速率。 【例題3】一物體由靜止開始以加速度a1勻加速運動，經(jīng)過一段時間后加速度突然反向，且大小變?yōu)閍2，經(jīng)過相同時間恰好回到出發(fā)點，速度大小為5m/s，求物體加速度改變時速度的大小和的值 【例題4】一架直升飛機，從地面勻加速飛行到高H的天空，若加速度a與每秒鐘耗油量的關系式為Y=ka+β（k>0，β>0），求飛機上升到H高空的最小耗油量Q和所對應的加速度。 【練習】1、一物體做勻加速度直線運動，在某時刻的前t1（s）內(nèi)的位移大小為s1（m），在此時刻的后t2（s）內(nèi)的位移大小為s2（m），求物體加速度的大小。 2、一皮球自h高處自由落下，落地后立即又豎直跳起，若每次跳起的速度是落地速度的一半，皮球從開始下落到最后停止運動，行駛的路程和運動的時間各是多少？（不計空氣阻力，不計與地面碰撞的時間） 3、一固定的直線軌道上A、B兩點相距L，將L分成n等分，令質點從A點出發(fā)由靜止開始以恒定的加速度a向B點運動，當質點到達每一等分段時它的加速度增加，試求質點到達B點時的速度vB 4、如圖所示，在傾角為θ的光滑斜面頂端有一質點A自靜止開始自由下滑，與此同時在斜面底部有一質點B自靜止開始以加速度a背向斜面在光滑的水平面上向左運動。設A下滑到斜面底部能沿光滑的小彎曲部分平穩(wěn)地向B追去，為使A不能追上A B θ B，試求a的取值范圍。 5、地面上一點有物體甲，在甲的正上方距地面H高處有物體乙，在從靜止開始釋放乙的同時，給甲一個初速度豎直上拋，問（1）為使甲在上升階段與乙相遇，初速度v0為多大？（2）為使甲在下落階段與乙相遇，初速度v0又為多大？ 第八講：拋物的運動 【知識要點】 拋物運動——物體在地面附近不大的范圍內(nèi)僅在重力作用下的運動。 平拋運動——物體水平拋出后的運動。 斜拋運動——物體斜向上或斜向下拋出后的運動。 平拋和斜拋運動的物體只受恒定的重力作用，故物體作勻變速曲線運動，其加速度為重力加速度g。 拋體運動的求解必須將運動進行分解，一般情況下是分解為水平方向的勻速運動和豎直方向的豎直上拋運動，則有： 在水平方向 ， 在豎直方向 ， 上式中，當θ=0時，物體的運動為平拋運動。 求解拋物運動，還可以采用其它的分解方法，比如將斜拋運動分解為初速度方向的勻速運動和豎直方向上的自由落體運動。 拋物運動是一般勻變速曲線運動的一個特例，其求解方法也是求解一般勻變速曲線運動的基本方法。盡管物體速度方向是在不斷變化的，但其速度變化的方向只能在合力即重力的方向上，因此其速度變化的方向總是豎直向下的。 拋物運動的共同特點是加速度相同，因此，當研究多個拋體的運動規(guī)律時，以自由落體為參照物，則各物體的運動均為勻速直線運動，這種選擇參照物的方法，能大大簡化各物體運動學量之間的聯(lián)系，使許多看似復雜的問題簡單、直觀。 【例題1】如圖所示，A、B兩球之間用長L=6m的柔軟細繩相連，將兩繩相隔t0=0.8s先后從同一地點拋出，初速均為v0=4.5m/s，求A球拋出多長時間后，連線被拉直，在這段時間內(nèi)A球離拋出點的水平距離多大？（g=10m/s2） A B 【例題2】在與水平成θ角的斜坡上的A點，以初速度v0水平拋出一物體，物體落在同一坡上的B點，如圖所示，不計空氣阻力，求：（1）物體的飛行時間及A、B間距離； θ v0 B （2）拋出后經(jīng)多長時間物體離開斜面的距離最大，最大距離多大？ 【例題3】如圖所示，樹上有一只小猴子，遠處一個獵人持槍瞄準猴子，當獵槍擊發(fā)時猴子看到槍口的火光后立即落下，不考慮空氣阻力，已知猴子開始離槍口的水平距離為s，豎直高度為h，試求當子彈初速度滿足什么條件時，子彈總能擊中猴子。 θ s v0 h 【練習】 1、飛機以恒定的速度沿水平方向飛行，距地面高度為H。在飛行過程中釋放一個炸彈，經(jīng)過時間t，飛行員聽到炸彈著地后的爆炸聲。設炸彈著地即刻爆炸，聲速為v0，不計空氣阻力，求飛機的飛行速度v。 20m 30m 2、如圖所示，在離豎直墻壁30m的地面，向墻壁拋出一個皮球，皮球在高10m處剛好與墻壁垂直碰撞，反彈后落到離墻20m的地面，取g=10m/s2，求皮球斜拋初速度和落回地面時的速度。 3、某同學在平拋運動實驗中，得出如圖所示軌跡，并量出軌跡上a、b兩點到實驗開始前所畫豎直線的距離，，以及ab間豎直高度h，求平拋小球的初速度。 X1 X2 a b a/ b/ h 4、地面上的水龍頭按如圖所示的方式向上噴水，所有水珠噴出的初速度v0的大小相同，但噴射角在0到90范圍內(nèi)不等。若噴出后水束的最高位置距地面5m，試求水束落地時的圓半徑。 O v A B h H 5、從高H的一點O先后平拋兩個小球1和2，球1直接恰好越過豎直擋板A落到水平地面上的B點，球2與地面碰撞一次后，也恰好越過豎直擋板并落在B點，如圖所示。設球2與地面碰撞遵循的規(guī)律類似反射定律，且反彈速度大小與碰撞前相同，求豎直擋板的高度h。 3m 18m 6、如圖所示，排球場總長為18m，設球網(wǎng)高2m，運動員站在離網(wǎng)3m的線上（如圖中虛線所示）正對網(wǎng)前跳起將球水平擊出，球飛行中阻力不計，取g=10m/s2。（1）設擊球點在3m線正上方且高度為2.5m，試問擊球的速度在什么范圍內(nèi)才能使球既不觸網(wǎng)也不越界？（2）若擊球點在3m線正上方的高度小于某個值，那么無論水平擊球的速度多大，球不是觸網(wǎng)就是越界，試求這個高度。 7、在擲鉛球時，鉛球出手時離地面高度為h，若出手時速度為v0，求以何角度擲鉛球時，鉛球水平射程最遠，最遠射程多少？ 第九講：牛頓運動定律（動力學） 【知識要點】 2、物體初始條件對物體運動情況的影響 在受力相同的情況下，物體的初始條件不同，物體的運動情況也不同。如拋體運動，均只受重力作用，但初速度方向不同，運動情況就不同（平拋、斜拋、豎直上拋）；受力情況只決定物體的加速度。物體的運動情況必須將物體的受力情況和初速度結合一起加以考慮。 3、聯(lián)接體 聯(lián)接體是指在某一種力的作用下一起運動的兩個或兩個以上的物體。解題中要根據(jù)它們的運動情況來找出它們的加速度的關系，尋找的方法一般有兩種，一種方法是從相對運動的角度通過尋找各物體運動的制約條件，從而找出各物體運動的相對加速度間的關系；另一種方法是通過分析極短時間內(nèi)的位移關系，利用做勻變速運動的物體在相同時間內(nèi)位移正比于加速度這個結論，找到物體運動的加速度之間的關系。 【解題思路與技巧】 牛頓運動定律建立了物體的受力和物體運動的加速度之間的關系。因此，應用時分析物體的受力情況和運動情況尤為重要。同時，要注重矢量的合成和分解。相對運動等知識的靈活運用，從而找出各物體的受力與它的加速度之間的關系。 M N 【例題1】如圖所示，豎直光滑桿上有一個小球和兩根彈簧，兩彈簧的一端各與小球相連，另一端分別用銷釘M、N固定于桿，小球處于靜止狀態(tài)，設拔去銷釘M瞬間，小球加速度大小為12m/s2。若不拔去銷釘M而拔去銷釘N瞬間，小球的加速度可能是（取g=10m/s2） A、22m/s2，豎直向上 B、22m/s2，豎直向下 C、2m/s2，豎直向上 D、2m/s2，豎直向下 m M A C B θ 【例題2】如圖所示，質量為M=10kg的木楔ABC靜止于粗糙的水平地面上，動摩擦因數(shù)μ=0.02。在木楔的傾角θ為30的斜面上，有一質量m=1.0kg的物塊由靜止開始沿斜面下滑。當滑行路程s=1.4m時，其速度v=1.4m/s。在此過程中木楔沒有動。求地面對木楔的摩擦力的大小和方向。（g=10m/s2） m m A B 2m C 【例題3】如圖所示，質量均為m的兩物塊A、B疊放水平桌面上，B與桌面之間的動摩擦因數(shù)為μ1，一根輕繩繞過一動滑輪和兩個定滑輪水平拉動A、B。動滑輪下面掛一個質量為2m，的物體C，滑輪的質量和摩擦都可忽略。 （1）如果A、B之間的摩擦力足以保證它們不發(fā)生相對滑動，那么它們之間的摩擦力為多在？ （2）如果A、B之間的動摩擦因數(shù)為μ2，且μ2無法維持A、B相對靜止，那A、B的加速度各為多大？ A B C D E α α 【例題4】如圖所示，兩斜面重合的木楔ABC和ADC的質量均為M，AD、BC兩面成水平，E為質量等于m的小滑塊，楔塊的傾角為α，各接觸面之間的摩擦均不計，系統(tǒng)放在水平臺角上從靜止開始釋放，求兩斜面未分離前小滑塊E的加速度。 【練習】 m1 m2 1、如圖所示，一輕繩兩端各系重物m1和m2，掛在車廂內(nèi)的定滑輪上，滑輪摩擦不計，m2＞m1，m2靜止在車廂地板上，當車廂以加速度a向右作勻加速運動時，m2仍在原處不動。求此時m2對地板的壓力為多大？這時m2與地板間的動摩擦因數(shù)至少為多大才能維持這種狀態(tài)？ A B α 2、如圖所示，尖劈A的質量為mA，一面靠在光滑的豎直墻上，另一面與質量為mB的光滑棱柱B接觸，B可沿光滑水平面C滑動，求A、B的加速度aA和aB的大小及A對B的壓力。 A B 3、如圖所示，A、B的質量分別為m1=1kg，m2=2kg，A與小車壁的靜摩擦因數(shù)μ=0.5，B與小車間的摩擦不計，要使B與小車相對靜止，小車的加速度應為多大？ A B C 45 45 4、如圖所示，A、B兩個楔子的質量都是8.0kg，C物體的質量為384kg，C和A、B的接觸面與水平的夾角均為45。水平推力F=2920N，所有摩擦均忽略不計。求： （1）A和C的加速度。 （2）B對C的作用力的大小和方向。 m1 m2 5、如圖所示，質量為M的光滑圓形滑塊平放在桌面上，一細輕繩跨過此滑塊后，兩端各掛一個物體，物體質量分別為m1和 m2，繩子跨過桌邊豎直向下，所有摩擦均不計，求滑塊的加速度。 第十講：力和直線運動 【知識要點】 1、直線運動的特點： 物體的s、v、a、在同一直線上，當與V同向時，V逐漸增大，物體做加速運動；當與V反向時，V逐漸減小，物體做減速運動。 2、恒力與直線運動： （1）單個物體牛頓第二定律的分量式： （2）物體系牛頓第二定律的分量式： 3、變力與直線運動： （1）分段運動： 在實際問題中，有時由于制約物體運動的條件發(fā)生變化而導致物體在不同階段的受力情況不同，這時我們可以將物體的運動分為幾個階段，雖然在物體運動的整個過程中受力的情況發(fā)生變化，但每一階段的運動中物體卻是受到恒力的作用，是做勻變速運動。 （2）變力作用下物體的運動情況分析： 將彈簧與物體相連時，在物體運動過程中，彈簧的彈力大小往往發(fā)生變化，這時我們要結合物體的受力及其速度來分析物體的運動情況，尤其要抓住合外力、速度的最小和最大的狀態(tài)，及合外力、速度即將反向的狀態(tài)進行分析。 （例題2） （3）特殊變力作用下的直線運動： 中學階段主要研究的特殊變力有：與時間成正比的變力；與位移成正比的變力。 4、臨界狀態(tài)分析法： 如果問題中涉及到臨界狀態(tài)，分析時要抓住物體運動狀態(tài)變化的臨界點，分析在臨界點的規(guī)律和滿足的條件。一般來說，當物體處于臨界狀態(tài)時，往往具有雙重特征。如在某兩個物體即將分離的臨界狀態(tài)，一方面相互作用的彈力為零（分離的特征），另一方面又具有相同的加速度（沒有分離的特征）。 （練習2） 【解題思路和技巧】 物體做直線運動時，其速度、加速度、位移及物體所受到的合外力都在同一直線上。競賽中經(jīng)常出現(xiàn)物體運動過程中受力的變化，這時要抓住物體受力變化的特點，從而分析出物體運動情況的變化。同時，注重數(shù)學歸納法、數(shù)列等數(shù)學知識在物理解題中的應用。 v 【例題1】水平傳送帶長度為20m，以2m/s的速度作勻速運動，已知某物體與傳送帶間動摩擦因數(shù)為0.1，如圖所示，求物體輕輕放到傳送帶一端開始到達另一端所需的時間（取g=10m/s2） 【例題2】如圖所示，質量可以不計的彈簧，平行于水平面，左端固定，右端自由；物塊停放在彈簧右端的位置O（接觸但不相擠壓）?，F(xiàn)用水平力把物塊從位置O推到位置A，然后由靜止釋放，物塊滑到位置B靜止。下列說法中正確的有（ ） A、物塊由A到B，速度先增大后減小，通過位置O的瞬時速度最大，加速度為零 A O B B、物塊由A到B，速度先增大后減小，通過A、O之間某個位置時速度最大，加速度為零 C、物塊通過位置O以后作勻減速直線運動 D、物塊通過A、O之間某個位置時，速度最大，隨后作勻減速直線運動 【例題3】如圖所示，A、B兩木塊質量分別為mA和mB緊挨著并排放在水平桌面上，A、B間的接觸面是光滑的，且與水平面成θ角。A、B和水平桌面之間的靜摩擦因數(shù)和動摩擦因數(shù)均為μ。開始時A、B均靜止，現(xiàn)施一水平推力F作用于A，要使A、B向右加速運動且A、B之間不發(fā)生相對滑動，則（1）μ的數(shù)值應滿足什么條件？ θ A B F （2）推力F的最大值不能超過多少？（不考慮轉動） 【例題4】一固定的斜面，傾角θ=45，斜面長L=2.00m。斜面下端有一與斜面垂直的擋板，一質量為m的質點，從斜面的最高點沿斜面下滑，初速度為零。質點沿斜面下滑到斜面最低端與擋板發(fā)生彈性碰撞。已知質點與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.20。試求此質點從開始運動到與擋板發(fā)生第11次碰撞的過程中運動的總路程。 【練習】 A B C D h 1、有一個同學用如下方法測定動摩擦因數(shù)：用同種材料做成的AB、BD平面（如圖所示），AB面為一斜面，高為h、長為L1。BD是一足夠長的水平面，兩面在B點接觸良好且為弧形，現(xiàn)讓質量為m的小物塊從A點由靜止下滑，到達B點后順利進入水平面，最后滑到C點停止，并測量出BC=L2，小物塊與兩平面的動摩擦因數(shù)相同，由以上數(shù)據(jù)可以求出物塊與平面間的動摩擦因數(shù)μ= 。 P F 2、如圖所示，一個彈簧臺秤的秤盤和彈簧的質量都不計，盤內(nèi)放一個質量m=12kg并處于靜止的物體P，彈簧的勁度系數(shù)為k=300N/m，現(xiàn)給P施加一個豎直向上的力F，使P從靜止開始始終向上作勻加速直線運動，在這過程中，頭0.2s內(nèi)F是變力，在0.2s以后的F是恒力，取g=10m/s2，則物體P做勻加速運動的加速度a的大小為 m/s2，F(xiàn)的最小值是 N，最大值是 N。 A B F 3、光滑水平桌面上的厚木板質量為M，它的上面有一個半徑為R的球穴，如圖所示，槽穴的深度為R/2；一個半徑為R，質量為m的小球放在球穴中，A、B點是通過球心的豎直剖面中板面與球的接觸點。試分析計算，沿水平方向作用于木板的力F至少多大，球才會從球穴中翻出來？ 4、如圖所示，質量M=8kg的小車放在水平光滑的平面上，在小車右端加一水平恒力F=8N。當小車向右運動的速度達到1.5m/s時，在小車前端輕輕地放上一個大小不計，質量為m=2kg的小物塊，物塊與小車間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，小車足夠長。求從小物塊放上小車開始，經(jīng)過t=1.5s小物塊相對地通過的位移大小為多少？（g=10m/s2） F m M A B C F 5、如圖所示，小滑塊A疊放在長為L=0.52m的平板B左端，B放在光滑水平桌面上。A、B兩物體通過一個動滑輪和一個定滑輪和C物體相連，滑輪的摩擦和質量均不計。A、B、C三個物體的質量都是1kg，A、B之間的動摩擦因數(shù)為0.25?，F(xiàn)用一個水平向左的恒力F拉B，經(jīng)0.2s后A滑離B，求力F的大小。 v0 L 6、10個相同的扁木塊一個緊挨一個地放在水平地面上，如圖所示。每個木塊的質量為m=0.4kg，長為L=0.50m。木塊原來都靜止，它們與地面間的靜摩擦因數(shù)和動摩擦因數(shù)都為μ1=0.10。左邊第一塊木塊的最左端放一塊質量為M=1.0kg的小鉛塊，它與木塊間的靜摩擦因數(shù)和動摩擦因數(shù)都為μ2=0.20?，F(xiàn)突然給鉛塊一個向右的速度v0=4.3m/s，使其在木塊上滑行，試確定它最后是落在地面上還是停地哪一塊木塊上？（設鉛塊的大小可以忽略） x A L0 B v0 7、如圖所示，物體A質量為m，吊索拖著A沿光滑的豎直桿上升，吊索跨過定滑輪B繞過定滑輪B繞在勻速轉動的鼓輪上，吊索運動速度為v0，滑輪B到豎直桿的水平距離為L0，求當物體A到B所在水平面的距離為x時，繩子的張力大小是多少？ 8、如圖所示，一個厚度不計的圓環(huán)A，緊套在長度為L的圓柱體B的上端，A、B兩者的質量均為m。A與B之間的最大靜摩擦力與滑動摩擦力相同，其大小為kmg（k＞1）。B從離地H高處由靜止開始落下，觸地后能豎直向上彈起，觸地時間極短，且無動能損失。B與地碰撞n次后，A與B分離。 （1）B與地第一次碰撞后，當A與B剛相對靜止時，B下端離地面的高度為多少？ A B H L （2）如果H、n、k為已知，那么L應滿足什么條件？