（高中物理）高三物理復(fù)習(xí)第三章動力學(xué)的兩類問題人教實驗

1、高三物理復(fù)高三物理復(fù) 習(xí)習(xí) 第三章第三章 動力學(xué)的兩類問題動力學(xué)的兩類問題人教實驗版人教實驗版【本講教育信息本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：復(fù)習(xí) 第三章 動力學(xué)的兩類問題二. 重點(diǎn)、難點(diǎn)解析：一用牛頓定律解決兩類根本問題1. 在牛頓定律解決的兩類問題中，無論是受力求運(yùn)動情況，還是運(yùn)動情況求未知力，加速度都是連接力和運(yùn)動的紐帶因此對物體進(jìn)行正確的受力分析和運(yùn)動過程的分析是解決問題的關(guān)鍵 在對物體進(jìn)行受力分析時，常用的方法是“整體法和“隔離法 隔離法：使用隔離法時，可對構(gòu)成連接體的不同物體隔離，也可以將同一物體隔離成假設(shè)干個局部取隔離體的實質(zhì)在于把系統(tǒng)的內(nèi)力轉(zhuǎn)化為其中某一隔離體的外力，以便應(yīng)用牛頓定

2、律解題 整體法：所求量與系統(tǒng)內(nèi)物體無關(guān)時，把物體系連接體看成整體，可大大簡化求解過程 2. 應(yīng)用牛頓第二定律解題的根本方法 1選取研究對象：根據(jù)題意，研究對象可以是單一物體，也可以是幾個物體組成的系統(tǒng) 2分析物體的受力情況 3建立坐標(biāo) 假設(shè)物體所受外力在一條直線上，可建立直線坐標(biāo) 假設(shè)物體所受外力不在一條直線上，應(yīng)建立直角坐標(biāo)系，通常以加速度的方向為一坐標(biāo)軸，然后向兩軸方向正交分解外力 4列出牛頓第二定律方程xxyyFmaFma 5解方程，得出結(jié)果 在求解的過程中，注意解題的過程和最后結(jié)果的檢驗，必要時對結(jié)果進(jìn)行討論 3. 如果物體在運(yùn)動過程中僅僅受到兩個共點(diǎn)力的作用，通常采用平行四邊形定那么

3、求出這兩個力的合力，此合力方向與物體運(yùn)動的加速度方向相同 如果物體同時受到三個以上共點(diǎn)力作用，應(yīng)建立平面直角坐標(biāo)系，采用正交分解法，應(yīng)用牛頓第二定律分量形式來求解即xxFma，yyFma為了減少矢量分解給解題帶來的麻煩，在建立直角坐標(biāo)系時，要求分解的矢量如力、加速度等越少越好，常用的兩種方法是：分解力而不分解加速度此時可規(guī)定加速度方向為正方向 ；分解加速度而不分解力此種方法一般是在以某個力為 z 軸正方向時，其他力都落在兩個坐標(biāo)軸上而不需要再分解 【例 l】如下列圖，傳送帶與地面傾角=37，從 AB 長度為 16 m，傳送帶以 10 ms 的速率逆時針轉(zhuǎn)動在傳送帶上端 A 處無初速度地放一個質(zhì)

4、量為 0.5 kg 的物體，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 0.5。求物體從 A 運(yùn)動到 B 需要的時間是多少?sin37=0.6，cos37=0.8解析：解析：物體放在傳送帶上后，開始的階段，由于傳送帶的速度大于物體的速度，傳送帶給物體一沿傳送帶向下的滑動摩擦力 Ff，物體受力情況如下列圖物體由靜止加速，由牛頓第二定律得物體加速至與傳送帶速度相等需要的時間由于tan，物體在重力作用下將繼續(xù)加速運(yùn)動，當(dāng)物體速度大于傳送帶速度時，傳送帶給物體一沿傳送帶向上的滑動摩擦力fF此時物體受力情況如下列圖，由牛頓第二定律得設(shè)后一階段物體滑至底端所用的時間為2t，由解得2t=l s2t=ll s舍去所以物體由

5、 AB 的時間 t=t1+t2=2 S【例 2】風(fēng)洞實驗室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風(fēng)力現(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實驗室，小球孔徑略大于細(xì)桿直徑，如下列圖1當(dāng)桿在水平方向上固定時，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，使小球在桿上做勻速運(yùn)動，這時小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的一半，求小球與桿間的動摩擦因數(shù)2保持小球所受風(fēng)力不變，使桿與水平方向間夾角為 37并固定，那么小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離 S 所需的時間為多少?sin37=0.6，cos37=0.8解析：解析：1桿在水平方向時，小球受力如圖，根據(jù)二力平衡，有：NFF風(fēng)，即mgmg21，所以5 . 0。2桿傾斜時，球受力情況如圖沿桿方向和垂直桿方向

6、列方程，有：解之得g43a ，因為2at21s ，所以g3s8t 。答案：15 . 02g3s8t 【例 3】如下列圖，質(zhì)量為 m 的人站在自動扶梯上，扶梯正以加速度 a 向上做減速運(yùn)動，a 與水平方向的夾角為，求人受的支持力和摩擦力解析：解析：將加速度 a 沿水平、豎直方向分解，如以下列圖所示cosxaa，sinyaa 根據(jù)牛頓第二定律有水平方向 cosxfmama豎直方向sinymgNmama 由此得，人受的摩擦力cosfma，方向水平向左；受的支持力(sin )Nm ga，方向豎直向上 答案：cosfma，方向水平向左； (sin )Nm ga，方向豎直向上二超重和失重1. 超重與失重1

7、超重現(xiàn)象：當(dāng)物體存在向上的加速度時，物體對水平支持物的壓力或?qū)ωQ直懸繩的拉力大于物體的重力的現(xiàn)象2失重現(xiàn)象：當(dāng)物體存在向下的加速度時，物體對水平支持物的壓力或?qū)ωQ直懸繩的拉力小于物體的重力的現(xiàn)象3完全失重現(xiàn)象：當(dāng)物體的加速度是重力加速度時，物體對水平支持物的壓力或?qū)ωQ直懸繩的拉力等于零的現(xiàn)象4 超重與失重，只是物體的“視重發(fā)生改變，即感覺到的重力或用彈簧測力計稱得的重力增大或減小，而實際所受重力即萬有引力并沒有改變5在完全失重狀態(tài)下，平常由重力引起的一切物理現(xiàn)象都會完全消失例如，物體對桌面無壓力，單擺停止擺動，液柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)，浸在水中的物體不受浮力2. 牛頓運(yùn)動定律對地面及相對于地面做勻速直

8、線運(yùn)動的參考系成立牛頓運(yùn)動定律成立的參考系叫慣性參考系3. 超重和失重的本質(zhì)是物體在豎直方向上具有了加速度，與物體運(yùn)動速度大小及方向無關(guān)當(dāng)物體具有豎直向上加速度時，物體處于超重狀態(tài)，對應(yīng)兩種運(yùn)動狀態(tài)，即向上的加速運(yùn)動或向下的減速運(yùn)動當(dāng)物體具有豎直向下的加速度時，物體處于失重狀態(tài)同樣也對應(yīng)兩種運(yùn)動狀態(tài)，即豎直向下的加速運(yùn)動或豎直向上的減速運(yùn)動4. 超重和失重在航天技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用比方宇宙飛船升空是一個加速過程，加速度向上，此時處于超重狀態(tài)；宇宙飛船在太空中繞地球飛行，處于完全失重狀態(tài)；宇宙飛船返回是一個減速過程，加速度仍向上，所以此過程也是處于超重狀態(tài)【例 4】飛船降落過程中，在離地面高度為

9、 h 處速度為0v，此時開動反沖火箭，使飛船開始做減速運(yùn)動，最后落地時的速度減為v假設(shè)把這一過程當(dāng)作勻減速運(yùn)動來計算，那么其加速度的大小等于 地球外表處的重力加速度為 g，航天員的質(zhì)量為 m，在這一過程中航天員對座椅的壓力等于解析：解析：由運(yùn)動學(xué)公式as2vv2021知：運(yùn)動過程中加速度大小為h2vva220取航天員為研究對象，由牛頓第二定律知那么h2)vv(mmgF220N由牛頓第三定律知，宇航員對座椅的壓力亦為h2)vv(mmg220。答案：h2vv220h2)vv(mmg220三連接體或重疊物體中牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用1. 所謂連接體或重疊物體 ，是在所研究對象中存在兩個或多個物體，即一般是

10、物體系統(tǒng)而在這物體系統(tǒng)中的每個物體之間都有關(guān)聯(lián)比方每個物體的速度、加速度等是相同的，或者位移之間有聯(lián)系等 2. 在物體系統(tǒng)中，如果幾個物體間有力的作用，那么每個物體的受力情況及運(yùn)動狀態(tài)與另外幾個都有聯(lián)系一個物體的受力及運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，必定影響到其他物體求解這類問題時，必須充分考慮到系統(tǒng)內(nèi)各個物體的運(yùn)動關(guān)聯(lián)性；對物體作受力分析，往往要把局局部析和整體分析結(jié)合；要在求解過程中靈活地選擇研究對象，并且在求解中可能會變換研究對象，結(jié)合牛頓第二定律、第三定律列方程求解【例 5】如下列圖，質(zhì)量為 m1=60 kg 的人站在質(zhì)量為 m2=30 kg 的吊籃中，通過一根跨過定滑輪的輕繩拉著吊籃和人一起以加速

11、度 a=1 ms2加速上升繩均豎直，不計滑輪和繩的質(zhì)量，不計一切摩擦，取 g=l0 ms2 ，求：1人要用多大的力拉繩？2掛滑輪的懸繩所受的拉力為多大？解析：解析：設(shè)人的拉力為 F，把人和吊籃作為整體，豎直方向受 2F 的拉力和21mm g的重力作用據(jù)牛頓第二定律得代入數(shù)據(jù)解得N495F ，即人的拉力為 495N滑輪處于平衡狀態(tài)，由平衡條件得懸線所受的拉力N990F2T。答案：1495N 2990N【例 6】如下列圖，有一箱裝得很滿的土豆，以一定的初速度在動摩擦因數(shù)為的水平地面上做勻減速運(yùn)動不計其他外力及空氣阻力 ，那么其中一個質(zhì)量為 m 的土豆 A 受其他土豆對它的總作用力大小應(yīng)是 A. m

12、gB. mgC. 1mg2D. 21mg解析：解析：土豆 A 受周圍土豆的力的作用無法一一明示，故無法逐力去分析，因此先對整體有g(shù)a,MaMg方向水平向左再隔離土豆 A，受力如下列圖，根據(jù)三解形法那么有選項 C 正確。答案：C【例 7】質(zhì)量為 m=40 kg 的小孩子站在電梯內(nèi)的體重計上電梯從 t=0 時刻由靜止開始上升，在 0 到 6 s 內(nèi)體重計示數(shù) F 的變化如下列圖試問：在這段時間內(nèi)電梯上升的高度是多少?取重力加速度 g=10 ms2解析：解析：由圖可知，0t 到s2tt1的時間內(nèi)，體重計的示數(shù)大于mg，故電梯應(yīng)做向上的加速運(yùn)動。設(shè)在這段時間內(nèi)體重計作用于小孩的力為1f，電梯及小孩的加

13、速度為1a，由牛頓第二定律得在這段時間內(nèi)電梯上升的高度在1t到s5tt2的時間內(nèi)，體重計的示數(shù)等于 mg，故電梯應(yīng)做勻速上升運(yùn)動，速度為1t時刻電梯的速度，即111tav 在這段時間內(nèi)電梯上升的高度在2t到s6tt3的時間內(nèi)，體重計的示數(shù)小于 mg，故電梯應(yīng)做向上的減速運(yùn)動，設(shè)這段時間內(nèi)體重計作用于小孩的力為2f，電梯及小孩的加速度為2a，由牛頓第二定律得22mafmg。在這段時間內(nèi)電梯上升的高度電梯上升的總高度321hhhh由以上各式，利用牛頓第三定律和題文及題圖中的數(shù)據(jù)，解得m9h 。答案：m9h ?！灸M試題模擬試題】1. 跨過定滑輪的繩的一端掛一吊板，另一端被吊板上的人拉住，如下列圖人

14、的質(zhì)量為70kg，吊板的質(zhì)量為 10 kg，繩及定滑輪的質(zhì)量、滑輪的摩擦均可不計取重力加速度g=10 ms2，當(dāng)人以 440 N 的力拉繩時，人與吊板的加速度和人對吊板的壓力 F。分別為 A. N260F,s/m0 . 1aN2B. N330F,s/m0 . 1aN2C. N110F,s/m0 . 3aN2D. N50F,s/m0 . 3aN22. 在如下列圖的裝置中，重 4 N 的物塊被平行于斜面的細(xì)繩拴在斜面上端的小柱上，整個裝置保持靜止，斜面的傾角為 30。，被固定在測力計上如果物體與斜面間無摩擦，裝置穩(wěn)定以后，當(dāng)細(xì)線被燒斷，物體正在下滑時，與穩(wěn)定時比較，測力計的讀數(shù) A. 增加 4 N

15、B. 增加 3 NC. 減小 1 ND. 不變3. 如下列圖，質(zhì)量為 m2的物體 2 放在正沿平直軌道向右行駛的車廂底板上，并用豎直細(xì)繩通過光滑定滑輪連接質(zhì)量為 m1的物體 l，與物體 l 相連接的繩與豎直方向成角，那么 A. 車廂的加速度為 gsinB. 繩對物體 1 的拉力為 m1gcosC. 底板對物體 2 的支持力為m2-m1gD. 物體 2 所受底板的摩擦力為 m2gtan4. 如下列圖，質(zhì)量為 m 的物體 A 放置在質(zhì)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做簡諧運(yùn)動振動過程中 A、B 之間無相對運(yùn)動設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，當(dāng)物體離開平衡位置的位移為x時，A、B

16、 間摩擦力的大小等于 A. 0B. kxC. kxMmD. kxmMm5. 一物體放置在傾角為的斜面上，斜面固定于加速上升的電梯中，加速度為a，如下列圖在物體始終相對于斜面靜止的條件下，以下說法中正確的選項是 A. 當(dāng)一定時，a 越大，斜面對物體的正壓力越小B. 當(dāng)一定時，a 越大，斜面對物體的摩擦力越大C. 當(dāng) a 一定時，越大，斜面對物體的正壓力越小D. 當(dāng) a 一定時，越大，斜面對物體的摩擦力越小6. 如下列圖，一條不可伸長的輕繩跨過質(zhì)量可忽略不計的光滑定滑輪，繩的一端系一質(zhì)量 m=15 kg 的重物，重物靜止于地面上有一質(zhì)量 m/=10 kg 的猴子從繩的另一端沿繩向上爬，在重物不離開

17、地面的條件下，猴子向上爬的最大加速度為 g 取 lO ms27. 在粗糙的水平面上，兩個物體 A、B 相互靠放，其質(zhì)量分別為1m、2m，兩物體與水平面間的動摩擦因數(shù)均為現(xiàn)在水平力 F 的作用下做勻加速直線運(yùn)動，如下列圖，求：1A 與 B 之間的相互作用力NF與 F 的比值；2假設(shè) A、B 與水平面間的動摩擦因數(shù)分別為1、2，求兩個物體受到的合力之比8. 京津唐高速公路上行駛的兩汽車之間留有 200 m 的距離，設(shè)兩車正以 100 kmh 的速度勻速行駛時，后車司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)前車出現(xiàn)事故，因此采取急剎車，假設(shè)從司機(jī)發(fā)現(xiàn)事故到啟動剎車措施使車輪停轉(zhuǎn)的時間為 0.1 s，汽車輪胎與路面間的動摩擦因數(shù)范

18、圍為0.40.6，問后汽車的實際剎車距離有多大?由此你認(rèn)為在高速公路上保持 200 m 的行車距離，平安性如何?g 取 10 ms29. 舉重運(yùn)動是力量和技巧充分結(jié)合的體育工程就“抓舉而言，其技術(shù)動作可分為預(yù)備、提杠鈴、發(fā)力、下蹲支撐、起立、放下杠鈴等六個步驟，如圖甲所示照片表示了其中的幾個狀態(tài)現(xiàn)只研究從發(fā)力到支撐這個過程，測得杠鈴在照片中的直徑為 0.8 cm，在照片上用尺量出從發(fā)力到支撐，杠鈴上升的距離為 l.2 cm，運(yùn)發(fā)動 所舉杠鈴的直徑 D=0.32 m，質(zhì)量 m=120 kg，運(yùn)發(fā)動從發(fā)力到支撐歷時 t=0.6 s，為簡便起見，可以認(rèn)為在該過程中運(yùn)發(fā)動作用在杠鈴上的豎直向上的作用力與時間的關(guān)系，以及在該過程中杠鈴的速度與時間的關(guān)系分別如乙、丙所示 空氣阻力不計，g 取 10 ms21試估算出該過程中杠鈴被舉起的實際高度 hl；2簡要說明杠鈴在該過程中做什么運(yùn)動?并估算在該過程中杠鈴向上運(yùn)動的最大速度mv；3求 F-t 圖象中的 F0的值10. 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度