高中物理人教版第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律單元測(cè)試 第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律習(xí)題課二

第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律習(xí)題課二【學(xué)習(xí)目標(biāo)】應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決突變類(lèi)類(lèi)、連接體類(lèi)、臨界類(lèi)、整體法與隔離法類(lèi)問(wèn)題?！局攸c(diǎn)、難點(diǎn)】整體法與隔離法預(yù)習(xí)案【自主學(xué)習(xí)】1、如何理解物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與其所受的合外力F有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系？舉例說(shuō)明哪些模型力可突變？哪些不可突變？2、連接體問(wèn)題如何處理？什么是整體法和隔離體法？試舉例說(shuō)明。3、臨界問(wèn)題有何標(biāo)志？【學(xué)始于疑】探究案【合作探究一】【例1】如圖所示，一個(gè)物體由A點(diǎn)靜止出發(fā)分別到達(dá)C1、C2、C3.物體在三條軌道上的摩擦不計(jì)，則（）A．物體到達(dá)C1點(diǎn)時(shí)的速度最大B．在C3上運(yùn)動(dòng)的加速度最小C．物體到達(dá)C1的時(shí)間最短D．物體分別在三條軌道上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同【例2】如圖所示，幾個(gè)傾角不同的光滑斜面有相同的底邊．一小物體分別從各斜面頂端下滑到底端A，關(guān)于所用時(shí)間，下面說(shuō)法正確的是（）A．傾角越大時(shí)間越短B．傾角越小時(shí)間越短C．傾角為45°時(shí)所用時(shí)間最短D．無(wú)法確定．歸納總結(jié)【合作探究二】【例1】如圖（a）所示，一質(zhì)量為m的物體系于長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2的兩根輕質(zhì)細(xì)繩上，L1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為θ,L2水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)將L2線(xiàn)剪斷，求剪斷瞬間物體的加速度；若將細(xì)繩L1換成輕質(zhì)彈簧，如圖（b）所示，求剪斷L2瞬間物體的加速度。歸納總結(jié)：【合作探究三】【例1】．如圖所示，并排放在光滑水平面上的兩物體的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1=2m2．在用水平推力F向右推m1時(shí)，兩物體間的相互壓力的大小為N1．在用大小也為F的水平推力向左推m2時(shí)，兩物體間相互作用的壓力大小為N2，則（）A．N1=N2B．2N1=N2C．N1=2N2D．N1=N【例2】．如圖所示，質(zhì)量為M的木箱放在水平面上，木箱中的立桿上套著一個(gè)質(zhì)量為m的小球，開(kāi)始時(shí)小球在桿的頂端，由靜止釋放后，小球沿桿下滑的加速度為重力加速度的二分之一，即a=g/2．則在小球下滑的過(guò)程中，木箱對(duì)地面的壓力為_(kāi)______．圖4【例3】、一人在井下站在吊臺(tái)上，用如圖4所示的定滑輪裝置拉繩把吊臺(tái)和自己提升上來(lái)。圖中跨過(guò)滑輪的兩段繩都認(rèn)為是豎直的且不計(jì)摩擦。吊臺(tái)的質(zhì)量m=15kg,人的質(zhì)量為M=55kg,起動(dòng)時(shí)吊臺(tái)向上的加速度是a=0.2m/s2,求這時(shí)人對(duì)吊臺(tái)的壓力。(g=9.8m/s2圖4【合作探究四】【例1】如圖所示，斜面是光滑的，一個(gè)質(zhì)量是0.2kg的小球用細(xì)繩吊在傾角為53o的斜面頂端．斜面靜止時(shí)，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行；當(dāng)斜面以8m/s2的加速度向右做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求繩子的拉力及斜面對(duì)小球的彈力．【例2】一質(zhì)量為M，傾角為θ的楔形木塊，放在水平桌面上，與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，一物塊質(zhì)量為m，置于楔形木塊的斜面上，物塊與斜面的接觸是光滑的．為了保持物塊相對(duì)斜面靜止，可用一水平力F推楔形木塊，如圖所示，求此水平力大小的表達(dá)式．歸納總結(jié)：【課堂小結(jié)/本節(jié)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)】【思考】應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題時(shí)，在受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)有哪些注意事項(xiàng)？【當(dāng)堂檢測(cè)】1、如圖所示，O、A、B、C、D五點(diǎn)在同一圓周上．OA、OB、OC、OD是四條光滑的弦，一小物體分別由O開(kāi)始沿各弦下滑到A、B、C、D所用時(shí)間分別為tA、tB、tC、tD則（）A．tA>tB>tC>tDB．tA<tB<tC<tDC．tA＝tB＝tC＝tDD．無(wú)法確定．2、如右圖，輕彈簧上端與一質(zhì)量為m的木塊1相連，下端與另一質(zhì)量為M的木塊2相連，整個(gè)系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為a1、a2，重力加速度大小為g，則有（）A．，B．，C．，D．，3、如圖所示，m和M保持相對(duì)靜止，一起沿傾角為θ的光滑斜面下滑，則M和m間的摩擦力大小是多少？ab4、ab5、在2023年北京殘奧會(huì)開(kāi)幕式上，運(yùn)動(dòng)員手拉繩索向上攀登，最終點(diǎn)燃了主火炬，體現(xiàn)了殘疾運(yùn)動(dòng)員堅(jiān)忍不拔的意志和自強(qiáng)不息的精神。為了探究上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員與繩索和吊椅間的作用，可將過(guò)程簡(jiǎn)化。一根不可伸縮的輕繩跨過(guò)輕質(zhì)的定滑輪，一端掛一吊椅，另一端被坐在吊椅上的運(yùn)動(dòng)員拉住，如圖所示。設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為65kg，吊椅的質(zhì)量為15kg，不計(jì)定滑輪與繩子間的摩擦。重力加速度取。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與吊椅一起正以加速度上升時(shí)，試求（1）運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力；（2）運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力?！菊n后鞏固】1．將一個(gè)物體以某一速度從地面豎直向上拋出，設(shè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受空氣阻力大小不變，則物體（A）剛拋出時(shí)的速度最大（B）在最高點(diǎn)的加速度為零（C）上升時(shí)間大于下落時(shí)間（D）上升時(shí)的加速度等于下落時(shí)的加速度2．一質(zhì)量為M的探空氣球在勻速下降.若氣球所受浮力F始終保持不變,氣球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受阻力僅與速率有關(guān),重力加速度為g.現(xiàn)欲使該氣球以同樣速率勻速上升,則需從氣球吊籃中減少的質(zhì)量為()A.B.C.D.0mM3．如圖所示，質(zhì)量為M的框架放在水平地面上一輕質(zhì)彈簧上端固定在框架上，下端拴一個(gè)質(zhì)量為m的小球，當(dāng)小球上下振動(dòng)時(shí)，框架始終沒(méi)有跳起，框架對(duì)地面的壓力為零的瞬間，小球的加速度的大小為（mMA．gB．(M-m)g/mC．0D．(M+m)g/m4．汶川大地震后，為解決災(zāi)區(qū)群眾的生活問(wèn)題，黨和國(guó)家派出大量直升飛機(jī)空投救災(zāi)物資．有一直升機(jī)懸停在空中向地面投放裝有物資的箱子，如圖所示，設(shè)投放物資的初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中箱子始終保持圖示姿態(tài)，在箱子下落過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A．箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒(méi)有壓力B．箱子剛從飛機(jī)上投下時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力最大C．箱子接近地面時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)大D．若下落距離足夠長(zhǎng)，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來(lái)”5.圖為蹦極運(yùn)動(dòng)的示意圖。彈性繩的一端固定在點(diǎn)，另一端和運(yùn)動(dòng)員相連。運(yùn)動(dòng)員從點(diǎn)自由下落，至點(diǎn)彈性繩自然伸直，經(jīng)過(guò)合力為零的點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)，然后彈起。整個(gè)過(guò)程中忽略空氣阻力。分析這一過(guò)程，下列表述正確的是（）①經(jīng)過(guò)點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的速率最大②經(jīng)過(guò)點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的速率最大③從點(diǎn)到點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的加速度增大④從點(diǎn)到點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的加速度不變A．①③B．②③C．①④ D．②④【答案】自主學(xué)習(xí)：1、突變類(lèi)問(wèn)題（力的瞬時(shí)性）1．物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與其所受的合外力F有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，每一瞬時(shí)的加速度只取決于這一瞬時(shí)的合外力，而與這一瞬時(shí)之前或之后的力無(wú)關(guān)，不等于零的合外力作用的物體上，物體立即產(chǎn)生加速度；若合外力的大小或方向改變，加速度的大小或方向也立即（同時(shí)）改變；若合外力變?yōu)榱悖铀俣纫擦⒓醋優(yōu)榱悖ㄎ矬w運(yùn)動(dòng)的加速度可以突變）。2．中學(xué)物理中的“繩”和“線(xiàn)”，是理想化模型，具有如下幾個(gè)特性：=1\*GB3①輕：即繩（或線(xiàn)）的質(zhì)量和重力均可視為等于零，同一根繩（或線(xiàn)）的兩端及其中間各點(diǎn)的張力大小相等。=2\*GB3②軟：即繩（或線(xiàn)）只能受拉力，不能承受壓力（因繩能變曲），繩與其物體相互間作用力的方向總是沿著繩子且朝繩收縮的方向。=3\*GB3③不可伸長(zhǎng)：即無(wú)論繩所受拉力多大，繩子的長(zhǎng)度不變，即繩子中的張力可以突變。3．中學(xué)物理中的“彈簧”和“橡皮繩”，也是理想化模型，具有如下幾個(gè)特性：=1\*GB3①輕：即彈簧（或橡皮繩）的質(zhì)量和重力均可視為等于零，同一彈簧的兩端及其中間各點(diǎn)的彈力大小相等。=2\*GB3②彈簧既能承受拉力，也能承受壓力（沿著彈簧的軸線(xiàn)），橡皮繩只能承受拉力,不能承受壓力。=3\*GB3③由于彈簧和橡皮繩受力時(shí)，要發(fā)生形變需要一段時(shí)間，所以彈簧和橡皮繩中的彈力不能發(fā)生突變。4．做變加速度運(yùn)動(dòng)的物體，加速度時(shí)刻在變化（大小變化或方向變化或大小、方向都變化度叫瞬時(shí)加速度，由牛頓第二定律知，加速度是由合外力決定的，即有什么樣的合外力就有什么樣的加速度相對(duì)應(yīng)，當(dāng)合外力恒定時(shí)，加速度也恒定，合外力隨時(shí)間變化時(shí)，加速度也隨時(shí)間改變，且瞬時(shí)力決定瞬時(shí)加速度，可見(jiàn)，確定瞬時(shí)加速度的關(guān)鍵是正確確定瞬時(shí)作用力。2、連接體問(wèn)題（1）處理方法處理連接體問(wèn)題的方法有整體法和隔離體法。整體法：是將一組連接體作為一個(gè)整體看待，牛頓第二定律中F合=ma，F(xiàn)合是整體受的外力，只分析整體所受的外力即可（因?yàn)檫B接體的相互作用力是內(nèi)力，可不分析），簡(jiǎn)化了受力分析。在研究連接體時(shí)，連接體各部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以相同，也可以不同。隔離法：是在求解連接體的相互作用力時(shí)采用，將某個(gè)部分從連接體中分離出來(lái)，其它部分對(duì)它的作用力就成了外力。在連接體問(wèn)題中，如果不要求知道各個(gè)運(yùn)動(dòng)物體之間的相互作用力，就可以把它們看成一個(gè)整體（當(dāng)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)）分析受到的外力和運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度（或其他未知量）；如果需要知道物體之間的相互作用力，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程．隔離法和整體法是互相依存、互相補(bǔ)充的．兩種方法互相配合交替應(yīng)用，常能更有效地解決有關(guān)連接體的問(wèn)題．（2）注意事項(xiàng)：用隔離法解連接體問(wèn)題時(shí)，容易產(chǎn)生如下錯(cuò)誤：（l）例如F推M及m一起前進(jìn)（如圖），隔離m分析其受力時(shí)，認(rèn)為F通過(guò)物體M作用到m上，這是錯(cuò)誤的．（2）用水平力F通過(guò)質(zhì)量為m的彈簧秤拉物體M在光滑水平面上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)（如圖所示．不考慮彈簧秤的重力），往往會(huì)認(rèn)為彈簧秤對(duì)物塊M的拉力也一定等于F．實(shí)際上此時(shí)彈簧秤拉物體M的力F/＝F—ma，顯然F/＜F．只有在彈簧秤質(zhì)量可不計(jì)時(shí)，才可認(rèn)為F/＝F．（3）分類(lèi)加速度相同的連接體核心方程：F合=m1a+m2a+m3a+……=(m1+m2+m3加速度不相同的連接體（只要求一個(gè)物體加速度為零的情況）核心方程：F合=m1a1+m2a2+m3a解題建議：先明確加速度為零的物體，再用整體法求外力3、在應(yīng)用牛頓定律解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的加速度不同時(shí)，物體有可能處于不同的狀態(tài)．特別是題目中出現(xiàn)“最大”、“最小”、“剛好”等詞語(yǔ)時(shí)，往往會(huì)有臨界現(xiàn)象．此時(shí)要采用極限分析法，看物體在不同加速度時(shí)，會(huì)有哪些現(xiàn)象發(fā)生，盡快找出臨界點(diǎn)，求出臨界條件．合作探究一BCC合作探究二例1、解析：=1\*GB3①L1為輕質(zhì)細(xì)繩時(shí)，L2被剪斷的瞬間,L1上張力的大小發(fā)生了突變，此瞬間FT1=mgcosθ,它與重力沿繩方向的分力抵消，重力垂直于繩方向的分力產(chǎn)生加速度:a=gsinθ；=2\*GB3②L1為輕質(zhì)彈簧時(shí)，L2被剪斷的瞬間，彈簧L1的長(zhǎng)度不能發(fā)生突變，F(xiàn)T1的大小方向都不變，它與重力的合力大小與FT2方向相反，所以物體的加速度大小為：a=gtanθ。合作探究三例1、B例2、例3、(m+M)gFF圖5分析與解：選人和吊臺(tái)組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，受力如圖5所示，F(xiàn)為繩的拉力,由牛頓第二定律有：2F-(m+M)g=(M+m)a(m+M)gFF圖5aFFNMg圖6再選人為研究對(duì)象，受力情況如圖6所示，其中FN是吊臺(tái)對(duì)人的支持力。由牛頓第二定律得：F+FN-Mg=Ma,故FN=M(a+g)-F=200N.由牛頓第三定律知，人對(duì)吊臺(tái)的壓力與吊臺(tái)對(duì)人的支持力大小相等，方向相反，因此人對(duì)吊臺(tái)的壓力大小為200N，方向豎直向下。合作探究四例1：解析：由題可知，臨界加速度a0=gcotθ=7.5m/s2，因?yàn)閙/s27.5m/s2則拉力FT=√(mg)2+(ma)2=N，斜面對(duì)小球的彈力為零例2、解析：把楔形木塊和放在其上相對(duì)靜止的物塊看成一個(gè)整體．它只受到四個(gè)力作用：重力（m+M）g，豎直向下；桌面對(duì)它的支持力N，豎直向上；水平向左的推力F；桌面對(duì)它的摩擦力f，水平向右．由牛頓定律和摩擦定律可得F－f=（m＋M）a，N－（m＋M）g=0，f＝μN(yùn)聯(lián)立解得F=μ（m＋M）g＋（m＋M）a再隔離m，根據(jù)其特殊要求（與M相對(duì)靜止，a相同）和受力情況確定m的加速度也就是整體的a．小物塊m的受力情況如圖．小物塊相對(duì)地面是沿水平向左運(yùn)動(dòng)，故有Nsinθ＝ma，Ncosθ=mg解得a=gtgθ代入①式得水平推力F=μ（m＋M）g＋（m＋M）gtgθ．說(shuō)明：（l）物體間相對(duì)靜止指的是物體間的相對(duì)速度和相對(duì)加速度均為零的狀態(tài)．（2）系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度相同，是整體法與隔離法的聯(lián)接點(diǎn)．當(dāng)堂檢測(cè):1、C2、【答案】C在抽出木板的瞬時(shí)，彈簧對(duì)1的支持力和對(duì)2的壓力并未改變。對(duì)1物體受重力和支持力，mg=F,a1=0.對(duì)2物體受重力和壓力，根據(jù)牛頓第二定律3、f=mgsinθcosθ4、2,5、解析：解法一:(1）設(shè)運(yùn)動(dòng)員受到繩向上的拉力為F，由于跨過(guò)定滑輪的兩段繩子拉力相等，吊椅受到繩的拉力也是F。對(duì)運(yùn)動(dòng)員和吊椅整體進(jìn)行受力分析如圖所示，則有：FFNm人FFNm人g（2）設(shè)吊椅對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力為FN，對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行受力分析如圖所示，則有：由牛頓第三定律，運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力也為275N解法二:設(shè)運(yùn)動(dòng)員和吊椅的質(zhì)量分別為M和m；運(yùn)動(dòng)員豎直向下