高中物理必修一牛頓第二定律整體法與隔離法

源動(dòng)力教育網(wǎng)1．質(zhì)量為m的物體，以一定的初速度沿傾角為α的斜面上滑，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.則物體上滑過(guò)程中加速度大小為()A．g(sinα－μcosα) B．g(sinα＋μcosα)C．gsinα D．gcosα【解析】對(duì)物體受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得mgsinα＋f＝maf＝μN(yùn)N＝mgcosα解得a＝g(sinα＋μcosα)X|k|B|1.c|O|m【答案】B2．如圖4－5－6所示，有一輛汽車滿載西瓜在水平路面上向左勻速前進(jìn)．突然發(fā)現(xiàn)意外情況，緊急剎車做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a，則中間一質(zhì)量為m的西瓜A受到其他西瓜對(duì)它的作用力的合力的大小和方向是()圖4－5－6A．ma，水平向左B．ma，水平向右C．meq\r(g2＋a2)，斜向右上方D．meq\r(g2＋a2)，斜向左上方【解析】先對(duì)汽車和西瓜整體受力分析，如圖所示．確定系統(tǒng)有水平向右的加速度a.然后對(duì)中間質(zhì)量為m的西瓜受力分析，如圖所示，則F＝eq\r(（mg）2＋（ma）2)＝meq\r(g2＋a2).方向斜向右上方，答案C正確．【答案】C3．用30N的水平外力F，拉一靜止在光滑的水平面上質(zhì)量為20kg的物體，力F作用3秒后消失，則第5秒末物體的速度和加速度分別是()A．v＝7.5m/s，a＝1.5m/s2B．v＝4.5m/s，a＝1.5m/s2C．v＝4.5m/s，a＝0D．v＝7.5m/s，a＝0【解析】前3秒物體由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：F＝ma，解得：a＝eq\f(F,m)＝eq\f(30,20)m/s2＝1.5m/s2，3秒末物體的速度為：vt＝at＝1.5×3m/s＝4.5m/s；3秒后，力F消失，由牛頓第二定律可知加速度立即為0，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以5秒末的速度仍是3秒末的速度，即4.5m/s，加速度為a＝0，故C正確．【答案】C4．如圖4－5－7所示，在傾角為α的固定光滑斜面上，有一用繩子拴著的長(zhǎng)木板，木板上站著一只貓．已知木板的質(zhì)量是貓的質(zhì)量的2倍．當(dāng)繩子突然斷開(kāi)時(shí)，貓立即沿著板向上跑，以保持其相對(duì)斜面的位置不變．則此時(shí)木板沿斜面下滑的加速度為()圖4－5－7A.eq\f(g,2)sinα B．gsinαC.eq\f(3,2)gsinα D．2gsinα【解析】當(dāng)繩子突然斷開(kāi)時(shí)，貓保持其相對(duì)斜面的位置不變，即相對(duì)地面位置不變，貓可視為靜止?fàn)顟B(tài)，木板沿斜面下滑，取貓和木板整體為研究對(duì)象，如圖所示進(jìn)行受力分析，設(shè)貓的質(zhì)量為m，由牛頓第二定律得3mgsinα＝2ma，a＝eq\f(3,2)gsinα，所以選項(xiàng)C正確．【答案】C5．(2012·徐州高一檢測(cè))如圖4－5－8所示，帶斜面的小車表9．(2012·廣東佛山高一檢測(cè))質(zhì)量為1kg的物體靜止在水平地面上，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2.作用在物體上的水平拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖4－5－12所示．則物體在前12s內(nèi)的位移為_(kāi)_______．(g取10m/s2)圖4－5－12【解析】物體所受的滑動(dòng)摩擦力Ff＝μmg＝2N，在前6s內(nèi)通過(guò)的位移x1＝eq\f(1,2)·eq\f(F－Ff,m)t2＝36m，6s末的速度v＝at＝12m/s；物體在6～10s內(nèi)的位移x2＝12×4m＝48m；物體在10～12s內(nèi)通過(guò)的位移x3＝vt－eq\f(1,2)a′t2＝(12×2－eq\f(1,2)×4×22)m＝16m.所以總位移x＝x1＋x2＋x3＝100m.【答案】100m10．不可伸長(zhǎng)的輕繩跨過(guò)質(zhì)量不計(jì)的滑輪，繩的一端系一質(zhì)量m1＝15kg的重物，重物靜止于地面上，有一質(zhì)量m2＝10kg的猴子從繩的另一端沿繩上爬，如圖4－5－13所示，不計(jì)滑輪摩擦，在重物不離開(kāi)地面的條件下，猴子向上爬的最大加速度為_(kāi)_______．(g取10m/s2)圖4－5－13【解析】本題的臨界條件為F＝m1g，以猴子為研究對(duì)象，其受向上的拉力F′和m2g，由牛頓第二定律可知，F(xiàn)′－m2g＝m2a，而F′＝F，故有F－m2g＝m2a，所以最大加速度為a＝5m/s2.【答案】5m/s211．民用航空客機(jī)的機(jī)艙除通常的艙門(mén)外還設(shè)有緊急出口，發(fā)生意外情況的飛機(jī)著陸后，打開(kāi)緊急出口的艙門(mén)，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)由氣囊組成的斜面，機(jī)艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上(如圖4－5－14)．若某型號(hào)的客機(jī)緊急出口離地面高度為4.0m，構(gòu)成斜面的氣囊長(zhǎng)度為5.0m．要求緊急疏散時(shí)，乘客從氣囊上由靜止下滑到達(dá)地面的時(shí)間不超過(guò)2.0s，(取g＝10m/s2)則：圖4－5－14(1)乘客在氣囊上下滑的加速度至少為多大？(2)氣囊和下滑乘客間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過(guò)多少？【解析】(1)氣囊組成斜面的示意圖如圖，h＝4.0m，L＝5.0m，t＝2.0s，斜面傾角為θ，則sinθ＝eq\f(h,L).設(shè)乘客沿氣囊下滑過(guò)程的加速度至少為a，由L＝eq\f(1,2)at2得a＝eq\f(2L,t2)，代入數(shù)值得a＝2.5m/s2.(2)乘客下滑過(guò)程中受力分析如圖所示，xKb1.Com沿x方向有：mgsinθ－Ff＝ma，沿y方向有：FN－mgcosθ＝0，又Ff＝μFN，聯(lián)立方程解得μ＝eq\f(gsinθ－a,gcosθ)≈0.92.【答案】(1)2.5m/s2(2)0.9212．如圖4－5－15所示，質(zhì)量為m的人站在自動(dòng)扶梯上，扶梯正以加速度a向上做減速運(yùn)動(dòng)，a與水平方向的夾角為α.求人受到的支持力和摩擦力．圖4－5－15【解析】在選用正交分解法解題時(shí)，可以分解力而不分解加速度．以人為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，因摩擦力F為待求，且必沿水平方向，設(shè)水平向右，為了不分解加速度a，建立圖示坐標(biāo)，并規(guī)定正方向．根據(jù)牛頓第二定律得x方向：mgsinα－FNsinα－Fcosα＝may方向：mgcosα－FNcosα＋Fsinα＝0由以上兩式可得FN＝m(g－asinα)，F(xiàn)＝－macosαF為負(fù)值，說(shuō)明摩擦力的實(shí)際方向與假設(shè)方向相反，為水平向左．【答案】m(g－asinα)方向豎直向上macosα水平向左【備課資源】(教師用書(shū)獨(dú)具)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍17世紀(jì)以來(lái)，以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)不斷發(fā)展，在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)上得到了極其廣泛的應(yīng)用，取得了巨大的成就．這一切不僅證明了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性，甚至使有些科學(xué)家認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)達(dá)到十分完善的地步，一切自然現(xiàn)象都可以由力學(xué)來(lái)加以說(shuō)明，過(guò)分地夸大了經(jīng)典力學(xué)的作用．但是，實(shí)踐表明，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和所有的物理定律一樣，只具有相對(duì)的真理性．1905年，著名的美籍德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦(1879－1955)提出了研究勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)體系的狹義相對(duì)論，引起了物理學(xué)的一場(chǎng)巨大革命．他指出，經(jīng)典力學(xué)中的絕對(duì)時(shí)空觀并不是直接從觀察和實(shí)驗(yàn)中得出的．實(shí)際上時(shí)間、空間和觀察者是相對(duì)的．根據(jù)相對(duì)論原理，物體的質(zhì)量也不是恒定不變的，而是隨著物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而變化.1916年愛(ài)因斯坦又發(fā)表了研究加速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的廣義相對(duì)論．運(yùn)用這些理論所得出的結(jié)論和實(shí)驗(yàn)觀察基本一致．這表明：對(duì)于接近光速的高速運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，經(jīng)典力學(xué)已不再適用，必須由相對(duì)論力學(xué)來(lái)研究．經(jīng)典力學(xué)可以看做是相對(duì)論力學(xué)在運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)的特例．從20世紀(jì)初以來(lái)，原子物理學(xué)發(fā)展很快，發(fā)現(xiàn)許多新的物理現(xiàn)象(如光子、電子、質(zhì)子等微觀粒子的波粒二象性)無(wú)法用經(jīng)典力學(xué)來(lái)說(shuō)明．后來(lái)，在普朗克(