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牛顿第二定律的应用(二)

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力F的最大值:F大=M(g+a)=168N

四、利用图象求解动力学与运动学的题目

图象在中学物理解题中应用十分广泛,这是因为它具有以下优点: ①能形象地表达物理规律; ②能直观地描述物理过程;

③能鲜明地表示物理量之间的依赖关系。

因此,理解图象的意义,自觉地运用图象分析物理规律是十分必要的。 在理解图象所表示的物理规律时要注意:

(1)看清坐标轴所表示的物理量及单位,并注意坐标原点是否从零开始。

(2)图象上每一点都对应着两个数,沿图象上各点移动,反映着一个量随另一量变化的函数关系。因此,图象都应该与一个代数方程相对应。

(3)图象上任一点的斜率,反映了该点处一个量随另一个量变化的快慢(变化率),如s—t图象中的斜率为速度,v—t图象中的斜率为加速度。

(4)一般图象与它对应的横轴(或纵轴)之间的面积,往往也能代表一个物理量,如v—t图象中,曲线与t轴所夹的面积代表位移。

例7、放在水平地面上的一物块,受到方向不变的水平推力的作用,F的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系,如图甲、乙所示。取重力加速度g=10m/s2。由此两图线可以求得物块的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数μ分别为 ( )

A、m=0.5kg,μ=0.4 B、m=1.5kg,μ= C、m=0.5kg,μ=0.2 D、m=1kg,μ=0.2 解析:由v-t图可知在0~2s 静止,2~4s是以初速度为0,加速度a=2m/s2做匀加速运动,4~6s内以v=4m/s做匀速直线运动,结合F-t图像可分析得出:μmg=2N,ma=3N-2N,解得m=0.5kg,μ=0.4。 答案选A。

五、程序法解题

程序法:按时间的先后顺序对题目给出的物体运动过程(或不同的状态)进行分析(包括列式计算)的解题方法可称为程序法,程序法解题的基本思路是:

(1)划分出题目中有多少个不同的过程或多少个不同的状态。 (2)对各个过程或各个状态进行具体分析,得出正确的结果。

(3)前一个过程的结束就是后一个过程的开始,两个过程的交接点是问题的关键。

例8:如下图所示,一根轻质弹簧上端固定,下挂一质量为m0的平盘,盘中有物体质量为m,当盘静止时,弹簧伸长了l,现向下拉盘使弹簧再伸长Δl后停止,然后松开放开,设弹簧总处在弹性限度内,则刚松开手时盘对物体的支持力等于:

A、(1+ B、(1+)mg C、 D、 答案:B。

解析: 题目描述主要有两个状态:(1)未用手拉时盘处于静止状态;(2)松手时盘处于向上加速状态,对于这两个状态,分析即可: 当弹簧伸长l静止时,对整体有 ① 当刚松手时,对整体有:

对m有:F-mg=ma ③ 对①、②、③解得:

说明:在求解物体系从一种运动过程(或状态)变化到另—种运动过程(或状态)的力学问题(称之为“程序题 ”)时,通常用“程序法”求解。要求我们从读题开始,就要注意到题中能划分多少个不同的过程或多少个不同的状态,然后对各个过程或各个状态进行分析(称之为“程序分析”),最后逐一列式求解得到结论。“程序法”是一种重要的基本解题方法,我们在“程序分析 ” 的基础上,通过比较各个过程(或状态)下力产生的效果,然后,从力的效果出发分步列方程,这样解题往往简化了数学列式和数学运算,使问题得到了巧解。

六、用假设法分析物体的受力

方法1:首先假定某力不存在,查看物体会发生怎样的运动,然后再确定此力应在什么方向,物体才会产生题目给定的运动状态。 方法2:假定此力沿某一方向,用运动规律进行验算,若算得正值,说明此力与假定的方向相同,否则相反。

方法3:在力的作用线上定出坐标轴的正方向将此力用正号运算,若求得是正值,说明此力与坐标轴同向,否则相反。

例9、两个叠在一起的滑块,置于固定的、倾角为θ的斜面上,如下图所示,滑块A、B质量分别为M、m,A与斜面间的动摩擦因数为μ1,B与A之间的动摩擦因数为μ2,已知两滑块都从静止

开始以相同的加速度从斜面滑下,滑块B受到的摩擦力 ( )

A、等于零 B、方向沿斜面向上 C、大于等于μ1mgcosθ D、大于等于μ2mgcosθ

解析:把A、B两滑块作为一个整体,设其下滑加速度为a ,由牛顿第二定律: (M+m)gsinθ-μ1(M+m)gcosθ=(M+m)a 得a =g(gsinθ-μ1cosθ)

由于a<gsinθ,可见B随A一起下滑过程中,必须受到A对它沿斜面向上的摩擦力,设摩擦力为FB(如图所示),由牛顿第二定律:mgsinθ-FB=ma

得FB=mgsinθ-ma=mgsinθ-mg(sinθ-μ1cosθ)=μ1mgcosθ 答案:B、C

说明:由于所求的摩擦力是未知力,如果不从加速度大小比较先判定其方向,也可任意假设,若设B受到A对它的摩擦力沿斜面向下,则牛顿第二定律的表达式为:mgsinθ+FB=ma得FB=ma-mgsinθ=mg(sinθ-μ1cosθ)-mgsinθ=-μ1mgcosθ,大小仍为μ1mgcosθ。 式中负号表示FB的方向与规定的正方向相反,即沿斜面向上。

例10、如图所示,传送带与水平面夹角θ=37°,并以v=10m/s的速度运行,在传送带的A端轻轻地放一小物体,若已知传送带与物体之间的动摩擦因数μ=0.5,传送带A到B端的距离s=16m,则小物体从A端运动到B端所需的时间可能是(g=10m/s2) ( ) A、1.8s B、2.0s C、2.1s D、4. 0s

解析:若传送带顺时针转动,物体受向上的摩擦力,因mgsinθ>μmgcosθ,故物块向下加速运动,a=gsinθ-μgcosθ=2m/s2。由

,解得:t=4.0s。即,小物体从A端运动到B端所需的时

间为4.0s,所以,D正确。

若传送带逆时针转动,物体开始受向下的摩擦力,向下加速运动,a1=gsinθ+μgcosθ=10m/s2,

当速度达到l0m/s时,运动位移

,所用的时间为,t1=

,以后由于下滑力的作用物

块又受向上的摩擦力,此时它的加速度为a2=2m/s2,在此加速度下运动的位移 s2=s-s1=11m,又由

得11=10t2+t22,解得t2=1s。所以,小物体从A端运动到B端所需的时间:t总=t1

+t2=2s,B正确。 答案:B、D。

【巩固练习】

1、如图所示,在两根轻质弹簧a、b之间系住一小球,弹簧的另外两端分别固定在地面和天花板上同一竖直线上的两点,等小球静止后,突然撤去弹簧a,则在撤去弹簧后的瞬间,小球加速度的大小为2.5m/s2,若突然撤去弹簧b,则在撒去弹簧后的瞬间,小球加速度的大小可能为 ( )

A、7.5m/s2,方向竖直向下 B、7.5 m/s2,方向竖直向上 C、12.5 m/s2,方向竖直向下 D、12.5 m/s2,方向竖直向上

2、质点所受的力F随时间变化的规律如图所示,力的方向始终在一直线上,已知t=0时质点的速度为零,在图所示的t1、t2、t3和t4各时刻中,哪一时刻质点的速率最大 ( )

A、t1 B、t2 C、t3 D、t4

3、在光滑的水平面上,有一个物体同时受到两个水平力F1和F2作用,在第1s内保持静止。若两个力F1和F2随时间变化如图示,则下列说法正确的是 ( )

A、在第2s内,物体做匀加速运动,加速度的大小恒定,速度均匀增大 B、在第3s内,物体做变加速运动,加速度均匀减小,速度逐渐减小 C、在第5s内,物体做变加速运动,加速度均匀减小,速度逐渐增大 D、在第5s末,物体的加速度与速度均为零

4、放在水平光滑平面上的物体A和B,质量分别为M和m,水平恒力F作用在A上,A、B间的作用力为F1;水平恒力F作用在B上,A、B间作用为F2,则 ( ) A、F1+F2=F B、F1=F2 C、

D、

5、重物A和小车B的重力分别为GA和GB,用跨过定滑轮的细线将它们连接起来,如图所示,已知GA>GB,不计一切摩擦。则细线对小车B的拉力T的大小是 ( )

A、T=GA B、GA>T C、GA<T D、当GB>>GA时,T约等于GA

牛顿第二定律的应用(二)

力F的最大值:F大=M(g+a)=168N四、利用图象求解动力学与运动学的题目图象在中学物理解题中应用十分广泛,这是因为它具有以下优点:①能形象地表达物理规律;②能直观地描述物理过程;③能鲜明地表示物理量之间的依赖关系。因此,理解图象的意义,自觉地运用图象分析物理规律是十分必要的。
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