高中物理 第5章 力与运动本章整合课件 鲁科版必修1.ppt

本章整合BENZHANGZHENGHE,专题一,专题二,专题三,专题四,牛顿第二定律的瞬时性问题牛顿第二定律中合外力与加速度是瞬时对应关系,也就是说,加速度随外力瞬时变化,每一瞬时的加速度都与该瞬时物体受到的合外力相对应。通过分析某一瞬时物体的受力情况可以应用牛顿第二定律确定物体在该瞬时的加速度。应用牛顿第二定律解决瞬时加速度问题时应注意两种常见模型的不同,抓住模型的特点分析问题会事半功倍。1.轻质弹簧类模型:因弹簧的长度既可变长又可变短,且由于其形变量较大,产生形变或形变消失都有一个过程,因此弹簧上的弹力不能突变,在极短的时间内认为弹簧的弹力不变。但轻弹簧被剪断时其弹力立即消失。,专题一,专题二,专题三,专题四,2.轻质细绳模型:轻绳只能承受拉力且方向一定沿着绳子收缩的方向。由于绳子不可伸长,因此无论绳子所受拉力多大,长度不变,绳子的拉力可以发生突变,即瞬时产生、瞬时改变、瞬时消失。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题1】如图甲所示,一质量为50g的物块系于长度分别为L1、L2的两根细线上,L1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为37,L2水平拉直,物体处于平衡状态。现将L2线剪断,(1)求剪断瞬间细线L1的拉力和物体的加速度大小。(2)若将图甲中的细线L1改为长度相同、质量不计的轻弹簧,如图乙。求将L2线剪断瞬间物体的加速度大小。,专题一,专题二,专题三,专题四,解析:设L1线上拉力为T1,L2线上拉力为T2,重力为mg,物体在三力作用下保持平衡,有T1cos=mg,T1sin=T2,T2=mgtan。(1)剪断线的瞬间,T2突然消失,因为L2被剪断的瞬间,L1上的张力大小发生了变化。小球即将绕悬挂点向右下方向摆动,沿细线方向受力平衡,T1=mgcos=5010-3100.8N=0.4N,由mgsin=ma,物体的加速度a=gsin=6m/s2。,专题一,专题二,专题三,专题四,(2)L2被剪断的瞬间,弹簧L1的长度来不及发生变化,其大小和方向都不变。物体即在T2反方向获得加速度。因为mgtan=ma,所以加速度a=gtan=7.5m/s2,方向在T2反方向。答案:(1)6m/s2(2)7.5m/s2,专题一,专题二,专题三,专题四,变式训练1如图所示,物块1、2间用刚性轻质杆连接,物块3、4间用轻质弹簧相连,物块1、3质量为m,2、4质量为M,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4。重力加速度大小为g,则有()A.a1=a2=a3=a4=0B.a1=a2=a3=a4=g,专题一,专题二,专题三,专题四,解析:在抽出木板的瞬间,物块1、2与刚性轻杆接触处的形变立即消失,受到的合力均等于各自的重力,所以由牛顿第二定律知a1=a2=g;而物块3、4间轻弹簧的形变还来不及改变,此时弹簧对物块3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg,因此物块3满足mg=F,a3=0;由牛顿第二定律得物块4满足所以C正确。答案:C,专题一,专题二,专题三,专题四,牛顿运动定律中的临界极值问题1.在运用牛顿运动定律解动力学问题时,常常讨论相互作用的物体是否会发生相对滑动,相互接触的物体是否会发生分离等,这类问题就是临界问题。2.解决临界问题的关键是分析临界状态。例如两物体刚好要发生相对滑动时,接触面上必须出现最大静摩擦力;两个物体要发生分离,相互之间的作用力弹力必定为零。,专题一,专题二,专题三,专题四,3.解决临界问题的一般方法(1)极限法。题设中若出现“最大”“最小”“刚好”等这类词语时,一般就隐含着临界问题,解决这类问题时,常常是把物理问题(或物理过程)引向极端,进而使临界条件或临界点暴露出来,达到快速解决有关问题的目的。(2)假设法。有些物理问题在变化过程中可能会出现临界问题,也可能不出现临界问题,解答这类题,一般要用假设法。(3)数学推理法。根据分析的物理过程列出相应的数学表达式,然后由数学表达式讨论出临界条件。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题2】水平直轨道上运动的火车车厢内有一个倾角为37的光滑斜面,斜面上有一个质量为m=0.5kg的小球,用轻绳系在斜面的顶端,如图所示。在下列情况下,分别求出绳子的拉力大小和斜面对小球的支持力的大小。(sin37=0.6,cos37=0.8,g取10N/kg)(1)火车以加速度a1=8m/s2向右加速运动。(2)火车以加速度a2=15m/s2向右加速运动。,专题一,专题二,专题三,专题四,解析:当球对斜面的压力刚好为零时,小球受两个力,合力水平向右(如图甲所示)。F合=mgcot37=ma,则a=gcot37=10cot37m/s2=13.3m/s2。,专题一,专题二,专题三,专题四,则a=gcot37=10cot37m/s2=13.3m/s2。(1)a1=8m/s213.3m/s2,所以此时小球已离开斜面,小球受2个力的作用,合力水平向右(如图丙所示)。此时即拉力约为9N、支持力为0。答案:(1)6.2N1.6N(2)9N0,专题一,专题二,专题三,专题四,变式训练2一个质量为m的小球B,用两根等长的细绳1、2分别固定在车厢的A、C两点,如图所示,已知两绳拉直时,两绳与车厢前壁的夹角均为45。试求:(1)当车以加速度a1=g向左做匀加速直线运动时1、2两绳的拉力的大小;(2)当车以加速度a2=2g向左做匀加速直线运动时,1、2两绳的拉力的大小。,专题一,专题二,专题三,专题四,专题一,专题二,专题三,专题四,牛顿运动定律中的连接体问题1.解题方法(1)整体法:把整个系统作为一个研究对象来分析的方法。不必考虑系统的内力的影响,只考虑系统受到的外力,依据牛顿第二定律列方程求解。(2)隔离法:把系统中的各个部分(或某一部分)隔离,作为一个单独的研究对象来分析的方法。此时系统的内力就有可能成为该研究对象的外力,在分析时应加以注意。然后依据牛顿第二定律列方程求解。,专题一,专题二,专题三,专题四,2.选取原则(1)一般是先整体后隔离:在连接体内各物体具有相同的加速度,应先把连接体当作一个整体,分析整体受力,利用牛顿第二定律求出加速度。若求连接体内各物体间的相互作用,再把物体隔离,对该物体单独受力分析,再利用牛顿第二定律对该物体列式求解。(2)物体系统外力的问题,有的直接选取整体法求解,有的则先隔离后整体。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题3】如图所示,长度为l=0.5m、倾角为=37的斜面固定在离地面足够高的水平桌面上,质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳跨过轻滑轮连接,不计滑轮与转轴之间的摩擦,m1与斜面间的动摩擦因数=0.5。开始时,用手抓住m1放在斜面底端,m2悬空使绳子恰好拉直,松开手后,m1经历时间t=0.5s运动至斜面顶端。g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8。(1)求m2向下运动过程中的加速度大小;(2)两小物块的质量之比m1m2。,专题一,专题二,专题三,专题四,解析:(1)m2向下运动过程中m1和m2两个小物块具有大小相等的加速度,对于小物块m1根据运动学公式可得l=at2,代入数值解得a=4m/s2因此,m2向下运动过程中的加速度大小为4m/s2。(2)m1和m2两个小物块具有大小相等的加速度,可将两者看做一个整体,据牛顿第二定律得m2g-m1gcos37-m1gsin37=(m1+m2)a代入数值解得a=g,又因为a=4m/s2,代入a、g值得m1m2=37。答案:(1)4m/s2(2)37,专题一,专题二,专题三,专题四,变式训练3(多选)两个叠放在一起的滑块,置于倾角为的固定斜面上,如右图所示,滑块A、B的质量分别为M、m,A与斜面间的动摩擦因数为1,B与A间的动摩擦因数为2。已知两滑块从静止开始以相同的加速度沿斜面下滑,则滑块B受到的摩擦力()A.等于零B.方向沿斜面向上C.大小等于1mgcosD.大小等于2mgcos,专题一,专题二,专题三,专题四,解析:以B为研究对象,对其受力分析如下图所示,由于所求的摩擦力是未知力,可假设B受到A对它的摩擦力沿斜面向下。由牛顿第二定律得mgsin+fB=ma对A、B整体进行受力分析,可得(M+m)gsin-1(M+m)gcos=(M+m)a联立两式解得fB=-1mgcos式中负号表示fB的方向与假设的方向相反,即fB的方向沿斜面向上。故选项B、C正确。答案:BC,专题一,专题二,专题三,专题四,牛顿第二定律与图象的综合应用1.常见的图象有:v-t图象,a-t图象,F-t图象,F-a图象等。2.图象间的联系:加速度是联系v-t图象与F-t图象的桥梁。3.解决这类问题的基本步骤(1)看清坐标轴所表示的物理量,明确因变量(纵轴表示的量)与自变量(横轴表示的量)的制约关系。(2)看图线本身,识别两个相关量的变化趋势,从而分析具体的物理过程。(3)看交点,分清两个相关量的变化范围及给定的相关条件。明确图线与坐标轴的交点、图线斜率、图线与坐标轴围成的“面积”的物理意义。在看懂以上三个方面后,进一步弄清“图象与公式”“图象与图象”“图象与物体”之间的联系与变通,以便对有关的物理问题作出准确的判断。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题4】如图,质量为M的长木板,静止放在粗糙的水平地面上,有一个质量为m、可视为质点的物块,以某一水平初速度从左端冲上木板。从物块冲上木板到物块和木板都静止的过程中,物块和木板的v-t图象分别如图中的折线所示,根据v-t图象(g取10m/s2),求:(1)m与M间的动摩擦因数1及M与地面间的动摩擦因数2;(2)m与M的质量之比;(3)从物块冲上木板到物块和木板都静止的过程中,物块m、长木板M各自对地的位移。,专题一,专题二,专题三,