教案动力学连接体问题PPT课件.ppt

二 连接体问题的常见情景 1 按连接的形式分类 a 依靠绳子 橡皮绳或弹簧的弹力相连接 1 b 依靠接触面的相互的挤压 压力 相联系 2 c 依靠摩擦相联系 叠加体 提醒 实际中的连接体 可能是上述三种典型方式的某种组合 3 a 有共同加速度的连接体问题 2 按连接体中各物体的运动分类 b 有不同加速度的连接体问题 一个静止一个有加速度 两个均加速 但加速度不等 基本方法 整体法求加速度 再隔离分析 基本方法 隔离分析 找加速度之间的关系 连接体中相互作用的物体间的作用力始终大小相等 方向相反 4 三 连接体问题的分析方法 隔离法 将各个物体隔离出来 分别对各个物体根据牛顿定律列式 并要注意标明各物体的加速度方向 找到各物体之间的速度制约关系 整体法 若连结体内 即系统内 各物体的加速度相同 又不需要系统内各物体间的相互作用力时 可取系统作为一个整体来研究 5 整体法与隔离法灵活交替使用 1 若连接体内各物体具有相同的加速度时 应先把连接体当成一个整体列式 2 如要求连接体内物体相互作用的内力 则把物体隔离 对单个物体根据牛顿定律列式 6 题型一 有共同加速度的连接体问题 例1如图所示 质量分别为m M的物体用细线连接 放在倾角为 的斜面上 物体与斜面间动摩擦因数都为 用平行于斜面向上的力拉两个物体一起向上加速运动 求中间绳的张力 7 变形题如图所示 置于水平面上的相同材料的m和M用轻绳连接 在M上施一水平力F 恒力 使两物体作匀加速直线运动 对两物体间细绳拉力正确的说法是 A 水平面光滑时 绳拉力等于mF M m B 水平面不光滑时 绳拉力等于mF M m C 水平面不光滑时 绳拉力大于mF M m D 水平面不光滑时 绳拉力小于mF M m AB 规律 T的大小与运动情况无关 T的大小与 无关 8 变形题质量分别为m1 m2的A B两物体用一轻质弹簧连接在一起 在水平拉力F1 F2作用下 在光滑水平面上以相同的加速度a向左运动 求弹簧的弹力 解析 A B两物体的加速度相同 运动状态完全一样 可作为一个整体 应用牛顿第二定律求出其加速度 再对A或B应用牛顿第二定律 求出弹簧的弹力 9 变形题光滑的水平面上有质量分别为m1 m2的两物体静止靠在一起 如图 现对m1施加一个大小为F方向向右的推力作用 求此时物体m2受到物体m1的作用力F1 解法一 分别以m1 m2为隔离体作受力分析 对m1有 F F1 m1a 1 对m2有 F1 m2a 2 联立 1 2 可得 F1 10 解法二 对m1 m2视为整体作受力分析 有 F m1 m2 a 1 对m2作受力分析 联立 1 2 可得 F1 有 F1 m2a 2 11 粗糙时 求m1对m2的作用力大小 思考用水平推力F向左推m2 则m1 m2间的作用力与原来相同吗 对m2受力分析 12 A B C D 练习四个相同的木块并排放在光滑的水平地面上 当用力F推A使它们共同加速运动时 A对B的作用力是多少 练习在上题中 如果共有6块相同的物块置于光滑地面 请计算第2块对第3块的作用力 13 例2质量为M 倾角为 的斜面体静止在水平桌面上 与桌面的动摩擦因素为 质量为m的物块置于斜面上 物块与斜面的接触是光滑的 为了保持物块相对斜面静止 用一水平力F推斜面体 如图所示 此水平力的大小等于多少 物块受力如图示 物块相对斜面静止 只能有向左的加速度a 所以合力一定向左 由牛顿定律得 mgtan ma 解 整体受力如图示 F f m M a FN2 m M g 0 f FN2 m M g 代入得F f m M a m M g tan 所以a gtan 14 思考质量为M的斜面放置于水平面上 其上有质量为m的小物块 各接触面均无摩擦力 将水平力F加在M上 要求m与M不发生相对滑动 力F应为多大 解 以m为对象 其受力如图 由图可得 15 例3如图 两个叠放在一起的滑块 置于固定的 倾角为 的斜面上 滑块A B的质量分别为M m A与斜面间动摩擦因数为 1 B与A之间动摩擦因数为 2 已知两滑块是从静止开始以相同的加速度从斜面滑下 则滑块B受到的摩擦力多大 方向如何 解 根据牛顿第二定律求出AB整体的加速度 联立 式解出滑块B受到的摩擦力大小 摩擦力的方向平行于斜面向上 设滑块受到的摩擦力的方向平行于斜面向上 在弹力和摩擦力的方向不明确时 可用假设法去分析 16 例4物体B放在物体A上 A B的上下表面均与斜面平行 如图 当两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面C向上做匀减速运动时 A A受到B的摩擦力沿斜面方向向上B A受到B的摩擦力沿斜面方向向下C A B之间的摩擦力为零D A B之间是否存在摩擦力取决于A B表面的性质 C 解 对A B整体 由牛顿第二定律得 A B C 假设B受摩擦力如图所示 则对B 由牛顿第二定律得 17 例5如图所示 倾角为 的斜面固定不动 斜面上叠放着质量分别为M和m的A B两个物体 已知A物体与斜面之间的动摩擦因数为 tan 今用与斜面平行向下的恒力F推物体A 使两个物体一起沿斜面向下做匀加速运动 且它们之间无相对滑动 则A B之间的摩擦力多大 解 对整体 根据牛顿第二定律 联立 式解出滑块B受到的摩擦力大小 摩擦力可能平行于斜面向上 可能向下 还可能为零 设物体B受到的摩擦力的方向平行于斜面向上 18 思考物体B放在物体A上 A B的上下表面均与斜面平行 如图 当两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面C向上做匀减速运动时 A A受到B的摩擦力沿斜面方向向上B A受到B的摩擦力沿斜面方向向下C A B之间的摩擦力为零D A B之间是否存在摩擦力取决于A B表面的性质 C 解 对A B整体 由牛顿第二定律得 A B C 假设B受摩擦力如图所示 则对B 由牛顿第二定律得 19 例6物体M N紧靠着置于摩擦因数为 的斜面上 斜面的倾角 现施一水平力F作用于M M N共同加速沿斜面向上运动 求它们之间的作用力大小 解 对整体 根据牛顿第二定律 对物体m 根据牛顿第二定律 联立 式解出两物体之间的作用力 20 例7如图所示 弹簧秤外壳质量为m0 弹簧及挂钩的质量忽略不计 挂钩吊着一重物质量为m 现用一方向竖直向上的外力F拉着弹簧秤 使其向上做匀加速运动 则弹簧秤的读数为 A mgB C D D 21 例8如图所示 质量为M和m的物体 用一根轻绳连接 跨过定滑轮 由静止释放 求轻绳中的拉力和两物体的加速度分别为多大 22 思考如图m1 m2 滑轮质量和摩擦不计 则当将两物体由静止释放后 弹簧秤的读数是多少 24 思考在气垫导轨上用不可伸缩的细绳 一端系在质量为m1的滑块上 另一端系在质量为m2的钩码上 如图所示 设导轨与滑块之间 细绳与滑轮之间无摩擦 求滑块的加速度以及细绳的拉力 25 例10如图所示 所有接触面均光滑 1 系统能否静止 2 要使三个物体没有相对滑动 可以在大木块上加一水平力F 如何加 多大 不能 26 例11如图所示 在光滑的地面上 水平外力F拉动小车和木块一起做加速运动 小车质量为M 木块质量为m 设加速度大小为a 木块和小车之间的动摩擦因数为 则在这个过程中 木块受到的摩擦力大小是 a F A mg B ma C mF M m D F Ma 27 练习光滑水平地面上叠放着两个物体A B 质量分别为mA 2 0kg mB 4 0kg A与B间的动摩擦因数 0 25 A物体在大小为F 12N的水平力作用下 从静止开始运动 求 B物体所受摩擦力多大 F多大时B将相对A滑动 g 10m s2 思考 若水平力F作用在B物体上 要使两物体分离 F要多大 解析 B物体的加速度由什么力产生 若A B两物体不相对滑动 应满足什么条件 28 当连接体内各物体的加速度不相同时 一般情况下采用隔离法 但也可以用整体法 可以使一些问题大大简化 Fx m1a1x m2a2x mnanxFy m1a1y m2a2y mnany 规律 运用此法时 要分析系统所受到的外力 分析系统内各物体的加速度大小和方向 建立直角坐标 分解力与各物体的加速度 若系统内有几个物体 这几个物体的质量分别为m1 m2 m3 这个系统受到的合外力为F合 则这系统的牛顿第二定律为 其正交分解法的表示式为 题型二 有不同加速度的连接体问题 29 例1如图所示 一根质量为M的长木杆一端拴着竖直悬杆 杆上有一只质量为m的小猴 某时刻突然绳断了 在杆开始下落时小猴同时开始沿杆向上爬 在下面两种情况下求杆下落的加速度 1 小猴相对于地面静止 2 当杆匀加速下落2米时小猴匀加速下落1米 30 例2如图 有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上 木板质量为M 4kg 长为L 1 4m 木板右端放着一小滑块 小滑块质量为m 1kg 小滑块与木板间的动摩擦因数为0 4 g 10m s2 1 现用恒力F作用在木板M上 为使得能从M上面滑落下来 求F大小的范围 设fm f滑 2 其他条件不变 若恒力F 22 8N 且始终作用在M上 使m最终从M上面滑落下来 求m在M上滑动的时间 点评 若两个物体加速度不同 应采用隔离法对物体进行受力分析 依据牛顿第二定律列方程求加速度 再根据位移关系列方程求解 31 例3如图 倾角为 的固定光滑斜面上 用绳子拴着一长木板 木板上站着小孩 已知木板的质量是小孩质量的2倍 当绳子突然断开时 小孩立即沿着木板向上跑 以保持其相对斜面的位置不变 则此时木板沿斜面下滑的加速度为多大 解 人处于平衡状态 木板匀加速下滑 联立 式解出木板沿斜面下滑的加速度 32 例4接触面均光滑 问 1 要使m相对M静止 则作用在M上的水平力F为多大 方向 此时斜面体对m的支持力为多大 2 要使m做自由落体运动 则水平作用力又该如何加 多大 33 例5一只质量为m的小猫 跳起来抓住悬在天花板上质量为M的竖直木杆 当小猫抓住木杆的瞬间 悬木杆的绳断了 设木杆足够长 由于小猫不断地向上爬 可使小猫离地高度始终不变 则木杆下落的加速度是多少 解 把杆和猫视为整体 线断后合外力为 M m g 小猫离地高度不变 它对地加速度为a1 0 设杆的加速度为a2 对系统列牛顿第二定律表达式 34 例6如图 在台秤的托盘上放一底面粗糙 倾角为 斜面体 质量为m的物体 如果斜面光滑 求物体从斜面上下滑过程中 台秤的读数 解 物体实际加速度方向沿斜面向下 将加速度分解到竖直方向和水平方向 整体分析系统 拓展 台秤托盘对斜面体的摩擦力大小和方向 水平向左 因ay竖直向下 故物体失重 35 例7如右图所示 滑杆和底座的质量为M 一质量为m的猴子沿杆以0 4g的加速度加速下滑 此时底座对地面的压力为 A Mg 0 4mg B Mg 0 6mg C M m g D Mg B 解析一 隔离法 设猴子与杆之间的摩擦力为Ff 对猴子则有 mg Ff ma对滑杆和底座则有Mg Ff N 解得FN Mg 0 6mg 解析二 整体法 整体运用牛顿运动定律得 M m g FN ma解得FN M m g ma Mg 0 6mg 36 例8如图所示 底座A上装有一根足够长的直立长杆 其总质量为M 杆上套有质量为m的圆环B 它与杆有摩擦 当圆环以初速度V0向上飞起时 圆环的加速度为a 底座不动 1 定性分析环在上升和下降过程中 A对地面的压力与整体的重力相比较谁大 2 分别计算在整个过程中 水平面对底座的支持力多大 设摩擦力不变 解 1 环不论上升还是下降 环都有向下的加速度 故整体上有失重的现象 所以A对地面的压力小于整体的重力 2 N M m g ma a 37 例9如图所示 质量M 60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m 20kg的物体 当物体以加速度a 5m s2上升时 人对地面的压力为多少 38 练习一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮 一端挂一吊椅 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住 如图所示 设运动员的质量为65kg 吊椅的质量为15kg 不计定滑轮与绳子间的摩擦 重力加速度取g 10m s2 当运动员与吊椅一起正以加速度a 1m s2上升时 求 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 39 解析 设运动员和吊椅的质量分别为M和m 绳拉运动员的力为F 以运动员和吊椅整体为研究对象 受到重力的大小为 M m g 向上的拉力为2F 根据牛顿第二定律2F M m g M m aF 440N根据牛顿第三定律 运动员拉绳的力大小为440N 方向竖直向下 2 以运动员为研究对象 运动员受到三个力的作用 重力大小 Mg 绳的拉力F 吊椅对运动员的支持力FN 根据牛顿第二定律 F FN Mg MaFN 275N根据牛顿第三定律 运动员对吊椅的压力大小为275N 方向竖直向下 40 设运动员和吊椅的质量分别为M和m 运动员竖直向下的拉力大小为F 对吊椅的压力大小为FN 根据牛顿第三定律 绳对运动员的拉力大小为F 吊椅对运动员的支持力大小为FN 分别以运动员和吊椅为研究对象 根据牛顿第二定律 F FN Mg Ma F FN mg ma 由 解得F 440N FN 275N 41 练习如图所示 质量为M的长平板车放在光滑的倾角为 的斜面上 车上站着一质量为m的人 若要平板车静止在