高一物理寒假家庭作业2-专题练习.doc

物理寒假家庭作业2专题练习一、牛顿第二定律的瞬时性问题 1.对牛顿第二定律的瞬时性理解物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系，每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力若合外力的大小或方向改变，加速度的大小或方向也立即(同时)改变；或合外力变为零，加速度也立即变为零；如果物体的合外力发生突变，则对应加速度也发生突变.2.物体所受合外力能否突变的决定因素物体所受合外力能否发生突变，决定于施力物体的性质，具体可以简化为以下几种模型：(1)钢性绳(或接触面)认为是一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，若剪断(或脱离)后，其中弹力立即消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给细线和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理(2)弹簧(或橡皮绳)此种物体的特点是形变量大两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳)，其形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成不变3.与弹簧相关的瞬时问题常见情景图例练习11.如图所示，将质量均为m的小球A、B用绳(不可伸长)和弹簧(轻质)连结后，悬挂在天花板上若分别剪断绳上的P处或剪断弹簧上的Q处，下列对A、B加速度的判断正确的是()A.剪断P处瞬间，A的加速度为零，B的加速度为gB.剪断P处瞬间，A的加速度为2g，B的加速度为零C.剪断Q处瞬间，A的加速度为零，B的加速度为零D.剪断Q处瞬间，A的加速度为2g，B的加速度为g2.如图所示，吊篮P悬挂在天花板上，与吊篮质量相等的物体Q被固定在吊篮中的两轻弹簧系住，当悬挂吊篮的细绳烧断的瞬间，吊篮P和物体Q的加速度大小分别是()AaPg、aQ2gBaP2g、aQgCaPg、aQ0DaP2g、aQ03.质量均为m的A、B两个小球之间系一个质量不计的弹簧，放在光滑的台面上A紧靠墙壁，如图所示，今用恒力F将B球向左挤压弹簧，达到平衡时，突然将力撤去，此瞬间()AA球的加速度为F/(2m) BA球的加速度为零CB球的加速度为F/(2m) DB球的加速度为F/m4. 如图所示，在光滑的水平面上，质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连，在拉力F作用下，以加速度a做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F，此瞬时A和B的加速度为a1和a2，则()Aa1a20 Ba1a，a20Ca1a，a2aDa1a，a2a5如图所示，两个质量分别为m11 kg、m24 kg的物体置于光滑的水平面上，中间用轻质弹簧秤连接两个大小分别为F130 N、F220 N的水平拉力分别作用在m1、m2上，则达到稳定状态后，下列说法正确的是()A弹簧秤的示数是25 NB弹簧秤的示数是50 NC在突然撤去F2的瞬间，m2的加速度大小为7 m/s2D在突然撤去F1的瞬间，m1的加速度大小为13 m/s2二、涉及传送带的动力学问题 传送带问题为高中动力学问题中的难点，主要表现在两方面：其一，传送带问题往往存在多种可能结论的判定，即需要分析确定到底哪一种可能情况会发生；其二，决定因素多，包括滑块与传送带动摩擦因数大小、斜面倾角、滑块初速度、传送带速度、传送方向、滑块初速度方向等这就需要考生对传送带问题能做出准确的动力学过程分析下面是最常见的几种传送带问题模型，供同学们参考1.水平传送带动力学问题图解2.倾斜传送带动力学问题图解练习1.如图所示，传送带与地面的倾角37，从A到B的长度为16 m，传送带以v010 m/s的速度逆时针转动在传送带上端无初速放一个质量为0.5 kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数0.5，求物体从A运动到B所需的时间是多少？(sin370.6，cos370.8，g取10 m/s2)2. 上例中，(1)若物体在传送带上可以留下划痕，求划痕的长度(2)若传送带顺时针转动，则物体从A运动到B所需的时间又是多少？3.如图示，传送带的水平部分ab2 m，斜面部分bc4 m，bc与水平面的夹角37.一个小物体A与传送带的动摩擦因数0.25，传送带沿图示的方向运动，速率v2 m/s.若把物体A轻放到a处，它将被传送带送到c点，且物体A不会脱离传送带求物体A从a点被传送到c点所用的时间(已知：sin370.6，cos370.8，g10 m/s2)4.如图所示为某钢铁厂的钢锭传送装置，斜坡长为L20 m，高为h2 m，斜坡上紧排着一排滚筒长为l8 m、质量为m1103 kg的钢锭ab放在滚筒上，钢锭与滚筒间的动摩擦因数为0.3，工作时由电动机带动所有滚筒顺时针匀速转动，使钢锭沿斜坡向上移动，滚筒边缘的线速度均为v4 m/s.假设关闭电动机的瞬时所有滚筒立即停止转动，钢锭对滚筒的总压力近似等于钢锭的重力取当地的重力加速度g10 m/s2.试求： (1)钢锭从坡底(如上图示位置)由静止开始运动，直到b端到达坡顶所需的最短时间；(2)钢锭从坡底(如上图示位置)由静止开始运动，直到b端到达坡顶的过程中电动机至少要工作多长时间？三、多研究对象系统的动力学问题 对涉及多个研究对象的动力学问题的分析，尤其是对于由两个或两个以上有一定联系的物体构成的系统的动力学问题，要特别注意合理选取研究对象常用的方法有整体法和隔离法，这两种方法在学习平衡问题时均已用到(1)整体法是将一组连接体作为一个整体看待，牛顿第二定律F合ma中，F合是整体受的合外力，只分析整体所受的外力即可(连接体的相互作用力属内力，可不分析)，简化了受力分析(2)隔离法在求解连接体的相互作用力时采用，将某个部分从连接体中分离出来，其他部分对它的作用力则作为外力出现温馨提示：隔离法与整体法不是相互对立的，一般问题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法交叉运用，相辅相成练习：1.如图所示，物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上A、B质量分别为6.0 kg和2.0 kg，A、B之间的动摩擦因数为0.2.在物体A上施加水平方向的拉力F，开始时F10 N，此后逐渐增大，在增大到45 N的过程中，以下判断正确的是()A.两物体间始终没有相对运动 B.两物体间从受力开始就有相对运动C.当拉力F12 N时，两物体均保持静止状态D.两物体开始没有相对运动，当F18 N时，开始相对滑动2. 如图所示，质量为m10 kg的两个相同的物块A、B(它们之间用轻绳相连)放在水平地面上，在方向与水平面成37角斜向上、大小为100 N的拉力F作用下，以大小为v4.0 m/s的速度向右做匀速直线运动，求剪断轻绳后物块A在水平地面上滑行的距离(取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8)3.如图所示，车厢在运动过程中所受阻力恒为f，当车厢以某一加速度a向右加速时，在车厢的后壁上相对车厢静止着一物体m，物体与车厢壁之间的动摩擦因数为，设车厢的质量为M，则车厢内发动机的牵引力至少为多少时，物体在车厢壁上才不会滑下来？四、复杂的动力学问题首先，动力学问题的复杂性体现在两个方面，一是研究对象的复杂性，即研究对象众多，二是研究过程的复杂性，即运动过程众多一般分为三种情况，即单研究对象的多过程问题、多研究对象的单过程问题、多研究对象的多过程问题其次，动力学问题的复杂性体现在受力环境的复杂性上再次，只要过程多就存在运动过程的临界情况，只要研究对象多，就存在两物体之间接触或运动关系的临界，也会造成难点突破运动过程的复杂性，主要是要依据“程序法”处理问题：(1)将题目涉及的物理问题合理地分解为几个彼此相对独立、又相互联系的过程(2)对各个物理过程进行受力分析及运动状态分析(3)再根据各个过程遵从的物理规律逐个建立方程(4)最后通过各过程把相关联的物理量联系起来单物体多过程问题【例题】航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m2 kg，动力系统提供的恒定升力F28 N试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10 m/s2.(1)第一次试飞，飞行器飞行t18 s时到达高度H64 m求飞行器所受阻力f的大小(2)第二次试飞，飞行器飞行t26 s时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力求飞行器能达到的最大高度h.(3)为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3.多物体相互作用问题【例题】在地面上方足够高的地方，存在一个高度d0.30 m的“相互作用区域”(图中划有虚线的部分)一小圆环A套在一条均匀直杆B上，A和B的质量均为m，开始时A处于B的最下端，B竖直放置A距“相互作用区域”的高度h0.20 m，让A和B一起由静止开始下落，它们之间的滑动摩擦力Ff0.5mg.当A进入“相互作用区域”时，A受到方向向上的恒力F作用，F2mg，“相互作用区域”对杆B不产生作用力不计空气阻力，取重力加速度g10 m/s2.(1)求杆B刚离开“相互作用区域”时的速度(2)假如杆B着地前A和B的速度相同，求这一速度的大小(设杆B在下落过程中始终保持竖直且足够长)练习：1.如图所示，小车上有一竖直杆，小车和杆的总质量为M，杆上套有一块质量为m的木块，杆与木块间的动摩擦因数为，小车静止时木块可沿杆自由滑下问：必须对小车施加多大的水平力让车在光滑水平面上运动时，木块才能匀速下滑2.科研人员乘气球进行科学考察气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg.气球在空中停留一段时间后，发现气球漏气而下降，及时堵住堵住时气球下降速度为1 m/s，且做匀加速运动，4 s内下降了12 m为使气球安全着陆，向舱外缓慢抛出一定的压舱物此后发现气球做匀减速运动，下降速度在5分钟内减少3 m/s.若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略，重力加速度g9.89 m/s2，求抛掉的压舱物的质量3. 如图所示，长L1.6 m，质量M3 kg的木板静放在光滑水平面上，质量m1 kg的小物块放在木板的右端，木板和物块间的动摩擦因数0.1.现对木板施加一水平向右的拉力F，取g10 m/s2，求：(1)使物块不掉下去的最大拉力F；(2)如果拉力F10 N恒定不变，小物块所能获得的最大速度五、临界值问题 1.特点：连接着两种或多种情况，是物体运动变化过程中的一个临界点或衔接点，此时隐含着一些关键量2.方法（1）极限法：在题目中如出现“最大”“最小”“刚好”等词语时一般隐含着临界问题处理这类问题时，可把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界状态暴露出来（2）假设法：有些物理过程中没有明显的临界问题的线索，但在变化过程中有可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答这类问题一般用假设法3常见情况：当两个物体将要分离或刚要接触时，N0，即为临界点，另外静摩擦力f静0时是力的方向变化的临界点刚好发生相对滑动的临界问题【例题】如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m、2m的A、B两个物体，A、B间的最大静摩擦力为mg，现用水平拉力F拉B，使A、B以同一加速度运动，则拉力F的最大值为()AmgB2mgC3mgD4mg刚好脱离的临界问题【例题】如图所示，质量为m10 kg的小球挂在倾角37质量为M40 kg的光滑斜面的固定铁杆上，当斜面和小球以a10.5g的加速度向右匀加速运动时，小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多少？当斜面和小球都以a2g的加速度向右匀加速运动时，小球对绳的拉力和对斜面的压力又分别是多少？(取g10 m/s2)练习： 1.如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m、2m和3m的三个木块，其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸长的轻绳相连，轻绳能承受的最大拉力为T.现用水平拉力F拉质量为3m的木块，使三个木块以同一加速度运动，则以下说法正确的是()A质量为2m的木块受到四个力的作用B当F逐渐增大到T时，轻绳刚好被拉断C当F逐渐增大到1.5T时，轻绳还不会被拉断D轻绳刚要被拉断时，质量为m和2m的木块间的摩擦力为T2. 一根劲度系数为k、质量不计的轻弹簧上端固定，下端系一质量为m的物块，有一水平的木板将物块托住，并使弹簧处于自然长度，如图146所示现让木板由静止开始以加速度a(ag)匀加速向下移动，经过多长时间木板与物块分离？3如图所示，质量为M的木板上放着一质量为m的木块，木块与木板间的动摩擦因数为1，木板与水平地面间的动摩擦因数为2，则加在木板上的力F为多大时，才能将木板从木块下抽出答案：一、牛顿第二定律的瞬时性问题 1.BC 2.D 3.BD 4.D 5.C二、涉及传送带的动力学问题 1.当物体加速至与传送带速度相等时，由于tan，物体在重力作用下将继续加速，此后物体的速度大于传送带的速度，传送带对物体的滑动摩擦力平行传送带向上，如图乙所示由牛顿第二定律有mgsinmgcosma2，解得a22 m/s2设第二阶段物体滑动到B的时间为t2则：LABx1v0t2a2t解得：t21 s，t211 s(舍去)故物体经历的总时间tt1t22 s.点评 传送带传送的物体所受摩擦力可能发生突变，突变发生在物体的速度与传送带速度相等的时刻本题中，当tan时，物体的速度达到传送带的速度后，将与传送带相对静止一起匀速运动，当tan时，物体在获得与传送带相同的速度后仍继续加速2.(1)5 m(2)4 s解析 (1)物体加速至传送带的速度时，传送带前进的位移为：x1vt110 m，而物体的位移x25 m，物体相对于传送带向上前进的距离为x1x1x25 m物体的速度大于传送带的速度后，传送带前进x3vt110 m，物体前进x411 m，物体相对于传送带向下滑行x2x4x31 m，所以物体在传送带上划痕的长为x15 m.(2)若皮带顺时针转动，则滑块与皮带运动方向始终相反，滑块与皮带不可能有等速时刻，所以摩擦力无突变现象，所以整个过程物体对地匀加速运动16 m.agsin37gcos372 m/s2 据xat2得t4 s3.【解析】物体A轻放在a点在摩擦力作用下向右做匀加速直线运动直到和传送带速度相等在这一过程中有a1g. x10.8 mmgcos370.2mg.所以物体A将再沿传送带做匀加速直线运动，其加速度大小为a2gsin37gcos374 m/s2，物体A在传送带bc上所用时间满足bcvt3a2t32，代入数据得t31 s(t32 s舍去)则物体A从a点被传送到c点所用时间为tt1t2t32.4 s.4.【解析】 (1)钢锭开始受到的滑动摩擦力为Fmg3103 N由牛顿第二定律有Fmgsinma1 解得a12 m/s2钢锭做匀加速运动的时间t12 s 位移x1a1t124 m要使b端到达坡顶所需要的时间最短，需要电动机一直工作，钢锭先做匀加速直线运动，当它的速度等于滚筒边缘的线速度后，做匀速直线运动钢锭做匀速直线运动的位移x2Llx18 m做匀速直线运动的时间t22 s 所需最短时间tt1t24 s(2)要使电动机工作的时间最短，钢锭的最后一段运动要关闭电动机，钢锭匀减速上升，b端到达坡顶时速度刚好为零匀减速上升时Fmgsinma2 解得a24 m/s2匀减速运动时间t31 s 匀减速运动位移x3t32 m匀速运动的位移x4Llx1x36 m电动机至少要工作的时间tt13.5 s.三、多研究对象系统的动力学问题 1.A2.解析 A、B整体做匀速直线运动，对物体A、B整体受力分析，如图所示，得FcosFf FsinFN2mg又FfFN 解得剪断轻绳后对物块A受力分析，根据牛顿第二定律有：mgma物块A在水平地面上匀减速滑行，根据运动学公式有：2axv2代入数据解得：x1.4 m3.【解析】以车厢和物块整体为研究对象，则由牛顿第二定律得：Ff(Mm)a以物块为研究对象，受力情况如图所示，则fmgN其中Nma，所以a，代入得Ff(Mm).【答案】f(Mm)四、复杂的动力学问题单物体多过程问题【例题】【答案】(1)4 N(2)42 m(3)2.1 s【解析】 (1)第一次飞行中，设加速度为a1.则Ha1t由牛顿第二定律Fmgfma1解得f4 N(2)第二次飞行中，设失去升力时的速度为v1，上升的高度为h1.则h1a1t v1a1t2设失去升力后的速度为a2，上升的高度为h2.由牛顿第二定律mgfma2h2 解得hh1h242 m(3)设失去升力下降阶段加速度为a3；恢复升力后加速度为a4，恢复升力时速度为v3.由牛顿第二定律mgfma3Ffmgma4 且hv3a3t3 解得t3 s(或2.1 s)多物体相互作用问题【例题】【解析】 过程1：在进入“相互作用区域”以前，A、B做自由落体运动可知进入“相区作用区域”的初速度v02 m/s.过程2：A在“相互作用区域”中运动时，取方向向下为正方向，A受到方向竖直向下的重力mg、滑动摩擦力Ff和竖直向上的恒力F的作用设加速度为aA1、末速度为vA、运动时间为t1，根据牛顿第二定律有：aA1g根据运动学公式有：vAv0aA1t1，d 代入数据解出：t10.2 s，vA1.0 m/sB受到竖直向下的重力mg和竖直向上的滑动摩擦力Ff的作用设加速度为aB1，末速度为vB.同理有：aB1g，vBv0aB1t1 代入数据解出：vB3 m/s过程3：A离开“相互作用区域”后，因为vAvB，A受到竖直向下的滑动摩擦力Ff和竖直向下的重力mg作用，B受到竖直向上的滑动摩擦力Ff和竖直向下的重力mg作用设加速度分别为aA2、aB2，共同速度为v，运动时间为t2，有：aA2g，vvAaA2t2aB2g，vvBaB2t2 由上述四式代入数据解得：v4 m/s练习：1.【解析】当木块沿杆匀速下滑时，由平衡条件得：mgFN对m、M组成的系统，由牛顿第二定律得：F(Mm)a对m在水平方向上，由牛顿第二定律得：FNma联立解得：F(mM)g2.【解析】由牛顿第二定律得：mgFma hv0tat2抛物后减速下降有：F(mm)g(mm)a vat解得mm101 kg3.【解析】(1)求物块不掉下时的最大拉力，其存在的临界条件必是物块与木板具有共同的最大加速度a1， 对物块，最大加速度a1g1 m/s2对整体，F(Mm)a1(31)1 N4 N. (2)当F10 N时，木板的加速度a2 m/s23 m/s2由a2t2a1t2