高一物理暑假专题：力与运动鲁教版

用心 爱心 专心 高一物理高一物理暑假专题 力与运动暑假专题 力与运动鲁教版鲁教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 暑假专题 力与运动 二 知识重点 1 运动学的相关公式及重要结论的熟练应用 2 受力分析 正交分解在动力学中的应用 3 熟练应用牛顿定律解决相关问题 4 与动力学相关的实际应用问题 三 知识难点 1 应用牛顿定律时物体的受力分析和运动过程分析 2 加速度的求解及其纽带作用 3 对于实际物理问题的物理模型的建立和解题方法的寻找 力与运动解题方法与思路 物体怎么运动 取决于它的初始状态和受力情况 牛顿运动定律揭示了力和运动的关 系 关系如下表所示 力是物体运动状态变化的原因 反过来物体运动状态的改变反映出物体的受力情况 从物体的受力情况去推断物体运动情况 或从物体运动情况去推断物体的受力情况是动力 学的两大基本问题 处理动力学问题的一般思路和步骤是 领会问题的情景 在问题给出的信息中 提取有用信息 构建出正确的物理模型 合理选择研究对象 分析研究对象的受力情况和运动情况 正确建立坐标系 运用牛顿运动定律和运动学的规律列式求解 在分析具体问题时 要根据具体情况灵活运用隔离法和整体法 要善于捕捉隐含条件 要重视临界状态分析 用心 爱心 专心 典型例题典型例题 例 1 如图所示 ad bd cd 是竖直面内三根固定的光滑细杆 a b c d 位于同一 圆周上 a 点为圆周的最高点 d 点为最低点 每根杆上都套着一个小滑环 图中未画出 三个滑环分别从 a b c 处释放 初速为 0 用 t1 t2 t3依次表示各滑环到达 d 所用的 时间 则 a b c d A t1 t2t2 t3C t3 t1 t2D t1 t2 t3 答案 答案 D 例 2 质量为 m 的三角形木楔 A 置于倾角为 的固定斜面上 它与斜面间的动摩擦 因数为 一水平力 F 作用在木楔 A 的竖直平面上 在力 F 的推动下 木楔 A 沿斜面以 恒定的加速度 a 向上滑动 则 F 的大小为 A cos cossin gam B sincos sin gam C sincos cossin gam D sincos cossin gam 答案 答案 C 例 3 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 分别为 A m 0 5kg 0 4B m 1 5kg 15 2 C m 0 5kg 0 2 D m 1kg 0 2 1 2 3 4 6 8 10 2 F N t s 0 2 2 4 6 8 10 4 t s 0 V m 1 s 答案 答案 A 用心 爱心 专心 例 4 如图所示 两个用轻线相连的位于光滑水平面上的物块 质量分别为 m1和 m2 拉力 F1和 F2方向相反 与轻线沿同一水平直线 且 F1 F2 试求在两个物块运动过程中轻 线的拉力 T 1 F 2 F 1 m 2 m 解析 解析 设两物块一起运动的加速度为 a 则有 F1 F2 m1 m2 a 根据牛顿第二定律 对质量为 m1的物块有 F1 T m1a 由 两式得 21 1221 mm FmFm T 例 5 现要验证 当质量一定时 物体运动的加速度与它所受的合外力成正比 这一 物理规律 给定的器材如下 一倾角可以调节的长斜面 如图 小车 计时器一个 米尺 1 当的公式或文字 完善以下实验步骤 不考虑摩擦力的影响 让小车自斜面上方一固定点 A1从静止开始下滑到斜面底端 A2 记下所用的时间 t 用米尺测量 A1与 A2之间的距离 s 则小车的加速度 a 用米尺测量 A1相对于 A2的高度 h 设小车所受重力为 mg 则小车所受的合外力 F 改变 重复上述测量 以 h 为横坐标 1 t2为纵坐标 根据实验数据作图 如能得到一条过原点的直线 则 可验证 当质量一定时 物体运动的加速度与它所受的合外力成正比 这一规律 2 在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中 某同学设计的方案是 调节斜面倾角 使小车在斜面上匀速下滑 测量此时 A1点相对于斜面底端 A2的高 度 h0 进行 中的各项测量 计算与作图时用 h h0 代替 h 对此方案有以下几种评论意见 A 方案正确可行 B 方案的理论依据正确 但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动 C 方案的理论依据有问题 小车所受摩擦力与斜面倾角有关 其中合理的意见是 答案 答案 1 2 2s t h mg s 用心 爱心 专心 斜面倾角 或填 h 的数值 2 C 例 6 如图 1 所示为一空间探测器的示意图 P1 P2 P3 P4是四个喷气发动机 P1 P3的连线与空间一固定坐标系的 x 轴平行 P2 P4的连线与 y 轴平行 每台发动机开 动时 都能向探测器提供推力 但不会使探测器转动 开始时 探测器以恒定的速率 v0向 x 方向平动 要使探测器改为向正 x 偏负 y60 方向以原速率 v0平动 则可 A 先开动 P1适当时间 再开动 P4适当时间 B 先开动 P3适当时间 再开动 P2适当时间 C 开动 P4适当时间 D 先开动 P3适当时间 再开动 P4适当时间 1 2 解析 解析 该题实际上是要校正探测器的飞行状态 这在航天活动中 是很常见的工作 因此这也是很有意义的一道题 最后要达到的状态是向正 x 偏负 y60 方向平动 速率仍 为 v0 如图 2 所示 这个运动可分解为速率为 v0cos60 的沿正 x 方向的平动和速率为 v0sin60 的沿负 y 方向的平动 与原状态相比 我们应使正 x 方向的速率减小 负 y 方向 的速率增大 因此应开动 P1以施加一负 x 方向的反冲力来减小正 x 方向的速率 然后开动 P4以施加一负 y 方向的反冲力来产生负 y 方向的速率 所以选项 A 正确 归纳总结 建立坐标系 在两个坐标轴的方向上分别应用牛顿运动定律 是研究动力 学问题的常用方法 该题一入手 就在沿坐标轴的两个方向上对两个状态进行比较 很快 就使问题变得清晰 因此要熟练掌握这种分析方法 例 7 2000 年 1 月 26 日我国发射了一颗同步卫星 其定点位置与东经 98 的经线在 同一平面内 若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似取为东经 98 和北纬 40 已知 地球半为 R 地球自转周期为 T 地球表面重力加速度为 g 视为常量 和光速 c 试求该 同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间 要求用题给已知量的符号表 示 解析 解析 同步卫星必定在地球的赤道平面上 卫星 地球和其上的嘉峪关的相对位置如 图所示 由图可知 如果能求出同步卫星的轨道半径 r 那么再利用地球半径 R 和纬度 就可以求出卫星与嘉峪关的距离 L 即可求得信号的传播时间 用心 爱心 专心 对于同步卫星 根据牛顿第二定律 有 rm r mM G 2 2 其中 T 2 又mg R mM G 2 即 2 gRGM 由以上几式解得 3 1 2 22 4 TgR r 由余弦定理得 cos2 22 rRRrL 微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间为 c gTR RR gTR c L t cos 4 2 4 3 1 2 22 2 3 2 2 22 归纳总结 选择恰当的角度 将题目描述的情况用示意图表示出来 可 以使景变得更加清晰 有利于分析和思考 要养成这种良好的解题习惯 在解答天体 运动的问题时 根据mg R mM G 2 得到 2 gRGM 这一关系是经常使用的 模拟试题模拟试题 答题时间 40 分钟 1 手提一根不计质量的 下端挂有物体的弹簧上端 竖直向上做速运动 当手突然停止 运动后的极短时间内 物体将 A 立即处于静止状态B 向上做速运动 C 向上做运动D 向上做速运动 2 1991 年高考上海卷 如图所示 物体在恒力 F 作用下沿曲线从 A 运动到 B 这时 突然使它所受的力反向 大小不变 即由 F 变为 F 在此力作用下 物体以后的运动情况 下列说法中正确的是 A 物体可能沿曲线 Ba 运动B 物体可能沿直线 Bb 运动 C 物体可能沿曲线 Bc 运动D 物体可能沿原曲线由 B 返回 3 汽车刹车后 停止转动的轮胎在地面上发生滑动 可以明显的看出滑动的痕迹 即常 说的刹车线 由刹车线长短可以得知汽车刹车前的速度大小 因此刹车线的长度是分析交 通事故的一个重要依据 若汽车轮胎跟地面的动摩擦因数是 0 7 刹车线长 14m 则可知汽 车在紧急刹车前的速度大小是 m s 4 空间探测器从某一星球表面竖直升空 已知探测器质量为 1500kg 发动机推动力为恒 力 探测器升空后发动机因故障突然关闭 下图是探测器从升空到落回星球表面的速度随 时间变化的图线 则由图象可判断该探测器在星球表面达到的最大高度 Hm为多少 m 发 动机的推动力 F 为多少 N 用心 爱心 专心 5 中子星是恒星演化过程的一种可能结果 它的密度很大 现有一中子星 观测到它的 自转周期为 T 30 1 s 问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定 不致因自转而 瓦解 计算时星体可视为均匀球体 引力常数 G 6 67 10 11 m 3 kg s 2 6 1998 年全国卷 宇航员站在某一星球表面上的某高处 沿水平方向抛出一小球 经 过时间 t 小球落到星球表面 测得抛出点与落地点之间的距离为 L 若抛出时的初速度增 大到 2 倍 则抛出点与落地点之间的距离为3L 已知两落地点在同一水平面上 该星球 的半径为 R 万有引力常数为 G 求该星球的质量 M 7 如图所示 一细线的一端固定于倾角为 45 的光滑楔形滑块 A 的顶端 P 处 细线的 另一端拴一质量为 m 的小球 当滑块以 a 2g 的加速度向左运动时 线中拉力 T 等于多少 8 举重运动员在地面上能举起 120kg 的重物 而在运动着的升降机中却只能举起 100kg 的重物 求升降机运动的加速度 若在以 2 5m s2的加速度加速下降的升降机中 此运动员能举起质量多大的重物 g 取 10m s2 9 如图所示 质量 m 4kg 的物体与地面间的动摩擦因数为 0 5 在与水平成 37 角的恒力 F 作用下 从静止起向右前进 t1 2 0s 后撤去 F 又经过 t2 4 0s 物体刚好停下 求 F 的大小 最大速度 vm 总位移 s 10 如图所示 传送带与水平面夹角为 37 以速度 v 10m s 逆时针匀速运行着 现在传送带的 A 端轻轻放上一个小物体 可视为质点 已知小物体与传送带之间的摩擦 因数 0 5 A B 间距离 s 16m 则当皮带轮处于下列两种情况时 小物体从 A 端运动 到 B 端的时间为多少 用心 爱心 专心 试题答案试题答案 1 B2 C3 14 4 Hm 480m F 11250 N 5 解析 设想中子星赤道处存在一小块物质 只有当它受到的万有引力大于或等于它随 星体所需的向心力时 中子星才不会瓦解 设中子星的密度为 质量为 M 半径为 R 自转角速度为 位于赤道处的小物 块质量为 m 则有 Rm R GMm 2 2 T 2 3 3 4 RM 由以上各式得 2 3 GT 代入数据解得 314 1027 1 mkg 评注 在应用万有引力定律解题时 经常需要像本题一样先假设某处存在一个物体再 分析求解 这是应用万有引力定律解题惯用的一种方法 6 解析 设抛出点的高度为 h 第一次平抛的水平射程为 x 则有 x 2 y 2 L 2 1 由平抛运动的规律得知 当初速度增大到 2 倍时 其水平射程也增大到 2x 可得 2x 2 h 2 3 L 2 2 由以上两式解得h 3 L 3 设该星球上的重力加速度为 g 由平抛运动的规律得h 2 1 gt 2 4 由万有引力定律与牛顿第二定律得mg R GMm 2 式中 m 为小球的质量 5 联立以上各式得 2 2 3 32 Gt LR M 7 解 根据小球贴着滑块运动时的受力情况 可列出水平方向和竖直方向的运动方程分 别为Tcos45 Nsin45 ma Tsin45 Ncos45 mg 联立两式 得 N mgcos45 masin45 若小球对滑块的压力等于零 即应使 N 0 滑块的加速度至少应为 可见 当滑块以 a 2g 加速向左运动时 小球已脱离斜面飘起 此时小球仅受两个力作 用 重力 mg 线中拉力 T 如图 设线与竖直方向间夹角为 同理由牛顿第二定律 得 T sin ma T cos mg 联立两式得 用心