黑龙江省大庆市林甸县第一中学2013年高考物理 专题讲座 运动分析和受力分析的应用复习

1 黑龙江省大庆市林甸县第一中学黑龙江省大庆市林甸县第一中学 20132013 年高考物理专题讲座年高考物理专题讲座 运动分运动分 析和受力分析的应用析和受力分析的应用 物理学是研究物质结构 物质相互作用和运动规律的自然科学 而运动规律和物质相互 作用可以在运动分析和受力分析中得到体现 所以能够熟练地对物理问题进行运动分析和 受力分析 然后结合物理情景应用物理公式 定理 定律 就能够很好地解答物理题目 下面分成如下几点 通过具体题目来更进一步认识运动分析和受力分析 一 一 运动分析的单独应用运动分析的单独应用 要对物体运动分析 关键必须掌握好两个要点 状态和过程 因为在运动学的运动规 律和运动公式里面 所涉及的物理量不是状态量就是过程量 只要能够确定运动物体从初 始状态到末状态 是经历了什么样的过程 符合了什么样的运动规律和运动公式 问题往 往就迎刃而解 例 如图所示 以8m s匀速行驶的汽车即将通过路口 绿灯还有 2 s 将熄灭 此时 汽车距离停车线 18m 该车加速时最大加速度大小为 2 2 m s 减速时最大加速度大小为 2 5m s 此路段允许行驶的最大速度为12 5m s 下列说法中正确的有 A 如果立即做匀加速运动 在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线 B 如果立即做匀加速运动 在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速 C 如果立即做匀减速运动 在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线 D 如果距停车线5m处减速 汽车能停在停车线处 答案 AC 分析 1 弄清题意 知道题目涉及到的运动参量有 初速度 V0 运动时间 t 加速 度 a加a减 位移 x 最大速度 Vm 2 根据题意汽车可能作三种运动 匀加速直线运动 匀速直线运动 匀减直线速运 动 匀速直线运动 根据选项可先排除 2 3 应用匀变速直线运动的公式 汽车如果立即做匀加速直线运动 t1 2s 内的位移 2 1110 2 1 tatvx 20m 18m 此时汽车的速度为 1101 tavv12m s mgcos 故 tan 故 AB 错误 若要使物块在平行于斜面向上的拉力 F 的作用下沿斜面匀速上 滑 由平衡条件有 F mgsin mgcos 0 故 F mgsin mgcos 若 tan 则 3 mgsin mgcos 即 F 2mgsin 故 C 项正确 若要使物块在平行于斜面向下的拉力 F 作用下沿斜面向下匀速滑动 由平衡条件有 F mgsin mgcos 0 则 F mgcos mgsin 若 tan 则 mgsin mgcos 即 F 0 故 D 项错误 小结 对物体受力分析需要准确抓住状态 因为状态变化受力可能也不同 三 运动分析和受力分析的综合应用三 运动分析和受力分析的综合应用 整个高中物理的主干知识 几乎可以用运动分析和受力分析把它们给贯穿起来 下面 通过具体例子来加深了解 一 一 运动分析和受力分析在曲线运动的应用运动分析和受力分析在曲线运动的应用 物体做曲线运动的条件是 物体所受合力的方向与运动方向不在同一直线上 从物体 做曲线运动的条件就可以看出了力和运动的关系 例 如图所示 一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心 OO OO 转动 筒内壁粗糙 筒口半径 和筒高分别为R和H 筒内壁 A 点的高度为筒高的一半 内壁上有一质量为 m m 的小物块 求 当筒不转动时 物块静止在筒壁 A 点受到的摩擦力和支持力的大小 当物块在 A A 点随筒做匀速转动 且其受到的摩擦力为零时 筒转动的角速度 解析 当筒不转动时 物块静止在筒壁 A 点时受到 的重力 摩擦力和支持力三力作用而平衡 由平衡条件 得 摩擦力的大小 22 sin H fmg HR 支持力的大小 22 cos R Nmg HR 当物块在 A 点随筒做匀速转动 且其所受到的摩擦力为零时 物块在筒壁 A 点时受 到的重力和支持力作用 它们的合力提供向心力 设筒转动的角速度为 有 2 tan 2 R mgm 由几何关系得 tan H R 联立以上各式解得 2gH R 4 小结 各种特殊曲线运动都要满足一定的受力条件 二 二 运动分析和受力分析在牛顿运动定律中的应运动分析和受力分析在牛顿运动定律中的应用用 牛顿运动定律阐述的是物体运动和受力的关系 所以牛顿运动定律是整个经典物理学 的基石 例 航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器 其质量 m 2 动力系统提供的恒定升力 F 28 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 10m s2 1 第一次试飞 飞行器飞行 t1 8 s 时到达高度 H 64 m 求飞行器所阻力 f 的 大小 2 第二次试飞 飞行器飞行 t2 6 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 解析 1 第一次飞行中 设加速度为 1 a 匀加速运动 2 11 2 1 taH 由牛顿第二定律 1 mafmgF 解得 4 Nf 2 第二次飞行中 设失去升力时的速度为 1 v 上升的高度为 1 s 匀加速运动 2 211 2 1 tas 设失去升力后的速度为 2 a 上升的高度为 2 s 5 由牛顿第二定律 2 mafmg 211 tav 2 2 1 2 2a v s 解得 42 21 mssh 3 设失去升力下降阶段加速度为 3 a 恢复升力后加速度为 4 a 恢复升力时速度为 3 v 由牛顿第二定律 3 mafmg F f mg ma4 且 22 33 34 22 vv h aa V3 a3t3 解得 t3 3 2 2 s 或 2 1s 小结 应用牛顿运动定律解题 运动分析和受力分析成了唯一线索 三 三 运动分析和受力分析在机械能 动量中的应用运动分析和受力分析在机械能 动量中的应用 机械能和动量解题需要将整个经典力学的知识综合运用起来 题目往往比较复杂 但 是如果能够把握好运动分析和受力分析这两大主线 可以将复杂问题简单化 例 如图所示 质量 m1 0 3 kg 的小车静止在光滑的水平面上 车长 L 15 m 现有质量 m2 0 2 kg 可视为质点的物块 以水平向右的速度 v0 2 m s 从左端滑上小车 最后在车面 上某处与小车保持相对静止 物块与车面间的动摩擦因数 0 5 取 g 10 m s2 求 1 物块在车面上滑行的时间 t 2 要使物块不从小车右端滑出 物块滑上小车左端的速度 v 0不超过多少 解析 本题考查摩擦拖动类的动量和能量问题 涉及动量守恒定律 动量定理和功能 关系这些物理规律的运用 6 1 设物块与小车的共同速度为v 以水平向右为正方向 根据动量守恒定律有 设物块与车面间的滑动摩擦力为F 对物块应用动量定理有 022 vmvmtF 其中 gmF 2 解得 gmm vm t 21 01 代入数据得 s24 0 t 2 要使物块恰好不从车厢滑出 须物块到车面右端时与小车有共同的速度v 则 vmmvm 2102 由功能关系有 gLmvmmvm 2 2 21 2 02 2 1 2 1 代入数据解得 0 v 5m s 故要使物块不从小车右端滑出 物块滑上小车的速度v0 不能超过 5m s 小结 物体的能 量状态 与运动和力也有密切关系 四 四 运动分析和受力分析在电场中的应用运动分析和受力分析在电场中的应用 在高中阶段对于电 磁的学习 主要也是从运动和力方面来学习的 只不过是再增加 几种性质的力而已 例 图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子 M N 质量相等 所带电荷的绝对值也相等 现将 M N 从虚线上的 O 点以相同速率射出 两粒子在电场中运 动的轨迹分别如图中两条实线所示 点 a b c 为实线与虚线的交点 已知 O 点电势高于 c 点 若不计重力 则 A M 带负电荷 N 带正电荷 B N 在 a 点的速度与 M 在 c 点的速度大小相同 7 C N 在从 O 点运动至 a 点的过程中克服电场力做功 D M 在从 O 点运动至 b 点的过程中 电场力对它做的功等于零 答案 BD vmmvm 2102 解析 本题考查带电粒子在电场中的运动 图中的虚线为等势线