牛顿第二定律应用的典型问题

牛顿第二定律应用的典型问题陈法伟1.力与运动的关系力是改变物体运动状态的原因，不是维持运动的原因。已知加速度与力有直接关系，如果明确解释力，就知道加速度，但速度和力没有直接关系。变更速度的方法需要分析加速度方向和速度方向之间的关系，并且在加速度与速度相同的方向时速度会增加。相反，减少。如果加速度为零，则速度具有极值。范例1。如图1所示，轻弹簧的下端固定在水平面上。球在弹簧正上方的高度停止，自由下落，接触弹簧，压缩到一定程度，然后停止弹簧下落。在球落下的所有过程中，以下陈述是正确的()图1A.球首次接触弹簧的瞬间速度最大B.在小球接触弹簧中，加速度变更为垂直向上C.小球接触弹簧时，到达最低点，小球的速度首先增大，然后减小D.小球接触弹簧时到达最低点，小球的加速度首先减小，然后增加分析：小球的加速度大小由小球藻接受的合力力决定。由于弹簧从0开始逐渐增加，直到接触弹簧达到最低点，因此合力首先减小，然后增大，因此加速度先减小，然后增大。当作用力与速度相同时，球的速度会增加，因此当球的弹力和重力大小相同时，速度最大。选择光盘。范例2 .1空间探测器完成了对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，从静止开始沿着月球表面有坡度的直线飞行。首先加速运动，然后做等速运动。探测器通过射流获得推力。以下对射流方向的描述是正确的()A.探测器在加速运动时沿直线向后喷射B.探测器在加速运动时垂直向下喷射C.探测器以恒定速度移动时垂直向下喷射D.探测器的均匀运动不需要射流。分析：应力分析表明，探测器沿直线加速运动的同时，连接力方向与运动方向相同，重力方向垂直向下，平行四边形知道推力方向必须向上倾斜，牛顿第三定律知道喷射方向向下倾斜。以均匀速度移动时，连接力为零，因此推力方向必须垂直向上，喷射方向必须垂直向下。正确答案选择c。图22.力和加速度的瞬时对应关系(1)物体运动的加速度a与接收的外力f存在瞬时对应关系。每一瞬间的加速度仅取决于这一瞬间的耦合外力，而不管这一瞬间之间的力或瞬间之后的力。如果贴合外力为零，则加速度也立即为零(加速度可以变异)。这是牛顿第二定律的时刻。(2)中学物理中的“绳子”和“线”通常是理想的模型，具有以下特点：光，即绳子(或线)的质量和重力显示为零。它的特点是相同绳子(或线)的两端和每个中间点的张力大小相同。柔软，即绳子(或线)只能拉，不能承受压力(因为绳子会弯曲)。这一特征表明，绳子与其他物体相互作用的方向是沿着绳子和脱离力对象的方向。不能伸展：也就是说，绳子拉的力再大，绳子的长度也不变。这个特性知道绳子的张力可以突变。(3)中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化的模型，具有以下特点：灯光：也就是说，弹簧(或橡皮筋)的质量和重力看起来都为零。特点是相同弹簧两端和中间点的弹簧大小相同。弹簧可以同时接受拉伸和压力(沿弹簧轴)。橡皮筋只能拉，不能承受压力(因为橡皮筋可以弯曲)。弹簧和橡皮筋受力的话，变形大，会发生变形，所以弹簧和橡皮筋的弹力不会突变。但是弹簧和橡皮筋被切断后，他们的弹性立即消失了。范例3 .如图3所示，垂直光滑杆有一个小球和两个弹簧，两个弹簧的一端分别连接到一个小球，另一端固定在杆上，小球处于静止状态，在消除销m的瞬间，小球加速度的大小为。如果移除销m，减去销n瞬间，则球的加速度可能是()图3A.垂直上方b .垂直下方C.垂直上方d .垂直下方解析：当原始球静止时，如果上面的弹簧处于压缩状态，减去m瞬间球会产生向上加速度，减去n瞬间球会产生向下加速度。上下弹簧的弹性各不相同。图4所示，在所有时刻都施加了力。图4拉动m前停止：池m瞬间：n瞬时拉动：联立123式n瞬间减去球产生的加速度可以垂直向下。原始球静止时上面的弹簧处于拉伸状态，减去m瞬间球产生向下加速度，减去n瞬间球产生向上加速度，如图5所示。图5拉动m前停止：池m瞬间：n瞬时拉动：联立123式：n瞬间减去球产生的加速度可以垂直向上。综合以上分析，就可以知道正确答案是BC。变形训练如图a所示，质量m位于两条细线上，长度分别为L1，L2，L1的一端挂在天花板上，垂直方向角从L2水平拉直，物体处于平衡状态。现在切断L2线，切断瞬时物体的加速度。力的独立作用原理一个物体可以同时受到多种力的作用，每种力产生的效果就像物体不存在其他力一样。也就是说，力与它的作用完全分开是力的独立作用原理。力可以合成和分解，效果可以合成和分解平行四边形规则。为此，合力对应于结合效果，分力对应于分割效果，物体的运动经常显示结合效果，研究特定问题时，可以根据力的特性求合力，使结合效果和合力一致。也可以分解效果，对应一方向上的力。由于力的作用相互独立，牛顿第二定律在应用中经常分解为正交法范例4 .某种类型的航空导弹在质量为m、水平飞行在地面h高度的战斗机上水平发射。超速度在发射后，助推器火箭对导弹施加了一定的水平推力f作用，使其加速，而不管空气阻力和导弹质量的变化。以下说法正确()A.推力f越大，导弹在空中飞行的时间越长B.无论推力f有多大，导弹在空中飞行的时间都是固定的推力f越大，导弹的射程越大。D.无论推力f有多大，导弹的射程都是恒定的分析：推力f和重力g分别在两个直角方向对导弹产生各自的加速度。高度h必须垂直方向，导弹是自由下落运动，因此着陆时间与f无关，是一定的值。水平方向导弹的射程由决定。显然，f越大，a越大，水平射程越大。这个问题的正确答案是BC。4.连接体问题这种问题仅限于高考中两个物体的加速度相同的情况。通常由两个物体组成的整体利用牛顿第二定律求出整体加速度，然后利用分离法求出物体之间的相互作用力。范例5 .如图6所示，质量为2m的块a与水平地面没有摩擦，质量为m的块b与地面的摩擦系数为，在水平推力f已知的情况下，a、 b做加速运动时，a和b之间的作用力是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _图6分析：标题栏框a的摩擦为零，图块b的摩擦为零。对于a，b整体，根据牛顿第二定律，将公共运动的加速度设置为a。b对物体设定相同的a对b的力联排别墅3式：5.超重和失重问题当物体处于平衡状态时，物体对水平支撑物的压力(或垂直悬挂的张力)大小，即物体受到的重力，即M具有向上或向下加速度a，则物体对水平支撑物的压力(或垂直悬挂的张力)大小大于或小于物体受到的重力g的现象，分别称为超重和失重、过剩或丢失的部分。具体应用可分为两种情况。(1)定性分析对于一些只需要定性分析的问题，可以利用超重或失重的概念机智地解决问题。在具体的分析过程中，关键是正确判断系统超重和失重现象，确定系统重心位置的变化。系统的重心加速时超重，系统的重心加速时失重。范例6 .如图7所示，a是电磁铁，c是橡胶树秤盘，电磁铁a和秤盘c(包括支架)的总质量为m，b是铁板，质量为m，整个装置用轻绳挂在o点上。电磁铁通电并拖曳铁块时，从轻绳上拉的力f的大小为()图7A.bC.D.分析：以a、b、c组成的系统为研究对象，a、c静止，钢b被静止吸引的加速度上升。系统的中心迅速上升，系统超重，所以有绳子拉的力。正确答案是d。(2)定量分析超重不是重力的增加，不是重力的损失或重力的减少，而是在同一个地方作用于地球的重力总是存在的，没有变化。只是物体对支撑物的压力(或对悬挂的拉动)发生变化，使物体看起来沉重地增加或减少。如果物体相对于地面向上加速度或相对于地面加速度垂直向上的分量不为零，则物体超重，超出的部分是数值或(加速度的垂直分量)。如果物体对地面有向下的加速度，或者对地面的加速度垂直向下的分量不是0，那么物体处于失重状态，丢失的部分在数值上或等于，所以可以利用上述结论定量计算。范例7 .如图8所示，在一个弹簧的上端固定，下端挂一个质量的秤盘，盘子里放着质量的m物体，整个装置停止时弹簧将L拉长，现在在下拉圆盘上再次伸长弹簧L，松开手，使弹簧总是在弹性范围内，那么刚刚松开手的时候物体m与圆盘压力有多大？图8分析：m表示系统，开始平衡然后拉伸L，系统的外力，因此系统的加速度a方向上升，系统超重。m表示超重所以松开手的时候，物体是m对盘子的压力。一式接合：6.重要问题临界问题包括从一个物理现象转换到另一个物理现象，或从一个物理过程转换到另一个物理过程的转换状态。经常出现“完成”、“刚可能”、“完成”等语言叙述。范例8 .倾斜挂在水平地面上，倾斜角度为0.2千克质量的小球挂在倾斜顶部，如图9所示。斜面停止后，球接近斜面，绳子与斜面平行，无论斜面和水平面的摩擦如何，当雨丝向右移动时，细绳的拉力和梳子会得到幼崽的弹性。(g醉)图9解析：在倾斜加速到静止右侧的同时，如果a较大，则小球由三个力作用，此时细线平行于坡度。当a增大时，叶片的倾斜支撑力减小，当a增大到值时，叶片的倾斜支撑力为零。当a继续增加时，球在斜坡上“飞”。此时，绳子与水平方向的角度大于角度。问题的斜面，假设右加速度是哪种情况，首先假设球可以偏离斜面，然后找出球刚刚偏离斜面的临界加速度，才能知道。设置球刚偏离斜坡时的向右倾斜加速度。此时，倾斜侧的支撑力正好为零，球只受到重力和绳子的拉动，绳子仍然与斜面平行。球的力分析，如图10所示。图10爱奇数据替换解决方案：因此，球正在离开斜坡，斜坡的支撑力同样，应力分析表明，绳子的拉力此时，细绳张力和水平方向的角度为牛顿第二定律在系统中的应用质量由和，系统外部的力分别，由对和对的力，两个物体的加速度分别，由牛顿第二定律施加给两个物体的耦合外部的力设定系统中存在两个物体。牛顿第三定律是：可以通过以上三种方法获得：其中之一是系统接收的合力，同样，上述结论在由多个物体组成的系统中也成立单击“正交分解”时：范例9 .如图11所示，质量为m的帧放置在水平地面上，轻量弹簧固定在框架上，底部绑有质量为m的小球，球上下振动时框架完全不会跳跃，框架地面压力为零的瞬间球加速度大小为()图11A.