物理必修一第四章 阶段复习课.ppt

1、阶段复习课 第四章,理想实验,匀速直线运动状态,静止状态,质量,控制变量法,成正比,成反比,作用力,大小相等,方向相反,同一条直线上,超重,失重,完全失重,一、整体法、隔离法分析连接体问题 1.连接体 多个相互关联的物体组成的物体系统。如叠在一起、并排放在一起或用绳(或杆)连在一起的几个物体。 2.隔离法与整体法 (1)隔离法:在分析连接体问题时,从研究问题的方便性出发,将物体系统中的某一部分物体隔离出来,单独分析研究的方法。 (2)整体法:在分析连接体问题时,将整个物体系统作为整体分析研究的方法。,(3)当需要计算物体之间(或一个物体各部分之间)的相互作用力时,就必须把各个物体(或一个物体的

2、各个部分)隔离出来,根据各个物体(或一个物体的各个部分)的受力情况,画出隔离体的受力图,列出牛顿第二定律方程。 (4)许多具体问题中,常需要交叉运用整体法和隔离法,有分有合,从而迅速求解相关问题。 注意:运用整体法分析问题时,要求系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同,根据牛顿第二定律对整体列方程。如果系统内各物体的加速度仅大小相同,如通过滑轮连接的物体,应采用隔离法根据牛顿第二定律分别列方程。,【典例1】(2013烟台高一检测)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F1F2。试求在两个物块运动过程中轻线的拉力

3、FT。,【标准解答】以两物块整体为研究对象,根据牛顿第二定律得 F1-F2=(m1+m2)a 隔离物块m1,由牛顿第二定律得F1-FT=m1a 由两式解得FT= 答案：,【变式备选】两重叠在一起的滑块,置于固定的、倾角为的斜面上,如图所示,滑块A、B的质量分别为M、m,A与斜面间的动摩擦因数为1,B与A之间的动摩擦因数为2,已知两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面滑下,滑块B受到的摩擦力 (),A.等于零 B.方向沿斜面向上 C.大小等于1mgcos D.大小等于2mgcos,【解析】选B、C。把A、B两滑块作为一个整体，设其下滑加速 度为a，由牛顿第二定律得(M+m)gsin-1(M+m)

4、gcos =(M+m)a 解得 a=g(sin-1cos) 由于agsin，可见B随A一起下滑过 程中，必然受到A对它沿斜面向上的摩 擦力，B正确。设摩擦力为FfB，由牛顿 第二定律，有mgsin-FfB=ma 得 FfB=mgsin-ma=mgsin-mg(sin-1cos) =1mgcos，C正确。,二、图像在动力学中的应用 在物理学问题中,给出已知条件和信息的方式有很多,诸如文字方式、表格方式、函数方式、图像方式,其中图像方式是最常见、最直观的一种方式,运用图像求解问题也会更加直观、形象。 1.常见的图像形式 在动力学与运动学问题中,常见、常用的图像是位移图像(x-t图像)、速度图像(v

5、-t图像)和力的图像(F-t图像)等,这些图像反映的是物体的运动规律、受力规律,而绝非代表物体的运动轨迹。,2.图像问题的分析方法 遇到带有物理图像的问题时,要认真分析图像,先从它的物理意义、点、线段、斜率、截距、交点、拐点、面积等方面了解图像给出的信息,再利用共点力平衡、牛顿运动定律及运动学公式去解题。,【典例2】一质量为m=40kg的小孩站 在电梯内的体重计上。电梯从t=0时 刻由静止开始上升,在0到6s内体重 计示数F的变化如图所示。试问:在 这段时间内电梯上升的高度是多少?取重力加速度g=10m/s2。 【标准解答】由题图可知,在t=0到t1=2s的时间内,体重计的示 数大于mg,故电

6、梯应做向上的匀加速运动。设在这段时间内体 重计作用于小孩的力为F1,电梯及小孩的加速度为a1,由牛顿第 二定律,得F1-mg=ma1 在这段时间内电梯上升的高度h1=,在t1=2s到t2=5 s的时间内,体重计的示数等于mg,故电梯应做 匀速上升运动,速度为t1时刻电梯的速度,即v1=a1t1 在这段时间内电梯上升的高度h2=v1(t2-t1) 在t2=5s到t3=6s的时间内,体重计的示数小于mg,故电梯应做向 上的匀减速运动。设这段时间内体重计作用于小孩的力为F2, 电梯及小孩的加速度为a2,由牛顿第二定律,得mg-F2=ma2 在这段时间内电梯上升的高度 h3=v1(t3-t2)- a2

7、(t3-t2)2 电梯上升的总高度h=h1+h2+h3 代入数据解得h=9m。 答案:9m,【变式训练】(2013大连高一检测)放在水平地面上的一物块,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系如图甲所示,物块速度v与时间t的关系如图乙所示。取重力加速度g=10m/s2。由两图像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=0.5 kg,=0.4B.m=1.5 kg,= C.m=0.5 kg,=0.2D.m=1 kg,=0.2 【解析】选A。由F-t图像和v-t图像可得,物块在2 s到4 s内所 受外力F=3 N,物块做匀加速运动， a= =2 m/s2, F

8、-Ff=ma即3-10m=2m。 物块在4 s到6 s内所受外力F=2 N，物块做匀速直线运动，则 F=Ff,F=mg，并且 10m=2。 由解得m=0.5 kg,=0.4，故A选项正确。,三、动力学中的临界极值问题 1.临界极值问题 在运用牛顿运动定律解决动力学问题时,常常讨论相互作用的物体是否会发生相对滑动,相互接触的物体是否会发生分离等,这类问题就是临界问题。 2.解题关键 解决临界问题的关键是分析临界状态。例如,两物体刚好要发生相对滑动时,接触面上必须出现最大静摩擦力;两个物体要发生分离,相互之间的作用力弹力必定为零。,3.解决临界问题的一般方法 (1)极限法。 题设中若出现“最大”“

9、最小”“刚好”等这类词语时,一般就隐含着临界问题,解决这类问题时,常常是把物理问题(或物理过程)引向极端,进而使临界条件或临界点暴露出来,达到快速解决有关问题的目的。 (2)假设法。 有些物理问题在变化过程中可能会出现临界问题,也可能不出现临界问题,解答这类题,一般要用假设法。,(3)数学推理法。 根据分析的物理过程列出相应的数学表达式,然后由数学表达式讨论出临界条件。,【典例3】如图所示，质量m10 kg的 小球挂在倾角37的光滑斜面的 固定铁杆上，求： (1)斜面和小球以a1 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大？ (2)当斜面和小球都以a2 的加速度向右匀加

10、速运动时， 小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多大？,【标准解答】先求出临界状态时小球的加速度，假设小球刚要 离开斜面，这时FN0，受力情况如图甲所示，故Fsin mg(竖直方向)，Fcosma0(水平方向)。 所以a0gcot 。,(1)当斜面和小球以a1的加速度向右匀加速运动时，由于a1 a0，可知这时小球与斜面间有弹力，所以其受力情况如图乙所示，故 F1cosFNsinma1(水平方向) F1sinFNcosmg(竖直方向) 解得F1100 N，FN50 N。,(2)当斜面和小球以a2的加速度向右匀加速运动时，由于a2 a0，可知这时小球已脱离斜面，所以其受力情况如图丙所示， 故F2si

11、nmg(竖直方向) F2cosma2(水平方向)。 两式平方相加，可得F2 200 N。 由牛顿第三定律知：当以加速度a1运动时，小球对绳的拉力为 100 N，对斜面的压力为50 N；当以加速度a2运动时，小球对 绳的拉力为200 N，对斜面的压力为0。 答案：(1)100 N 50 N (2)200 N 0,【变式训练】鲜蛋储运箱中放有光滑 的塑料蛋托架，架上有排列整齐的卵 圆形凹槽，如图所示，图中O为圆心， A、B两点为水平槽口，角为半径OA 与水平线AB的夹角，已知汽车轮胎与 柏油路面的动摩擦因数为，当运蛋的汽车急刹车时，为避免 蛋从槽中滚出，图中角的正切值应小于多少？,【解析】设蛋刚好

12、不滚出的夹角为，对 蛋受力分析，如图所示，根据平行四边形 定则，由牛顿第二定律得F合= =ma，所 以a= ，对汽车有m0g=m0a，故a=g。 因此 =g，解得tan= 。 那么，蛋不从槽中滚出，要求，则tan 。 答案：,四、动力学中的传送带问题 1.摩擦力是否影响传送带的运动:是因为带动传送带的电动机在起作用(摩擦力不影响传送带的运动状态)。 2.分析该类问题的关键:分析物体与传送带间的滑动摩擦力方向,进而分析物体的运动规律,这是分析传送带问题的关键。,3.常见的传送带模型:有两种,一个是水平方向的传送带;另一个是与水平方向成一定角度的传送带。 (1)物体在水平传送带上的运动有两种可能:

13、若物体到达传送带的另一端时速度还没有达到传送带的速度,则该物体一直做匀变速直线运动;若物体到达传送带的另一端之前速度已经和传送带相同,则物体先做匀变速直线运动后做匀速直线运动。 (2)对斜传送带要分析最大静摩擦力和重力沿斜面方向的分力的关系,如果最大静摩擦力小于重力沿斜面的分力,则物体做匀变速运动;如果最大静摩擦力大于重力沿斜面的分力,则物体做匀速运动。,【典例4】如图所示,传送带与水平 面夹角为37,传送带以10m/s的速 率运动,传送带轮沿顺时针方向转 动。现在在传送带上端A处无初速 地放上一个质量为m=0.5kg的小物块,它与传送带间的动摩擦因 数为0.5,若传送带A到B的长度为16m,

14、g取10m/s2,则物块从A运 动到B的时间为多少?,【标准解答】由于0.5tan0.75，物块一定沿传送带 对地下移，且不会与传送带相对静止。 设从物块刚放上到达到传送带速度10 m/s时，物块位移为s1， 加速度为a1，时间为t1，因物块速率小于传送带速率，根据牛 顿第二定律，a1= =10 m/s2，方向沿斜面向 下。 t1= =1 s,s1= =5 m传送带长度。设从物块速度 为10 m/s到B端所用时间为t2，加速度为a2，位移为s2，物块速 度大于传送带速度，物块受滑动摩擦力沿斜面向上，有,a2= =2 m/s2 s2= ，即(16-5) m=10t2+ , t2=1 s(t2=-

15、11 s舍去) 所用总时间t=t1+t2=2 s。 答案：2 s,【变式训练】水平传送带被广泛地应 用于机场和火车站，用于对旅客的行 李进行安全检查。如图所示为一水平 传送带装置示意图，绷紧的传送带AB始终保持恒定的速率v 1 m/s运行。一质量为4 kg的行李无初速地放在A处，传送 带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动，随后行 李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动。设行李与传送带 间的动摩擦因数0.1，A、B间的距离L2 ，取 10 m/s2。,(1)求行李刚开始运动时所受的滑动摩擦力大小与加速度大 小； (2)求行李做匀加速直线运动的时间； (3)如果提高传送带的运行速率，行李

16、就能被较快地传送到B 处。求行李从A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运 行速率。 【解析】(1)由物体“无初速地放在A处”得到物体将相对传送 带运动，滑动摩擦力方向向右，其大小为Fmg4 N，由牛 顿第二定律，得a 1 m/s2。,(2)设行李做匀加速运动的时间为t，行李加速运动的末速度为 v1 m/s。 则v=at，即t 1 s。 此时物体运动的位移s0= =0.5 mL，故物体还没有到达B 点，其匀加速直线运动的时间为1 s。,(3)当行李从A处到B处一直匀加速，则传送时间最短(可用速度 时间图像来表示进行理解，关键是保证图像包围的面积一样即 位移一样，看是先加速后匀速还是一直加速

17、到达B处时哪种情 况所用时间短)据L=v0t+ 代入v0=0,a=1 m/s2,L=2 m,解得t 2 s， 传送带对应的最小运行速率为v=at=2 m/s 答案：(1)4 N 1 m/s2 (2)1 s (3)2 s 2 m/s,1.(2012浙江高考)如图所示， 与水平面夹角为30的固定斜 面上有一质量m=1.0 kg的物体， 细绳的一端与物体相连，另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的 弹簧秤相连。物体静止在斜面上，弹簧秤的示数为4.9 N。关 于物体受力的判断(取g=9.8 m/s2),下列说法正确的是( ),A.斜面对物体的摩擦力大小为零 B.斜面对物体的摩擦力大小为4.9 N，方向沿斜面

18、向上 C.斜面对物体的支持力大小为4.9 N，方向竖直向上 D.斜面对物体的支持力大小为4.9 N，方向垂直斜面向上 【解析】选A。物体受到重力、支持力和绳子的拉力作用，重 力沿斜面向下的分力为mgsin=4.9 N，沿斜面方向的合力为 零，所以物体没有运动的趋势，摩擦力大小为零，选项A正 确、B错误；斜面对物体的支持力大小等于mgcos= ， 方向垂直斜面向上，选项C、D错误。,2.(2011上海高考)受水平外力F作用 的物体,在粗糙水平面上做直线运动, 其v-t图线如图所示,则() A.在0t1秒内,外力F大小不断增大 B.在t1时刻,外力F为零 C.在t1t2秒内,外力F大小可能不断减小

19、 D.在t1t2秒内,外力F大小可能先减小后增大,【解析】选C、D。0t1秒内,物体加速运动,F-Ff=ma,从图像斜率看,这段时间内的加速度减小,所以,0t1秒内,F不断减小,A错误;从图像斜率看在t1时刻,加速度为零,F=Ff,B错误;在t1t2秒内减速运动,若开始时F的方向与a相反,则Ff-F=ma,从图像斜率看加速度逐渐增大,因此F不断减小,C正确;当F减小到零,反向之后,Ff+F=ma,当F增大时,加速度a逐渐增大,D正确。,3.(2011新课标全国卷)如图,在光 滑水平面上有一质量为m1的足够长的 木板,其上叠放一质量为m2的木块。 假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等

20、。现给 木块施加一随时间t增大的水平力F=kt(k是常数),木板和木块 加速度的大小分别为a1和a2,下列反映a1和a2变化的图线中正确 的是(),【解析】选A。开始运动时F较小，两物体之间为静摩擦力，不 会相对滑动，由牛顿第二定律有，kt=(m1m2)a，解得a= ，在a-t图像中是一条直线，设m1与m2之间的动摩擦因 数为，m1的最大加速度a1= 。使木块与木板保持相对静 止的最大外力F0= ，当外力FF0时，两物体开始 相对滑动，此时两物体之间为滑动摩擦力，对m1应用牛顿第二 定律有，m2g=m1a1，解得a1= 为定值，在a-t图像中是一 条平行于t轴的直线，对m2应用牛顿第二定律有，

21、kt-m2g= m2a2，解得a2= ，由于 ，则相对滑动后在 a-t图像中a2的斜率更大，故B、C、D错，A正确。,4.(2010海南高考)如图所示,木箱内有一竖直放置的弹簧,弹簧上方有一物块:木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上。若在某一段时间内,物块对箱顶刚好无压力,则在此段时间内,木箱的运动状态可能为(),A.加速下降B.加速上升 C.减速上升D.减速下降 【解析】选B、D。木箱静止时物块对箱顶有压力,则物块受到箱顶向下的压力,当物块对箱顶刚好无压力时,物块所受合外力的方向向上,表明系统有向上的加速度,是超重,可能是加速上升,也可能是减速下降,B、D正确。,5.(2010全国卷)

22、如图所示,轻弹簧上 端与一质量为m的木块1相连,下端与另一 质量为M的木块2相连,整个系统置于水平 放置的光滑木板上,并处于静止状态。现 将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的 瞬间,木块1、2的加速度大小分别为a1、a2。重力加速度大小 为g,则有() A.a1=0,a2=gB.a1=g,a2=g C.a1=0,a2=D.a1=g,a2=,【解析】选C。在抽出木板的瞬间,弹簧对木块1的支持力和对 木块2的压力并未改变。木块1受重力和支持力,mg=F,a1=0,木 块2受重力和压力,根据牛顿第二定律a2= ,故 C正确。,6.(2010山东高考)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。,(1)木板