高中物理疊加體問題例解

1、-l-高中物理疊加體問題例解【知識(shí)準(zhǔn)備】一、對(duì)力的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)關(guān)于力的概念.力是物體對(duì)物體的相互作用.這一定義體現(xiàn)了力的物質(zhì)性和相互性.力是矢量.力的效果（1）力的靜力學(xué)效應(yīng)：力能使物體發(fā)生形變.（2）力的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)：瞬時(shí)效應(yīng)：使物體產(chǎn)生加速度F=ma時(shí)間積累效應(yīng)：產(chǎn)生沖量I=Ft，使物體的動(dòng)量發(fā)生變化Ft=Ap空間積累效應(yīng)：做功W=Fs，使物體的動(dòng)能發(fā)生變化物體受力分析的基本方法（1）確定研究對(duì)象（隔離體、整體）.（2）按照次序畫受力圖，先主動(dòng)力、后被動(dòng)力，先場力、后接觸力.（3）只分析性質(zhì)力，不分析效果力，合力與分力不能同時(shí)分析.（4）結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：是靜止還是運(yùn)動(dòng)，是直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)

2、.如物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在某點(diǎn)所受合外力的方向一定指向軌跡弧線內(nèi)側(cè)的某個(gè)方向.二、中學(xué)物理中常見的幾種力名稱產(chǎn)生原因丈小方向特點(diǎn)重力地球吸引G=mg豎直向下彈力彈性形變1由力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系求解（2）彈簧的彈力F=kz1過接觸點(diǎn)垂直接觸面（2）沿繩拉伸或收縮的方向摩擦力接融面粗糙且相互擠壓的物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢滑動(dòng)摩擦力靜摩擦力Offmas與接融面相切，與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向相反電場力電場對(duì)電荷的件用F=qE正電荷的受力方向與場強(qiáng)的方向相同；負(fù)電荷相反.安培力嵐場對(duì)電涼的作用F=BIL左手定則洛倫慈為磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用F二q如左手定則三、力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系F=O時(shí)，加速度a=0

3、.靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)F=恒量:F與v在一條直線上勻變速直線運(yùn)動(dòng)F與v不在一條直線上曲線運(yùn)動(dòng)（如平拋運(yùn)動(dòng)）特殊力:F大小恒定，方向與v始終垂直勻速圓周運(yùn)動(dòng)F=-kx簡諧振動(dòng)【疊加體問題分析】1、運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)處理疊加體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及各物體的運(yùn)動(dòng)問題，解決此類問題關(guān)鍵是判定物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而判定摩擦力方向，計(jì)算各物體的加速度大小，特別要弄清楚各物體運(yùn)動(dòng)過程分幾個(gè)階段必要時(shí)畫出各物體運(yùn)動(dòng)的示意圖，將抽象問題變具體。2、運(yùn)用動(dòng)量和能量知識(shí)處理疊加體問題，解決此類問題應(yīng)注意物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，注意系統(tǒng)各階段遵循規(guī)律，通常涉及摩擦力做功與運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)解決物體受力運(yùn)動(dòng)的問題。3、結(jié)合電場或磁場知識(shí)綜

4、合分析疊加體問題，此類問題綜合性較強(qiáng)，幾乎涉及力學(xué)、電磁學(xué)的主干知識(shí)，分析此類問題要認(rèn)真審題，抓住解題的突破點(diǎn)，要建立空間想象能力。4、利用v-t圖象，從速度、位移的角度分析物體的運(yùn)動(dòng)物理過程，從而解決實(shí)際問題。5、靈活運(yùn)用整體法和隔離法求解疊加體問題，深刻理解力和加速度對(duì)應(yīng)關(guān)系，善于將物體運(yùn)動(dòng)過程分成幾個(gè)階段來處理，畫出運(yùn)動(dòng)的示意圖，將抽象問題變具體?！纠?】如圖所示，質(zhì)量為M的木板靜止在光滑水平面上。一個(gè)質(zhì)量為m的小滑塊以初速度V。從木板的左端同學(xué)根據(jù)圖象向右滑上木板?；瑝K和木板的水平速度隨時(shí)間變化的圖象如圖所示.某作出如下一些判斷，正確的是(ACD)同學(xué)根據(jù)圖象mV滑塊與木板間始終存在相

5、對(duì)運(yùn)動(dòng);mVB滑塊始終未離開木板；C.滑塊的質(zhì)量大于木板的質(zhì)量；D.在時(shí)刻滑塊從木板上滑出?！纠?】在一正交的電、磁場中，有一帶正電荷為q，質(zhì)量為m的金屬塊沿傾角為8的粗糙斜面由靜止開始下滑,已知電場強(qiáng)度為E,方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里，斜面的高度為h,金屬塊滑到斜面底端時(shí)恰好離開斜面，設(shè)此時(shí)的速度為,則(C)逐漸減小的加了qEh加了逐漸減小的加了qEh加了mv2/2地面上，木楔面上，有一質(zhì)s=1.4m時(shí)，其楔的摩擦力金屬塊從斜面頂端滑到底端的過程中，機(jī)械能增金屬塊從斜面頂端滑到底端的過程中，機(jī)械能增mgh金屬塊離開斜面后將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)【例3】如圖所示，質(zhì)量M=10kg的

6、木楔靜止于粗糙水平與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)卩=0.2，在木楔的傾角為9=30。的斜量m=1.0kg的物塊由靜止開始沿斜面下滑，當(dāng)滑行路程速度v=1.4m/s.在這個(gè)過程中木楔處于靜止?fàn)顟B(tài).求地面對(duì)木的大小和方向(取g=10m/s2).【解析】由于木楔沒有動(dòng)，不能用公式f=yN計(jì)算木楔受到的摩擦力，題中所給出動(dòng)摩擦因數(shù)的已知條件是多余的。首先要判斷物塊沿斜面向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2t-v20=2as可得其加速度a=v2/2s=0.7m/s2，由于agsin9=5m/s2，可知物塊受摩擦力作用，物塊和木楔的受力如圖所示：對(duì)物塊，由牛頓第二定律得：mgsin9-f=maf1=4.3Nmgc

7、os9-N=0叫=53n對(duì)木楔，設(shè)地面對(duì)木楔的摩擦力如圖所示，由平衡條件：f=NSin9fCos9=0.61Nf的結(jié)果為正值，說明所設(shè)的方向與圖設(shè)方向相同.【解題回顧】物理習(xí)題的解答，重在對(duì)物理規(guī)律的理解和運(yùn)用，忌生拉硬套公式.對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體，理解物體間相互作用的規(guī)律，正確選取并轉(zhuǎn)移研究對(duì)象，是解題的基本能力要求.本題也可以用整體法求解：對(duì)物塊沿斜向下的加速度分解為水平方向acos9和豎直方向asin9,其水平方向上的加速度是木楔對(duì)木塊作用力的水平分量產(chǎn)生的，根據(jù)力的相互作用規(guī)律，物塊對(duì)木楔的水平方向的作用力也是macos9，再根據(jù)木楔靜止的現(xiàn)象，由平衡條件，得地面對(duì)木楔的摩擦力一定是

8、macos9=0.61N.當(dāng)盤靜止時(shí)，彈設(shè)彈簧總在彈【例4】有一輕質(zhì)彈簧上端固定，下端掛一個(gè)質(zhì)量為m0的平盤，盤中有一物體質(zhì)量為m.簧長度比自然長度伸長了L,如圖。今向下拉盤使彈簧伸長AL后停止，然后松手放開,性限度以內(nèi)，則松開手時(shí)盤對(duì)物體支持力為(1+L/L)當(dāng)盤靜止時(shí)，彈設(shè)彈簧總在彈-2 -Caa,TT二、多選題6、光滑水平面上疊放著兩個(gè)物體A和氏如圖所示，水平拉力F二、多選題6、光滑水平面上疊放著兩個(gè)物體A和氏如圖所示，水平拉力F作用在物體B上，使它們從靜止開始一起運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過時(shí)間t撤去拉力F,再經(jīng)過時(shí)間t,物體A、B的動(dòng)能分別為E和E。在運(yùn)動(dòng)過程中A、B始終保持相對(duì)靜AB止，以下幾種說法

9、：(AC)E+E等于拉力F做的功ABE+E小于拉力F做的功ABE等于撤去拉力F前摩擦力對(duì)物體A做的功AE大于撤去拉力F前摩擦力對(duì)物體A做的功AABCD7、如圖(a)所示，質(zhì)量為2m的長木板，靜止地放在光滑的水平面上，另一質(zhì)量為m的小鉛塊(可視為質(zhì)點(diǎn))以水平速度v0滑上木板左端，恰能滑至木板右端且與木板保持相對(duì)靜止，鉛塊運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦力始終不變。若將木板分成長度與質(zhì)量均相等(即mi=ni=m)的兩段1、2后緊挨著放在同一水平面上，讓小鉛塊以相同的初速度Vo由木板1的左端開始運(yùn)動(dòng)，如圖(b)所示，則下列說法正確的是(AD)小鉛塊滑到木板2的右端前就與之保持相對(duì)靜止小鉛塊滑到木板2的右端與之保持相

10、對(duì)靜止(a)、(b)兩種過程中產(chǎn)生的熱量相等；(a)示過程產(chǎn)生的熱量大于(b)示過程產(chǎn)生的熱量8、如圖所示，質(zhì)量為m的木塊放在傾角為8的光滑斜面上，A.B.C.D.已知斜面體與于靜止?fàn)顟B(tài)，為p問至少到地面?平向右運(yùn)動(dòng)于靜止?fàn)顟B(tài)，為p問至少到地面?平向右運(yùn)動(dòng)地面之間也是光滑的。在木塊下滑的過程中，則：(ACDA、木塊所受的彈力對(duì)木塊做負(fù)功B、木塊的機(jī)械能守恒C、木塊和斜面體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D、斜面體對(duì)地面的壓力一定小于兩個(gè)物體的重力之和9、如圖所示，斜面上除一AB段粗糙外，其余部分均是光滑的，小物體與AB段的動(dòng)摩擦因數(shù)處處相等。今使該物體從斜面的頂端由靜止開始下滑，經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度與經(jīng)過C點(diǎn)

11、時(shí)的速度相等，已知AB=BC,則下列說法正確的是(ABC)A、物體在AB段與BC段的加速度大小相等;B、物體在AB段與BC段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等；C、重力在這兩段中所做的功相等；D、物體在AB段與BC段的動(dòng)量變化相等。三、計(jì)算題10、如圖所示，用固定檔板P將質(zhì)量為m的小球擋在光滑斜面上處已知斜面體質(zhì)量為m,傾角為e，斜面體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)以多大的水平恒力F向右拉動(dòng)斜面體時(shí)，小球才能做自由落體運(yùn)動(dòng)解：設(shè)小球自由落體運(yùn)動(dòng)到地面上下落高度為h,則斜面體至少水位移x:hcot02分1TOC o 1-5 h z對(duì)小球:h=2gt2(2)2分1對(duì)斜面體，x:2at2(3)2分由以上兩式解得：a=gcot0

12、(4)3分以斜面體為研究對(duì)象有：F-pMg=Ma(5)2分F=pMg+Mgcot0=(p+cot0)Mg(6)2分11、質(zhì)量為m=l.Okg、帶電量Q=+2.5X10-4C的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放在質(zhì)量為M=2.0kg的絕緣長木板的左端，木板放在光滑水平面上，滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為u=O.2,木板長L=1.5m,開始時(shí)兩者都處于靜止?fàn)顟B(tài)，所在空間加有一個(gè)方向豎直向下強(qiáng)度為正=4.0X104N/C的勻強(qiáng)電場，如圖所示。取g=l0m/s2,試求：用水平力F0拉小滑塊，要使小滑塊與木板以相同的速度一起運(yùn)動(dòng)，力F0應(yīng)滿足什么條件？度為為使滑塊與木對(duì)于滑塊有:即為使滑塊與用水平恒力F拉小滑塊向木板

13、的右端運(yùn)動(dòng)，要使滑塊在1.0s末從木板右端滑出，力F應(yīng)為多大？(設(shè)m與度為為使滑塊與木對(duì)于滑塊有:即為使滑塊與解:(1)當(dāng)拉力F0作用于滑塊m上，木板能夠產(chǎn)生的最大加速板共同運(yùn)動(dòng)，滑塊最大加速度FO-u(mg+qE)=mamFO=u(mg+qE)+mam=6.0N木板之間無相對(duì)滑動(dòng)，力F0不應(yīng)超過6.0N.(2)設(shè)滑塊相對(duì)于水平面的加速度為al,木板的加速度為a2,由運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系可知:滑動(dòng)過程中木板的加速度，則可得滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度對(duì)滑塊:F=u(mg+qE)+ma1=9.0N12、如圖所示的裝置可以測量飛行器在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度.該裝置是在矩形箱子的上、下壁上各安裝一個(gè)可以測力的

14、傳感器，分別連接兩根勁度系數(shù)相同(可拉伸可壓縮)的輕彈簧的一端，彈簧的另一端都固定在一個(gè)滑塊上，滑塊套在光滑豎直桿上.現(xiàn)將該裝置固定在一飛行器上，傳感器P在上，傳感器Q在下.飛行器在地面靜止時(shí)，傳感器P、Q顯示的彈力大小均為10N.求：滑塊的質(zhì)量.(地面處的g=10m/s2)R當(dāng)飛行器豎直向上飛到離地面4處，此處的重力加速度為多大？(R是地球的半徑)若在此高度處傳感器P顯示的彈力大小為F=20N,此時(shí)飛行器的加速度是多大？G2F解：(1)m=一=-gg(2)mg二(2)mg二GMmR(R+丿24Mm,mg二解之得g二亍g二6.4m/s2(R+-)242Frmg(3)由牛頓第二定律，得2Fmg二

15、ma,所以a二二13.6m/s2.m13、質(zhì)量為M的特殊平板在光滑的水平面上以速度v0=4m/s向右勻速運(yùn)動(dòng)，在平板上方存在厚度的d=2cm的“相互作用區(qū)域”（如圖中虛線部分所示），“相互作用區(qū)域”上方高h(yuǎn)=20cm處有一質(zhì)量為m的靜止物塊P。平板的右端A經(jīng)過物塊P的正下方時(shí)，P同時(shí)無初速度釋放。當(dāng)物塊P以速度vi進(jìn)入相互作用區(qū)時(shí)，平板對(duì)P立即產(chǎn)生一個(gè)豎直向上的恒力F；當(dāng)P與平板接觸時(shí)F方向立即變豎直向下而大小保持不變。已知M=3m，F(xiàn)=kmg，k=11，物塊與平板間的動(dòng)摩擦因數(shù)卩=112，取重力加速度g=10m/s2，不計(jì)空氣阻力，試求：（1）物塊P下落至平板剛接觸時(shí)的速度v2多大？（2）物塊P釋放后經(jīng)多長時(shí)間t與平板接觸？T相互件用區(qū)（3）欲使物塊P不致于落到光滑的水平面上，平板LT相互件用區(qū)u12=2gh2分u2-u2=2ad212分-(kmg-mg)a=m2分由解得u2=01分（2）P先做自由落體運(yùn)動(dòng)過程，有h=U古t2t12分進(jìn)入相互作用區(qū)做勻減速運(yùn)動(dòng)過程，有,0+ud=2t22分u1=2gh=2m/s由式解得t1=0.2st2=0.02s（1）P先做自由落體運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入相互作用區(qū)做勻減速運(yùn)動(dòng)所以P釋放后到