人教版高一物理必修牛頓運動定律的幾類典型問題習題課(共26張)

第四章運動和力的關(guān)系習題課：牛頓運動定律的幾類典型問題

受力分析就是把物體所受外力的詳細情況，全面、細致地分析清楚！并用力的示意圖方法規(guī)范地表示出來！何為“受力分析”？

受力分析的技能，是解決全部力學問題的核心技能與技巧。是每一個學習物理的同學都必須充分地掌握的！凡是在力學的學習過程中的感到比較困難的同學，大多數(shù)都緣于其較差的受力分析水平和不良的受力分析習慣?。?！鄭重告誡：種類產(chǎn)生條件方向大小特點有質(zhì)量的兩個物體之間重心（重心不一定在物體上）沿兩物體中心連線向里萬有引力重力物體在地球表面及附近總是豎直向下跟水平面垂直1.普遍性2.相互性3.宏觀性一．高中物理中常見的幾種力重力是萬有引力的一個分力物體在赤道時物體在兩極時如果不考慮地球自轉(zhuǎn)，物體在地球表面及其附近時，可認為萬有引力等于重力。星球的解體問題種類產(chǎn)生條件方向大小特點兩個物體直接接觸，發(fā)生彈性形變。2.輕繩：沿繩且離開受力物體1.彈簧的彈力F=kx2.牛頓定律或平衡條件計算彈力3.輕桿：桿對物體的彈力不一定沿桿的方向1.接觸面：垂直于接觸面，跟形變方向相反彈力和靜摩擦力是被動力，它們由主動力和物體的運動狀態(tài)（加速度）共同決定。通常用平衡條件或牛頓運動定律判斷方向和求解大小。摩擦力滑動摩擦力靜摩擦力1.接觸面粗糙2.相互接觸3.發(fā)生彈性形變有相對運動趨勢有相對運動1.與彈力方向垂直2.與接觸面相切與相對運動方向相反與相對運動趨勢方向相反兩個有關(guān)兩個無關(guān)牛頓定律或平衡條件計算0<f≤fm滑動摩擦力大小可根據(jù)f=μN直接求解或根據(jù)牛頓定律和平衡條件間接求解種類產(chǎn)生條件方向大小特點只要電荷在電場中就會受到電場力正（負）電荷受到電場力的方向與電場方向相同（反）電場力做功與路徑無關(guān)，電場力做功等于電勢能的減少量電場力磁場力洛倫茲力安培力通電導線在磁場中，并且電流方向和磁場方向不平行。運動電荷在磁場中，并且運動方向和磁場方向不平行。左手定則。安培力的方向總是垂直電流方向和磁場方向決定的平面。左手定則。洛倫茲力的方向總是垂直電荷速度方向和磁場方向決定的平面。洛倫茲力永遠不做功。1.勻強磁場2.B、I垂直3.L為有效長度1.勻強磁場2.B、v垂直安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。兩者大小為倍數(shù)關(guān)系，方向相同一、力的物質(zhì)性：任何一個力都不可能脫離物體而單獨存在，必須同時與兩個物體相聯(lián)系，即施力物體和受力物體。二、力的條件性：依據(jù)各種力產(chǎn)生和存在的條件和特性進行受力分析。在分析某個力是否存在時，必須根據(jù)該力產(chǎn)生的的條件是否完全具備來判斷。比如：兩物體若未直接接觸，則不存在彈力和摩擦力；兩個物體直接接觸，但沒有相互擠壓，則不存在彈力，也不存在摩擦力；兩個物體接觸面光滑，則一定不存在摩擦力等等例1：子彈從槍口射擊后，在跟水平成30°仰角的方向上運動，畫出子彈的受力分析圖。二、受力分析四依據(jù)三、力的相互性：某物體對其它物體施加了力的同時，也必然受到其它物體對它的力的作用。不存在只施力而不受力的物體，也不存在只受力而不施力的物體。在分析幾個相互聯(lián)系的物體的受力情況時，可從力的相互性考慮。四、力和運動的一致性：物體處于怎樣的運動狀態(tài)是由受力情況決定的,受力情況和運動狀態(tài)總是一致的.比如：處于平衡狀態(tài)（靜止或勻速運動）的物體,其合外力為零等等。例2如圖，兩物塊在水平拉力作用下作勻速直線運動，兩物塊保持相對靜止,分別畫出兩物受力分析圖。二、受力分析四依據(jù)1、明確研究對象，即明確分析哪個物體的受力情況。2、隔離研究對象。將研究對象從周圍的物體中隔離出來，并分析周圍有哪些物體對研究對象施加了力的作用。3.要養(yǎng)成按步驟分析力的習慣。A.重力一定有:作用點在物體的重心.B.彈力看四周:看研究對象與跟其他物體有幾個接觸點(面),某個點(面)若有擠壓,則畫出彈力.C.摩擦力看接觸面:注意有彈力的接觸面如果是不光滑的,并且有相對運動或相對運動趨勢時,則畫出摩擦力.

一重二彈三摩擦四其他三、受力分析的一般步驟：※四、注意事項：1、分析一個力，都應找到施力物體，沒有施力物體的力是不存在的，這是防止“多力”的有效措施之一。2、只分析研究對象所受的力，不分析研究對象對其他物體所施的力。3、判斷彈力有無和靜摩擦力有無及方向可用假設(shè)法4、不要把“效果力”和“性質(zhì)力”混淆重復分析，通常只分析“性質(zhì)力”不分析“效果力”。7、受力分析時，把研究對象當作一個質(zhì)點（除輕桿）來處理，所有力都畫在同一點上。5、結(jié)合物體的運動狀態(tài)和力作用的相互性也是確保受力分析正確的有效途徑。6、用整體法進行受力分析時，系統(tǒng)以外的物體對系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力都認為是系統(tǒng)受到的力，系統(tǒng)內(nèi)物體之間的作用力（內(nèi)力）不需要畫出來。瞬時加速度問題情景導引

如圖所示,用手向下壓彈簧玩偶的頭部,若人向下壓的力為F,彈簧玩偶的頭部質(zhì)量為m,人手實然撤離時,彈簧玩偶頭部的加速度為多大

要點提示

人手向下壓時,彈簧玩偶的頭部受三個力作用:手向下的壓力F、重力mg和彈簧的彈力FN,三力作用下彈簧玩偶頭部處于平衡狀態(tài),所以FN=mg+F,當人手離開的瞬間,彈力和重力不變,所以彈簧玩偶頭部的加速度為

。探究一探究二探究三探究一探究二探究三知識歸納兩類模型根據(jù)牛頓第二定律,加速度a與合外力F存在著瞬時對應關(guān)系。所以分析物體在某一時刻的瞬時加速度,關(guān)鍵是分析該時刻物體的受力情況及運動狀態(tài),再由牛頓第二定律求出瞬時加速度。應注意兩類基本模型的區(qū)別:(1)剛性繩(或接觸面)模型:這種不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體,剪斷(或脫離)后,彈力立即改變或消失,形變恢復幾乎不需要時間。(2)彈簧(或橡皮繩)模型:此種物體的特點是形變量大,形變恢復需要較長時間,在瞬時問題中,其彈力的大小往往可以看成是不變的。典例剖析【例1】

如圖中小球質(zhì)量為m,處于靜止狀態(tài),彈簧與豎直方向的夾角為θ。則:(1)繩OB和彈簧的拉力各是多少?(2)若燒斷繩OB瞬間,物體受幾個力作用?這些力的大小是多少?(3)燒斷繩OB瞬間,求小球m的加速度的大小和方向。探究一探究二探究三受力條件變化時瞬時加速度的求解思路(1)分析原狀態(tài)(給定狀態(tài))下物體的受力情況,求出各力大小(若物體處于平衡狀態(tài),則利用平衡條件;若處于加速狀態(tài)則利用牛頓運動定律)。(2)分析當狀態(tài)變化時(燒斷細線、剪斷彈簧、抽出木板、撤去某個力等),哪些力變化,哪些力不變,哪些力消失(被剪斷的繩、彈簧中的彈力,發(fā)生在被撤去物接觸面上的彈力都立即消失)。(3)求物體在狀態(tài)變化后所受的合外力,利用牛頓第二定律,求出瞬時加速度。探究一探究二探究三變式訓練1(多選)質(zhì)量均為m的A、B兩球之間連有一輕彈簧,放在光滑的水平臺面上,A球緊靠墻壁,如圖所示。今用力F將B球向左推壓彈簧,靜止后,突然將力F撤去的瞬間(

)解析

撤去F之前,水平方向受到推力F和彈簧的彈力作用,處于靜止狀態(tài),有:F=F彈。A球受到彈簧向左的彈力和墻壁向右的支持力處于靜止狀態(tài)。F撤去瞬間,彈簧彈力不變,所以A球受力不變,合力仍然為零,加速度為零,A錯誤,B正確;對于B球,此時水平方向只受到彈簧向右的彈力,所以加速度

,C錯誤,D正確,故選B、D。答案

BD探究一探究二探究三探究一探究二探究三動力學中的臨界和極值問題情景導引

許多生意火爆的餐廳要求服務員服務更多的顧客,服務員需要用最短的時間將菜肴送至顧客處。假定某服務員用手托托盤方式(如圖)給顧客上菜,要求全程托盤水平。托盤和手之間的動摩擦因數(shù)為0.2,g取10m/s2,可認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。服務員運動的最大加速度是多少?要點提示

托盤受摩擦力而加速,它的最大加速度為2

m/s2,為了手與托盤間不打滑,服務員的加速度最大不能超過2

m/s2。知識歸納1.詞語判斷若題目中出現(xiàn)“最大”“最小”“剛好”等詞語時,一般都有臨界狀態(tài)出現(xiàn)。分析時,可用極限法,即把問題(物理過程)推到極端,分析在極端情況下可能出現(xiàn)的狀態(tài)和滿足的條件。2.狀態(tài)銜接處判斷在某些物理情景中,由于條件的變化,會出現(xiàn)兩種不同狀態(tài)的銜接,在這兩種狀態(tài)的分界處,某個(或某些)物理量可以取特定的值,例如具有最大值或最小值。探究一探究二探究三3.常見類型(1)彈力發(fā)生突變的臨界條件彈力發(fā)生在兩物體的接觸面之間,是一種被動力,其大小由物體所處的運動狀態(tài)決定。相互接觸的兩個物體將要脫離的臨界條件是彈力為零。(2)摩擦力發(fā)生突變的臨界條件摩擦力是被動力,由物體間的相對運動趨勢決定。①靜摩擦力為零是狀態(tài)方向發(fā)生變化的臨界狀態(tài);②靜摩擦力最大是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)。探究一探究二探究三典例剖析【例2】

如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上端固定一勁度系數(shù)為k的輕彈簧,彈簧下端連有一質(zhì)量為m的小球,小球被一垂直于斜面的擋板A擋住,此時彈簧沒有形變。若手持擋板A以加速度a(a<gsinθ)沿斜面勻加速下滑,求:(1)從擋板開始運動到小球與擋板分離所經(jīng)歷的時間。(2)從擋板開始運動到小球的速度達到最大,小球經(jīng)過的最小路程。探究一探究二探究三解析

(1)當小球與擋板分離時,擋板對小球的作用力恰好為零,對小球由牛頓第二定律得mgsin

θ-kx=ma探究一探究二探究三解決此類問題的關(guān)鍵是對物體運動情況的正確描述,對臨界狀態(tài)的判斷與分析,找出處于臨界狀態(tài)時存在的獨特的物理關(guān)系,即臨界條件。常見的三類臨界問題的臨界條件:(1)相互接觸的兩個物體將要分離的臨界條件是相互作用的彈力為零。(2)繩子松弛的臨界條件是繩的拉力為零。(3)存在靜摩擦的系統(tǒng),相對滑動與相對靜止的臨界條件是靜摩擦力達到最大值。探究一探究二探究三變式訓練2如圖所示,細線的一端固定在傾角為45°的光滑楔形滑塊A的頂端P處,細線的另一端拴一質(zhì)量為m的小球。

(1)當滑塊至少以多大的加速度a向左運動時,小球?qū)瑝K的壓力等于零?(2)當滑塊以a'=2g的加速度向左運動時,線中拉力為多大?探究一探究二探究三探究一探究二探究三連接體問題情景導引

如圖,用力F把水迅速提起來,如何知道桶中的水對桶底的壓力呢?

要點提示

水桶和水有相同的加速度和速度,即運動狀態(tài)相同,可先把水桶和水看作一個整體,由牛頓第二定律求出共同的加速度。再隔離水分析,由牛頓第二定律求出壓力大小。知識歸納1.連接體及其特點多個相互關(guān)聯(lián)的物體連接(疊放,并排或由繩子、細桿聯(lián)系)在一起的物體組稱為連接體。連接體一般具有相同的運動情況(速度、加速度)。2.處理連接體問題的常用方法(1)整體法:若連接物具有相同的加速度,可以把連接體看成一個整體作為研究對象,只分析外力,不分析內(nèi)力。(2)隔離法:把研究的物體從周圍物體中隔離出來,單獨進行分析,從而求解物體之間的相互作用力。整體法和隔離法不是對立的,往往二者配合使用。探究一探究二探究三典例剖析【例3】

北京殘奧會開幕式上,運動員手拉繩索向上攀登,最終點燃了主火炬,體現(xiàn)了殘疾運動員堅忍不拔的意志和自強不息的精神。為了探究上升過程中運動員與繩索和吊椅間的作用,可將過程簡化。一根不可伸縮的輕繩跨過輕質(zhì)的定滑輪,一端掛一吊椅,另一端被坐在吊椅上的運動員拉住,如圖所示。設(shè)運動員的質(zhì)量為65kg,吊椅的質(zhì)量為15kg,不計定滑輪與繩子間的摩擦。重力加速度g取10m/s2。當運動員與吊椅一起正以加速度a=1m/s2上升時,試求:(1)運動員豎直向下拉繩的力的大小。(2)運動員對吊椅的壓力大小。探究一探究二探究三答案

(1)440N

(2)275N整體法和隔離法在動力學問題中的應用技巧(1)隔離法的選取原則:若連接體或關(guān)聯(lián)體內(nèi)各物體的加速度不相同,或者要求出系統(tǒng)內(nèi)兩物體之間的作用力時,就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來,應用牛頓第二定律列方