高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案+檢測(cè)(新人教版)必修1

1、【步步高】2015年秋高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案+檢測(cè) 新人教版必修1一、動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題1掌握解決動(dòng)力學(xué)兩類(lèi)基本問(wèn)題的思路方法其中受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析是基礎(chǔ)，牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是工具，加速度是連接力和運(yùn)動(dòng)的橋梁2求合力的方法(1)合成法若物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下產(chǎn)生加速度，可用平行四邊形定則求F合，然后求加速度(2)正交分解法：物體受到三個(gè)或三個(gè)以上的不在同一條直線上的力作用時(shí)，常用正交分解法一般把力沿加速度方向和垂直于加速度方向進(jìn)行分解例1如圖1所示，樓梯口一傾斜的天花板與水平地面成37角，一裝潢工人手持木桿綁著刷子粉刷天花板，工人所持木桿對(duì)刷子的作用力始終保持豎直向上

2、，大小為F10N，刷子的質(zhì)量為m0.5kg，刷子可視為質(zhì)點(diǎn)，刷子與天花板間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，天花板長(zhǎng)為L(zhǎng)4m，g取10m/s2，sin370.6，cos370.8，試求：圖1(1)刷子沿天花板向上的加速度；(2)工人把刷子從天花板底端推到頂端所用的時(shí)間解析(1)以刷子為研究對(duì)象，受力分析如圖設(shè)滑動(dòng)摩擦力為Ff，天花板對(duì)刷子的彈力為FN，由牛頓第二定律得(Fmg)sin37(Fmg)cos37ma代入數(shù)據(jù)，得a2m/s2.(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，得Lat2代入數(shù)據(jù)，得t2s.答案(1)2m/s2(2)2s二、圖象在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用1常見(jiàn)的圖象形式在動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，常見(jiàn)、常用的圖象是位移圖象(x

3、t圖象)、速度圖象(vt圖象)和力的圖象(Ft圖象、Fa圖象)等，這些圖象反映的是物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、受力規(guī)律，而絕非代表物體的運(yùn)動(dòng)軌跡2圖象問(wèn)題的分析方法(1)對(duì)Ft圖象要結(jié)合物體受到的力，根據(jù)牛頓第二定律分別求出各段的加速度，分析每一時(shí)間段的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(2)對(duì)at圖象，要注意加速度的正、負(fù)，分析每一段的運(yùn)動(dòng)情況，然后結(jié)合物體的受力情況根據(jù)牛頓第二定律列方程(3)對(duì)Fa圖象，首先要根據(jù)具體的物理情景，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出aF間的函數(shù)關(guān)系式，由函數(shù)關(guān)系式明確圖象的斜率、截距的意義，從而求出未知量例2如圖2甲所示，固定光滑細(xì)桿與地面成一定夾角為，在桿上套有一個(gè)光滑小環(huán)，小環(huán)在

4、沿桿方向的推力F作用下向上運(yùn)動(dòng)，推力F與小環(huán)速度v隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示，取重力加速度g10m/s2.求：圖2(1)小環(huán)的質(zhì)量m；(2)細(xì)桿與地面間的夾角.解析由題圖得：02s內(nèi)，am/s20.5 m/s2根據(jù)牛頓第二定律可得：前2s有F1mgsinma2s后有F2mgsin，代入數(shù)據(jù)可解得：m1kg，30.答案(1)1kg(2)30針對(duì)訓(xùn)練放在水平地面上的一物塊，受到方向不變的水平推力F的作用，F(xiàn)的大小與時(shí)間t的關(guān)系如圖3甲所示，物塊速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示取重力加速度g10m/s2.由這兩個(gè)圖象可以求得物塊的質(zhì)量m和物塊與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為()甲乙圖3A0.5kg,0.4B

5、1.5kg，C0.5kg,0.2D1kg,0.2答案A解析由Ft圖象和vt圖象可得，物塊在2s到4s內(nèi)所受外力F3N，物塊做勻加速運(yùn)動(dòng)，am/s22 m/s2，F(xiàn)Ffma，F(xiàn)fmg，即310m2m物塊在4s到6s所受外力F2N，物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則FFf，F(xiàn)mg，即10m2由解得m0.5kg，0.4，故A選項(xiàng)正確三、傳送帶問(wèn)題傳送帶傳遞貨物時(shí)，一般情況下，由摩擦力提供動(dòng)力，而摩擦力的性質(zhì)、大小、方向和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)分析傳送帶問(wèn)題時(shí)，要結(jié)合相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，分析貨物受到傳送帶的摩擦力方向，進(jìn)而分析貨物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是解題的關(guān)鍵注意因傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，一般貨物對(duì)傳送帶的摩擦力不影響傳送帶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)例

6、3某飛機(jī)場(chǎng)利用如圖4所示的傳送帶將地面上的貨物運(yùn)送到飛機(jī)上，傳送帶與地面的夾角30，傳送帶兩端A、B的距離L10m，傳送帶以v5m/s的恒定速度勻速向上運(yùn)動(dòng)在傳送帶底端A輕放上一質(zhì)量m5kg的貨物，貨物與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù).求貨物從A端運(yùn)送到B端所需的時(shí)間(g取10m/s2)圖4解析以貨物為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得mgcos30mgsin30ma解得a2.5m/s2貨物勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t12s貨物勻加速運(yùn)動(dòng)位移x1at5m然后貨物做勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)位移x2Lx15m勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t21s貨物從A到B所需的時(shí)間tt1t23s答案3s四、共點(diǎn)力作用下的平衡問(wèn)題的常用方法1矢量三角形法(合成法)物體受

7、三個(gè)力作用而平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等、方向相反，且這三個(gè)力首尾相接構(gòu)成封閉三角形，可以通過(guò)解三角形來(lái)求解相應(yīng)力的大小和方向常用的有直角三角形、動(dòng)態(tài)三角形和相似三角形2正交分解法在正交分解法中，平衡條件F合0可寫(xiě)成：FxF1xF2xFnx0(即x方向合力為零)；FyF1yF2yFny0(即y方向合力為零)3.整體法和隔離法：在選取研究對(duì)象時(shí)，為了弄清楚系統(tǒng)(連接體)內(nèi)某個(gè)物體的受力情況，可采用隔離法；若只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)部某些物體的受力時(shí)，可采用整體法 例4如圖5所示，質(zhì)量m15kg的物體，置于一粗糙的斜面體上，斜面傾角為30，用一平行于斜面的大小為30N的力F推

8、物體，物體沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)斜面體質(zhì)量m210kg，且始終靜止，g取10m/s2，求：圖5(1)斜面體對(duì)物體的摩擦力；(2)地面對(duì)斜面體的摩擦力和支持力解析(1)要求系統(tǒng)內(nèi)部的作用力，所以用隔離法對(duì)物體受力分析，如圖甲所示，沿平行于斜面的方向上有Fm1gsin30Ff，解得Ff5N，方向沿斜面向下(2)要求系統(tǒng)受的外力，用整體法因兩個(gè)物體均處于平衡狀態(tài)，故可以將物體與斜面體看做一個(gè)整體來(lái)研究，其受力如圖乙所示在水平方向上有Ff地Fcos3015N，方向水平向左；在豎直方向上有FN地(m1m2)gFsin30135N，方向豎直向上答案(1)5N，方向沿斜面向下(2)15N，方向水平向左135N，

9、方向豎直向上1.(動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題)如圖6所示，在傾角37的足夠長(zhǎng)的固定的斜面底端有一質(zhì)量m1.0kg的物體物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.25，現(xiàn)用輕細(xì)繩拉物體由靜止沿斜面向上運(yùn)動(dòng)拉力F10N，方向平行斜面向上經(jīng)時(shí)間t4.0s繩子突然斷了，求：圖6(1)繩斷時(shí)物體的速度大小；(2)從繩子斷開(kāi)始到物體再返回到斜面底端的運(yùn)動(dòng)時(shí)間(已知sin370.6，cos370.8，取g10m/s2)解析(1)物體向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受拉力F、斜面支持力FN、重力mg和摩擦力Ff，如圖所示，設(shè)物體向上運(yùn)動(dòng)的加速度為a1，根據(jù)牛頓第二定律有：FmgsinFfma1又FfFN，F(xiàn)Nmgcos解得：a12.0m/s2t

10、4.0s時(shí)物體的速度大小v1a1t8.0m/s(2)繩斷時(shí)物體距斜面底端的位移為x1a1t216m，繩斷后物體沿斜面向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a2，受力如圖所示，則根據(jù)牛頓第二定律有：mgsinFfma2解得a28.0m/s2物體勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t21.0s物體勻減速運(yùn)動(dòng)的位移為x2v1t24.0m此后物體沿斜面勻加速下滑，設(shè)物體下滑的加速度為a3，受力如圖所示根據(jù)牛頓第二定律可得mgsinFfma3，得a34.0m/s2設(shè)物體由最高點(diǎn)下滑到斜面底端的時(shí)間為t3，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得x1x2a3t，t3s3.2s，所以物體返回斜面底端的時(shí)間為tt2t34.2s.答案(1)8.0m

11、/s(2)4.2s2(圖象在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用)如圖7甲所示為一風(fēng)力實(shí)驗(yàn)示意圖開(kāi)始時(shí)，質(zhì)量為m1kg的小球穿在固定的足夠長(zhǎng)的水平細(xì)桿上，并靜止于O點(diǎn)現(xiàn)用沿桿向右的恒定風(fēng)力F作用于小球上，經(jīng)時(shí)間t10.4s后撤去風(fēng)力小球沿細(xì)桿運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖乙所示(g取10m/s2)，試求：圖7(1)小球沿細(xì)桿滑行的距離；(2)小球與細(xì)桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(3)風(fēng)力F的大小答案(1)1.2m(2)0.25(3)7.5N解析(1)由圖乙可得1m/s故小球沿細(xì)桿滑行的距離xt1.2m(2)減速階段的加速度大小a22.5m/s2由牛頓第二定律得mgma2即動(dòng)摩擦因數(shù)0.25(3)加速階段的加速度大小a15m/s2由牛頓

12、第二定律得Fmgma1解得F7.5N3(傳送帶問(wèn)題)如圖8所示，水平傳送帶以2m/s的速度運(yùn)動(dòng)，傳送帶長(zhǎng)AB20 m，今在其左端將一工件輕輕放在上面，工件被帶動(dòng)傳送到右端，已知工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.1，試求：(g10 m/s2)圖8(1)工件開(kāi)始時(shí)的加速度a；(2)工件加速到2m/s時(shí)，工件運(yùn)動(dòng)的位移；(3)工件由傳送帶左端運(yùn)動(dòng)到右端的時(shí)間答案(1)1m/s2，方向水平向右(2)2m(3)11s解析(1)工件被放在傳送帶上時(shí)初速度為零，相對(duì)于傳送帶向左運(yùn)動(dòng)，受滑動(dòng)摩擦力向右，大小為Ffmg，工件加速度ag0.110m/s21 m/s2，方向水平向右(2)工件加速到2m/s所需時(shí)間t0s2s在t0時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移x0at122m2m(3)由于x020m，故工件達(dá)到與傳送帶同樣的速度后與傳送帶相對(duì)靜止，一起運(yùn)動(dòng)至B端工件做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t1s9s所以工件由傳送帶左端運(yùn)動(dòng)到右端的時(shí)間為：tt0t111s4(共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題)如圖9所示，球A重G160N，斜面體B重G2100N，斜面傾角30，一切摩擦均不計(jì)，則水平力F為多大時(shí)，才