2018-2019高中物理 第5章 研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系章末總結(jié)學(xué)案 滬科版必修1.doc

第5章 研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系章末總結(jié)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)平行四邊形定則：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(xiàn)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，大小為F10 N，刷子的質(zhì)量為m0.5 kg，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)4 m，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，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，設(shè)滑動(dòng)摩擦力為f，天花板對(duì)刷子的彈力為N，受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得(Fmg)sin 37(Fmg)cos 37ma代入數(shù)據(jù)，得a2 m/s2.(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，得Lat2，代入數(shù)據(jù)解得t2 s.答案(1)2 m/s2(2)2 s二、圖像在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用1常見(jiàn)的圖像形式在動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，常見(jiàn)、常用的圖像是位移圖像(st圖像)、速度圖像(vt圖像)和力的圖像(Ft圖像)等，這些圖像反映的是物體的運(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對(duì)Ft圖像要結(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)3對(duì)at圖像，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4對(duì)Fa圖像，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)系式明確圖像的斜率、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g10 m/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：02 s內(nèi)，a m/s20.5 m/s2根據(jù)牛頓第二定律可得：前2 s有F1mgsin ma2 s后有F2mgsin ，聯(lián)立兩式代入數(shù)據(jù)可解得：m1 kg，30.答案(1)1 kg(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g10 m/s2.由這兩個(gè)圖像可以求得物塊的質(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3A0.5 kg,0.4B1.5 kg，C0.5 kg,0.2 D1 kg,0.2答案A解析由Ft圖像和vt圖像可得，物塊在2 s到4 s內(nèi)所受外力F13 N，物塊做勻加速運(yùn)動(dòng)，a m/s22 m/s2，F(xiàn)1fma，物塊在4 s到6 s所受外力F22 N，物塊做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則F2f，fmg聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得m0.5 kg，0.4，故A選項(xiàng)正確三、傳送帶問(wèn)題傳送帶傳送貨物時(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，分析物體受到傳送帶的摩擦力方向，進(jìn)而分析物體的運(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)，一般物體對(duì)傳送帶的摩擦力不影響傳送帶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)例3如圖4所示，水平傳送帶正在以v4 m/s的速度勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，質(zhì)量為m1 kg的某物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.1，將該物塊從傳送帶左端無(wú)初速度地輕放在傳送帶上(g取10 m/s2)圖4(1)如果傳送帶長(zhǎng)度L4.5 m，求經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間物塊將到達(dá)傳送帶的右端；(2)如果傳送帶長(zhǎng)度L20 m，求經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間物塊將到達(dá)傳送帶的右端解析物塊放到傳送帶上后，在滑動(dòng)摩擦力的作用下先向右做勻加速運(yùn)動(dòng)由mgma得ag，若傳送帶足夠長(zhǎng)，勻加速運(yùn)動(dòng)到與傳送帶同速后再與傳送帶一同向右做勻速運(yùn)動(dòng)物塊勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t14 s物塊勻加速運(yùn)動(dòng)的位移s1atgt8 m(1)因?yàn)?.5 m<8 m，所以物塊一直加速，由Lat2得t3 s(2)因?yàn)?0 m>8 m，所以物塊速度達(dá)到傳送帶的速度后，摩擦力變?yōu)?，此后物塊與傳送帶一起做勻速運(yùn)動(dòng)，物塊勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2 s3 s故物塊到達(dá)傳送帶右端的時(shí)間tt1t27 s.答案(1)3 s(2)7 s1(動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題)如圖5所示，在傾角37的足夠長(zhǎng)的固定的斜面底端有一質(zhì)量m1.0 kg的物體物體與斜面間動(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F10 N，方向平行斜面向上經(jīng)時(shí)間t4.0 s繩子突然斷了，求：圖5(1)繩斷時(shí)物體的速度大小(2)從繩子斷了開(kāi)始到物體再返回到斜面底端的運(yùn)動(dòng)時(shí)間(已知sin 370.60，cos 370.80，取g10 m/s2)答案(1)8.0 m/s(2)4.2 s解析(1)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受拉力F、斜面支持力N、重力mg和摩擦力f，如圖甲所示，設(shè)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的加速度為a1，根據(jù)牛頓第二定律有：Fmgsin fma1又fN，Nmgcos 聯(lián)立以上各式代入數(shù)據(jù)解得：a12.0 m/s2t4.0 s時(shí)物體的速度大小v1a1t8.0 m/s(2)繩斷時(shí)物體距斜面底端的位移為s1a1t216 m，繩斷后物體沿斜面向上做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a2，受力分析如圖乙所示，則根據(jù)牛頓第二定律有：mgsin fma2，解得a28.0 m/s2物體勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t21.0 s物體勻減速運(yùn)動(dòng)的位移為s2v1t24.0 m此后物體沿斜面勻加速下滑，設(shè)物體沿斜面下滑的加速度為a3，受力分析如圖丙所示根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin fma3，得a34.0 m/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s1s2a3t，t3 s3.2 s，所以物體從繩子斷了開(kāi)始到返回斜面底端的時(shí)間為tt2t34.2 s.2(圖像在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用)如圖6甲所示為一風(fēng)力實(shí)驗(yàn)示意圖開(kāi)始時(shí)，質(zhì)量為m1 kg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t10.4 s后撤去風(fēng)力小球沿細(xì)桿運(yùn)動(dòng)的vt圖像如圖乙所示(g取10 m/s2)，試求：圖6(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)1.2 m(2)0.25(3)7.5 N解析(1)由圖像可得1 m/s故小球沿細(xì)桿滑行的距離st1.2 m(2)減速階段的加速度大小a22.5 m/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a15 m/s2由牛頓第二定律得Fmgma1，解得F7.5 N3(傳送帶問(wèn)題)如圖7所示，水平傳送帶以2 m/s的速度勻速運(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，(g10 m/s2)試求：圖7(1)工件開(kāi)始時(shí)的加速度a；(2)工件加速到2 m/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)1 m/s2，方向水平向右(2)2 m(3)11 s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fmg，工件加速度ag0.110 m/s21 m/s2，方向水平向右(2)工件加速到2 m/s所需時(shí)間t0 s2 s在t0時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移s0at122 m2 m(3)由于s0<20 m，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端經(jīng)過(guò)時(shí)間t0后，工件做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t1 s9 s所以工件由傳送帶左端運(yùn)動(dòng)到右端的時(shí)間為：tt0t111 s