高中物理人教版第四章牛頓運動定律單元測試 第四章牛頓運動定律習(xí)題課二

第四章牛頓運動定律習(xí)題課二【學(xué)習(xí)目標(biāo)】應(yīng)用牛頓運動定律解決突變類類、連接體類、臨界類、整體法與隔離法類問題?！局攸c、難點】整體法與隔離法預(yù)習(xí)案【自主學(xué)習(xí)】1、如何理解物體運動的加速度a與其所受的合外力F有瞬時對應(yīng)關(guān)系？舉例說明哪些模型力可突變？哪些不可突變？2、連接體問題如何處理？什么是整體法和隔離體法？試舉例說明。3、臨界問題有何標(biāo)志？【學(xué)始于疑】探究案【合作探究一】【例1】如圖所示，一個物體由A點靜止出發(fā)分別到達C1、C2、C3.物體在三條軌道上的摩擦不計，則（）A．物體到達C1點時的速度最大B．在C3上運動的加速度最小C．物體到達C1的時間最短D．物體分別在三條軌道上的運動時間相同【例2】如圖所示，幾個傾角不同的光滑斜面有相同的底邊．一小物體分別從各斜面頂端下滑到底端A，關(guān)于所用時間，下面說法正確的是（）A．傾角越大時間越短B．傾角越小時間越短C．傾角為45°時所用時間最短D．無法確定．歸納總結(jié)【合作探究二】【例1】如圖（a）所示，一質(zhì)量為m的物體系于長度分別為L1、L2的兩根輕質(zhì)細繩上，L1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為θ,L2水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)將L2線剪斷，求剪斷瞬間物體的加速度；若將細繩L1換成輕質(zhì)彈簧，如圖（b）所示，求剪斷L2瞬間物體的加速度。歸納總結(jié)：【合作探究三】【例1】．如圖所示，并排放在光滑水平面上的兩物體的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1=2m2．在用水平推力F向右推m1時，兩物體間的相互壓力的大小為N1．在用大小也為F的水平推力向左推m2時，兩物體間相互作用的壓力大小為N2，則（）A．N1=N2B．2N1=N2C．N1=2N2D．N1=N【例2】．如圖所示，質(zhì)量為M的木箱放在水平面上，木箱中的立桿上套著一個質(zhì)量為m的小球，開始時小球在桿的頂端，由靜止釋放后，小球沿桿下滑的加速度為重力加速度的二分之一，即a=g/2．則在小球下滑的過程中，木箱對地面的壓力為_______．圖4【例3】、一人在井下站在吊臺上，用如圖4所示的定滑輪裝置拉繩把吊臺和自己提升上來。圖中跨過滑輪的兩段繩都認為是豎直的且不計摩擦。吊臺的質(zhì)量m=15kg,人的質(zhì)量為M=55kg,起動時吊臺向上的加速度是a=0.2m/s2,求這時人對吊臺的壓力。(g=9.8m/s2圖4【合作探究四】【例1】如圖所示，斜面是光滑的，一個質(zhì)量是0.2kg的小球用細繩吊在傾角為53o的斜面頂端．斜面靜止時，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行；當(dāng)斜面以8m/s2的加速度向右做勻加速運動時，求繩子的拉力及斜面對小球的彈力．【例2】一質(zhì)量為M，傾角為θ的楔形木塊，放在水平桌面上，與桌面間的動摩擦因數(shù)為μ，一物塊質(zhì)量為m，置于楔形木塊的斜面上，物塊與斜面的接觸是光滑的．為了保持物塊相對斜面靜止，可用一水平力F推楔形木塊，如圖所示，求此水平力大小的表達式．歸納總結(jié)：【課堂小結(jié)/本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)】【思考】應(yīng)用牛頓運動定律解題時，在受力分析與運動分析時有哪些注意事項？【當(dāng)堂檢測】1、如圖所示，O、A、B、C、D五點在同一圓周上．OA、OB、OC、OD是四條光滑的弦，一小物體分別由O開始沿各弦下滑到A、B、C、D所用時間分別為tA、tB、tC、tD則（）A．tA>tB>tC>tDB．tA<tB<tC<tDC．tA＝tB＝tC＝tDD．無法確定．2、如右圖，輕彈簧上端與一質(zhì)量為m的木塊1相連，下端與另一質(zhì)量為M的木塊2相連，整個系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為a1、a2，重力加速度大小為g，則有（）A．，B．，C．，D．，3、如圖所示，m和M保持相對靜止，一起沿傾角為θ的光滑斜面下滑，則M和m間的摩擦力大小是多少？ab4、ab5、在2023年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。重力加速度取。當(dāng)運動員與吊椅一起正以加速度上升時，試求（1）運動員豎直向下拉繩的力；（2）運動員對吊椅的壓力?！菊n后鞏固】1．將一個物體以某一速度從地面豎直向上拋出，設(shè)物體在運動過程中所受空氣阻力大小不變，則物體（A）剛拋出時的速度最大（B）在最高點的加速度為零（C）上升時間大于下落時間（D）上升時的加速度等于下落時的加速度2．一質(zhì)量為M的探空氣球在勻速下降.若氣球所受浮力F始終保持不變,氣球在運動過程中所受阻力僅與速率有關(guān),重力加速度為g.現(xiàn)欲使該氣球以同樣速率勻速上升,則需從氣球吊籃中減少的質(zhì)量為()A.B.C.D.0mM3．如圖所示，質(zhì)量為M的框架放在水平地面上一輕質(zhì)彈簧上端固定在框架上，下端拴一個質(zhì)量為m的小球，當(dāng)小球上下振動時，框架始終沒有跳起，框架對地面的壓力為零的瞬間，小球的加速度的大小為（mMA．gB．(M-m)g/mC．0D．(M+m)g/m4．汶川大地震后，為解決災(zāi)區(qū)群眾的生活問題，黨和國家派出大量直升飛機空投救災(zāi)物資．有一直升機懸停在空中向地面投放裝有物資的箱子，如圖所示，設(shè)投放物資的初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運動過程中箱子始終保持圖示姿態(tài)，在箱子下落過程中，下列說法正確的是（）A．箱內(nèi)物體對箱子底部始終沒有壓力B．箱子剛從飛機上投下時，箱內(nèi)物體受到的支持力最大C．箱子接近地面時，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時大D．若下落距離足夠長，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來”5.圖為蹦極運動的示意圖。彈性繩的一端固定在點，另一端和運動員相連。運動員從點自由下落，至點彈性繩自然伸直，經(jīng)過合力為零的點到達最低點，然后彈起。整個過程中忽略空氣阻力。分析這一過程，下列表述正確的是（）①經(jīng)過點時，運動員的速率最大②經(jīng)過點時，運動員的速率最大③從點到點，運動員的加速度增大④從點到點，運動員的加速度不變A．①③B．②③C．①④ D．②④【答案】自主學(xué)習(xí)：1、突變類問題（力的瞬時性）1．物體運動的加速度a與其所受的合外力F有瞬時對應(yīng)關(guān)系，每一瞬時的加速度只取決于這一瞬時的合外力，而與這一瞬時之前或之后的力無關(guān)，不等于零的合外力作用的物體上，物體立即產(chǎn)生加速度；若合外力的大小或方向改變，加速度的大小或方向也立即（同時）改變；若合外力變?yōu)榱悖铀俣纫擦⒓醋優(yōu)榱悖ㄎ矬w運動的加速度可以突變）。2．中學(xué)物理中的“繩”和“線”，是理想化模型，具有如下幾個特性：=1\*GB3①輕：即繩（或線）的質(zhì)量和重力均可視為等于零，同一根繩（或線）的兩端及其中間各點的張力大小相等。=2\*GB3②軟：即繩（或線）只能受拉力，不能承受壓力（因繩能變曲），繩與其物體相互間作用力的方向總是沿著繩子且朝繩收縮的方向。=3\*GB3③不可伸長：即無論繩所受拉力多大，繩子的長度不變，即繩子中的張力可以突變。3．中學(xué)物理中的“彈簧”和“橡皮繩”，也是理想化模型，具有如下幾個特性：=1\*GB3①輕：即彈簧（或橡皮繩）的質(zhì)量和重力均可視為等于零，同一彈簧的兩端及其中間各點的彈力大小相等。=2\*GB3②彈簧既能承受拉力，也能承受壓力（沿著彈簧的軸線），橡皮繩只能承受拉力,不能承受壓力。=3\*GB3③由于彈簧和橡皮繩受力時，要發(fā)生形變需要一段時間，所以彈簧和橡皮繩中的彈力不能發(fā)生突變。4．做變加速度運動的物體，加速度時刻在變化（大小變化或方向變化或大小、方向都變化度叫瞬時加速度，由牛頓第二定律知，加速度是由合外力決定的，即有什么樣的合外力就有什么樣的加速度相對應(yīng)，當(dāng)合外力恒定時，加速度也恒定，合外力隨時間變化時，加速度也隨時間改變，且瞬時力決定瞬時加速度，可見，確定瞬時加速度的關(guān)鍵是正確確定瞬時作用力。2、連接體問題（1）處理方法處理連接體問題的方法有整體法和隔離體法。整體法：是將一組連接體作為一個整體看待，牛頓第二定律中F合=ma，F(xiàn)合是整體受的外力，只分析整體所受的外力即可（因為連接體的相互作用力是內(nèi)力，可不分析），簡化了受力分析。在研究連接體時，連接體各部分的運動狀態(tài)可以相同，也可以不同。隔離法：是在求解連接體的相互作用力時采用，將某個部分從連接體中分離出來，其它部分對它的作用力就成了外力。在連接體問題中，如果不要求知道各個運動物體之間的相互作用力，就可以把它們看成一個整體（當(dāng)成一個質(zhì)點）分析受到的外力和運動情況，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度（或其他未知量）；如果需要知道物體之間的相互作用力，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，分析物體的受力情況和運動情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程．隔離法和整體法是互相依存、互相補充的．兩種方法互相配合交替應(yīng)用，常能更有效地解決有關(guān)連接體的問題．（2）注意事項：用隔離法解連接體問題時，容易產(chǎn)生如下錯誤：（l）例如F推M及m一起前進（如圖），隔離m分析其受力時，認為F通過物體M作用到m上，這是錯誤的．（2）用水平力F通過質(zhì)量為m的彈簧秤拉物體M在光滑水平面上加速運動時（如圖所示．不考慮彈簧秤的重力），往往會認為彈簧秤對物塊M的拉力也一定等于F．實際上此時彈簧秤拉物體M的力F/＝F—ma，顯然F/＜F．只有在彈簧秤質(zhì)量可不計時，才可認為F/＝F．（3）分類加速度相同的連接體核心方程：F合=m1a+m2a+m3a+……=(m1+m2+m3加速度不相同的連接體（只要求一個物體加速度為零的情況）核心方程：F合=m1a1+m2a2+m3a解題建議：先明確加速度為零的物體，再用整體法求外力3、在應(yīng)用牛頓定律解決動力學(xué)問題中，當(dāng)物體運動的加速度不同時，物體有可能處于不同的狀態(tài)．特別是題目中出現(xiàn)“最大”、“最小”、“剛好”等詞語時，往往會有臨界現(xiàn)象．此時要采用極限分析法，看物體在不同加速度時，會有哪些現(xiàn)象發(fā)生，盡快找出臨界點，求出臨界條件．合作探究一BCC合作探究二例1、解析：=1\*GB3①L1為輕質(zhì)細繩時，L2被剪斷的瞬間,L1上張力的大小發(fā)生了突變，此瞬間FT1=mgcosθ,它與重力沿繩方向的分力抵消，重力垂直于繩方向的分力產(chǎn)生加速度:a=gsinθ；=2\*GB3②L1為輕質(zhì)彈簧時，L2被剪斷的瞬間，彈簧L1的長度不能發(fā)生突變，F(xiàn)T1的大小方向都不變，它與重力的合力大小與FT2方向相反，所以物體的加速度大小為：a=gtanθ。合作探究三例1、B例2、例3、(m+M)gFF圖5分析與解：選人和吊臺組成的系統(tǒng)為研究對象，受力如圖5所示，F(xiàn)為繩的拉力,由牛頓第二定律有：2F-(m+M)g=(M+m)a(m+M)gFF圖5aFFNMg圖6再選人為研究對象，受力情況如圖6所示，其中FN是吊臺對人的支持力。由牛頓第二定律得：F+FN-Mg=Ma,故FN=M(a+g)-F=200N.由牛頓第三定律知，人對吊臺的壓力與吊臺對人的支持力大小相等，方向相反，因此人對吊臺的壓力大小為200N，方向豎直向下。合作探究四例1：解析：由題可知，臨界加速度a0=gcotθ=7.5m/s2，因為m/s27.5m/s2則拉力FT=√(mg)2+(ma)2=N，斜面對小球的彈力為零例2、解析：把楔形木塊和放在其上相對靜止的物塊看成一個整體．它只受到四個力作用：重力（m+M）g，豎直向下；桌面對它的支持力N，豎直向上；水平向左的推力F；桌面對它的摩擦力f，水平向右．由牛頓定律和摩擦定律可得F－f=（m＋M）a，N－（m＋M）g=0，f＝μN聯(lián)立解得F=μ（m＋M）g＋（m＋M）a再隔離m，根據(jù)其特殊要求（與M相對靜止，a相同）和受力情況確定m的加速度也就是整體的a．小物塊m的受力情況如圖．小物塊相對地面是沿水平向左運動，故有Nsinθ＝ma，Ncosθ=mg解得a=gtgθ代入①式得水平推力F=μ（m＋M）g＋（m＋M）gtgθ．說明：（l）物體間相對靜止指的是物體間的相對速度和相對加速度均為零的狀態(tài)．（2）系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度相同，是整體法與隔離法的聯(lián)接點．當(dāng)堂檢測:1、C2、【答案】C在抽出木板的瞬時，彈簧對1的支持力和對2的壓力并未改變。對1物體受重力和支持力，mg=F,a1=0.對2物體受重力和壓力，根據(jù)牛頓第二定律3、f=mgsinθcosθ4、2,5、解析：解法一:(1）設(shè)運動員受到繩向上的拉力為F，由于跨過定滑輪的兩段繩子拉力相等，吊椅受到繩的拉力也是F。對運動員和吊椅整體進行受力分析如圖所示，則有：FFNm人FFNm人g（2）設(shè)吊椅對運動員的支持力為FN，對運動員進行受力分析如圖所示，則有：由牛頓第三定律，運動員對吊椅的壓力也為275N解法二:設(shè)運動員和吊椅的質(zhì)量分別為M和m；運動員豎直向下