
主干梳理 對(duì)點(diǎn)激活
知識(shí)點(diǎn) 連接體問題?、?br />
1.連接體
多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物體連接(疊放、并排或由繩子、細(xì)桿聯(lián)系)在一起構(gòu)成的物體系統(tǒng)稱為連接體。
2.外力與內(nèi)力
(1)外力:系統(tǒng)之外的物體對(duì)系統(tǒng)的作用力。
(2)內(nèi)力:系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力。
3.整體法和隔離法
(1)整體法:把加速度相同的物體看做一個(gè)整體來(lái)研究的方法。
(2)隔離法:求系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用時(shí),把一個(gè)物體隔離出來(lái)單獨(dú)研究的方法。
知識(shí)點(diǎn) 臨界極值問題?、?br />
1.臨界或極值條件的標(biāo)志
(1)有些題目中有“剛好”“恰好”“正好”等字眼,即表明題述的過(guò)程存在著臨界點(diǎn)。
(2)若題目中有“取值范圍”“多長(zhǎng)時(shí)間”“多大距離”等詞語(yǔ),表明題述的過(guò)程存在著“起止點(diǎn)”,而這些起止點(diǎn)往往對(duì)應(yīng)臨界狀態(tài)。
(3)若題目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明題述的過(guò)程存在著極值,這個(gè)極值點(diǎn)往往是臨界點(diǎn)。
(4)若題目要求“最終加速度”“穩(wěn)定速度”等,即是求收尾加速度或收尾速度。
2.四種典型的臨界條件
(1)接觸與脫離的臨界條件:兩物體相接觸或脫離,臨界條件是彈力FN=0。
(2)相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件:兩物體相接觸且相對(duì)靜止時(shí),常存在著靜摩擦力,則相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。
(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件:繩子所能承受的張力是有限度的,繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力,繩子松弛的臨界條件是FT=0。
(4)加速度變化時(shí),速度達(dá)到最值的臨界條件:速度達(dá)到最大的臨界條件是a=0,速度為0的臨界條件是a達(dá)到最大。
知識(shí)點(diǎn) 多過(guò)程問題?、?br />
1.多過(guò)程問題
很多動(dòng)力學(xué)問題中涉及物體有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,在物體不同的運(yùn)動(dòng)階段,物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況都發(fā)生了變化,這類問題稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的多過(guò)程問題。
2.類型
多過(guò)程問題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過(guò)程問題和多體多過(guò)程問題。
3.綜合運(yùn)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)解決多過(guò)程問題的關(guān)鍵
首先明確每個(gè)“子過(guò)程”所遵守的規(guī)律,其次找出它們之間的關(guān)聯(lián)點(diǎn),然后列出“過(guò)程性方程”與“狀態(tài)性方程”。
一 思維辨析
1.整體法和隔離法是確定研究對(duì)象時(shí)常用的方法。( )
2.應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行整體分析時(shí),需要分析內(nèi)力。( )
3.輕繩在伸直狀態(tài)下,兩端的連接體沿繩方向的速度總是相等的。( )
4.相互接觸的物體分離時(shí)的臨界狀態(tài)是兩者沒有共同的加速度。( )
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.×
二 對(duì)點(diǎn)激活
1.如圖所示,物體A疊放在物體B上,B置于光滑水平面上,A、B質(zhì)量分別為mA=6 kg、mB=2 kg,A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,開始時(shí)F=10 N,此后逐漸增大,在增大到45 N的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.當(dāng)拉力F6 N時(shí),兩者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),當(dāng)F≤6 N時(shí)兩者相對(duì)靜止,當(dāng)F=6 N時(shí),對(duì)整體可得F=(M+m)a,即M+m=6 kg,當(dāng)F>6 N時(shí)對(duì)木板分析:水平方向受到拉力和m給的摩擦力,故有a==F-,圖象的斜率k===,即M=2 kg,所以m=4 kg,將F>6 N時(shí)圖線反向延長(zhǎng),可得當(dāng)F=4 N時(shí),加速度為零,代入可得0=×4-,解得μ=0.1,故A、B、D正確;當(dāng)F=8 N時(shí)滑塊加速度為a==μg=0.1×10 m/s2=1 m/s2,故C錯(cuò)誤。
5. (2017·海南高考)一輕彈簧的一端固定在傾角為θ的固定光滑斜面的底部,另一端和質(zhì)量為m的小物塊a相連,如圖所示。質(zhì)量為m的小物塊b緊靠a靜止在斜面上,此時(shí)彈簧的壓縮量為x0,從t=0時(shí)開始,對(duì)b施加沿斜面向上的外力,使b始終做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,物塊a、b分離;再經(jīng)過(guò)同樣長(zhǎng)的時(shí)間,b距其出發(fā)點(diǎn)的距離恰好也為x0。彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi),重力加速度大小為g。求:
(1)彈簧的勁度系數(shù);
(2)物塊b加速度的大?。?br />
(3)在物塊a、b分離前,外力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系式。
答案 (1) (2)gsinθ
(3)F=t2+
解析 (1)物塊a、b靜止在斜面上,由平衡條件有
gsinθ=kx0,
解得k=。
(2)設(shè)物塊b加速度的大小為a,a、b分離時(shí)b運(yùn)動(dòng)的位移為x1,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有x1=at,x0=a(2t1)2,
分離瞬間,對(duì)物塊a進(jìn)行受力分析,由牛頓第二定律有
k(x0-x1)-mgsinθ=ma,
聯(lián)立以上各式解得a=gsinθ。
(3)設(shè)外力為F,經(jīng)過(guò)時(shí)間t彈簧的壓縮量為x,在物塊a、b分離前,對(duì)物塊a、b整體,由牛頓第二定律有
F+kx-gsinθ=a,
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有x0-x=at2,
聯(lián)立以上各式解得F=t2+。
配套課時(shí)作業(yè)
時(shí)間:60分鐘 滿分:100分
一、選擇題(本題共10小題,每小題7分,共70分。其中1~6為單選,7~10為多選)
1. (2018·山東濰坊模擬)一架無(wú)人機(jī)質(zhì)量為2 kg,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力大小恒定。該無(wú)人機(jī)從地面由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間后關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng),其v-t圖象如圖所示,g取10 m/s2。下列判斷正確的是( )
A.無(wú)人機(jī)上升的最大高度為72 m
B.6~8 s內(nèi)無(wú)人機(jī)下降
C.無(wú)人機(jī)的升力大小為28 N
D.無(wú)人機(jī)所受阻力大小為4 N
答案 D
解析 在v-t圖象中,圖象與時(shí)間軸所圍的面積表示位移,由題圖知,無(wú)人機(jī)上升的最大高度h=×24×8 m=96 m,A錯(cuò)誤;由題圖知,6~8 s內(nèi)無(wú)人機(jī)向上做減速運(yùn)動(dòng),直到速度減為零,8 s末上升到最高點(diǎn),B錯(cuò)誤;由題圖知,v-t圖象的斜率即為無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度,故0~6 s內(nèi)無(wú)人機(jī)的加速度大小a1=4 m/s2,6~8 s內(nèi)無(wú)人機(jī)的加速度大小a2=12 m/s2,由牛頓第二定律得F-mg-f=ma1,f+mg=ma2,由以上兩式解得F=32 N,f=4 N,D正確,C錯(cuò)誤。
2.如圖所示,一質(zhì)量為M的楔形木塊A放在水平桌面上,它的頂角為90°,兩底角分別為α和β; a、b為兩個(gè)位于斜面上質(zhì)量均為m的小木塊,已知所有接觸面都光滑,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)a、b沿斜面下滑,而楔形木塊靜止不動(dòng),這時(shí)楔形木塊對(duì)水平桌面的壓力等于( )
A.Mg+mg B.Mg+2mg
C.Mg+mg(sinα+sinβ) D.Mg+mg(cosα+cosβ)
答案 A
解析 取a、b、A整體為研究對(duì)象,其豎直方向受力情況及系統(tǒng)內(nèi)各物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖所示。以豎直向上為正方向,在豎直方向上由牛頓第二定律得:FN-(M+2m)g=M·0+ma1y+ma2y。其中,a1y=-gsin2α,a2y=-gsin2β,得水平桌面對(duì)楔形木塊的支持力FN=Mg+mg,由牛頓第三定律得A正確。
3. (2018·蓉城名校聯(lián)盟聯(lián)考)質(zhì)量為m的物體在受到豎直向上的拉力F的作用下豎直向下運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的v-t圖象如圖所示。假設(shè)物體受到恒定的空氣阻力作用,在0~t0、t0~3t0、3t0~4t0時(shí)間內(nèi)F的大小分別為F1、F2和F3,則( )
A.F1>F2>F3 B.F1F2 D.F1=F3>F2
答案 B
解析 由v-t圖象可知,物體在0~t0的時(shí)間內(nèi)向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小為a1=,設(shè)物體受到恒定的空氣阻力大小為f,由牛頓第二定律可知mg-F1-f=ma1,解得F1=mg-m-f;物體在t0~3t0的時(shí)間內(nèi)向下做勻速直線運(yùn)動(dòng),則由力的平衡條件可知F2+f=mg即F2=mg-f;物體在3t0~4t0的時(shí)間內(nèi)向下做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小為a3=,由牛頓第二定律可知F3-mg+f=ma3,解得F3=mg+m-f,因此F3>F2>F1,B正確。
4. 質(zhì)量為m0的物體A放在粗糙水平桌面上,B為砂桶,A、B兩物體通過(guò)跨接在光滑的定滑輪上的輕質(zhì)細(xì)線連接,如圖所示。開始時(shí)兩物體均靜止,砂桶B距地面的高度為h,然后逐漸向砂桶中加砂子,則下面說(shuō)法不正確的是( )
A.砂桶中加的砂子越多,細(xì)線上的拉力越大
B.砂桶中加的砂子越多,細(xì)線上的拉力可能越小
C.物體A發(fā)生滑動(dòng)后,砂和砂桶的質(zhì)量越大,細(xì)線上拉力越大
D.某次實(shí)驗(yàn)時(shí),物體A的質(zhì)量與砂和砂桶的總質(zhì)量相等,若物體A沿桌面滑行的最遠(yuǎn)距離等于2h,則可以求出物體A與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)
答案 B
解析 物體A發(fā)生滑動(dòng)之前,細(xì)線上的拉力大小等于砂和砂桶的重力之和,物體A發(fā)生滑動(dòng)后,設(shè)砂桶和砂子的總質(zhì)量為m,加速度大小為a,對(duì)B有mg-FT=ma,對(duì)A有FT-μm0g=m0a,聯(lián)立兩式整理得FT=,m越大,拉力越大,故A、C正確,B錯(cuò)誤;分析物體A的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程,加速階段和減速階段的位移大小均為h,知加速與減速過(guò)程的加速度大小相等,根據(jù)mg-FT=ma,F(xiàn)T-μm0g=m0a,m=m0和a=μg,可求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ,D正確。本題選不正確的,故選B。
5.如圖甲所示,一輕質(zhì)彈簧的下端固定在水平面上,上端疊放兩個(gè)質(zhì)量均為M的物體A、B(B物體與彈簧連接),彈簧的勁度系數(shù)為k,初始時(shí)兩物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)用豎直向上的拉力F作用在物體A上,使物體A開始向上做加速度為a的勻加速運(yùn)動(dòng),測(cè)得兩個(gè)物體的v-t圖象如圖乙所示(重力加速度為g),則( )
A.施加外力前,彈簧的形變量為
B.外力施加的瞬間,A、B間的彈力大小為M(g-a)
C.A、B在t1時(shí)刻分離,此時(shí)彈簧彈力恰好為零
D.彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)時(shí),物體B的速度達(dá)到最大值
答案 B
解析 施加外力F前,物體A、B整體平衡,根據(jù)平衡條件有2Mg=kx,解得x=,故A錯(cuò)誤;施加外力F的瞬間,對(duì)物體B,根據(jù)牛頓第二定律有F彈-Mg-FAB=Ma,其中F彈=2Mg,解得FAB=M(g-a),故B正確;由題圖乙知,物體A、B在t1時(shí)刻分離,此時(shí)A、B具有共同的v和a,且FAB=0,對(duì)B有F彈′-Mg=Ma,解得F彈′=M(g+a),故C錯(cuò)誤;當(dāng)F彈′=Mg時(shí),B達(dá)到最大速度,故D錯(cuò)誤。
6. 如圖所示,質(zhì)量為M的長(zhǎng)平板車放在光滑的傾角為α的斜面上,車上站著一質(zhì)量為m的人,若要平板車靜止在斜面上,車上的人必須( )
A.勻速向下奔跑
B.以加速度a=gsinα,向下加速奔跑
C.以加速度a=gsinα,向下加速奔跑
D.以加速度a=gsinα,向上加速奔跑
答案 C
解析 作出車的受力圖,如圖甲所示,求出人對(duì)車的摩擦力Ff=Mgsinα;作出人的受力圖,如圖乙所示,則mgsinα+Ff′=ma,且Ff′=Ff,解出a=gsinα,方向沿斜面向下。故C正確。
7.如圖所示,甲、乙兩車均在光滑的水平面上,質(zhì)量都是M,人的質(zhì)量都是m,甲車上的人用力F推車,乙車上的人用等大的力F拉繩子(繩與輪的質(zhì)量和摩擦均不計(jì));人與車始終保持相對(duì)靜止。下列說(shuō)法正確的是( )
A.甲車的加速度大小為
B.甲車的加速度大小為0
C.乙車的加速度大小為
D.乙車的加速度大小為0
答案 BC
解析 對(duì)甲圖中人和車組成的系統(tǒng)受力分析,在水平方向的合外力為0(人的推力F是內(nèi)力),故a甲=0,A錯(cuò)誤,B正確;在乙圖中,人拉輕繩的力為F,則繩拉人和繩拉車的力均為F,對(duì)人和車組成的系統(tǒng)受力分析,水平合外力為2F,由牛頓第二定律知:a乙=,則C正確,D錯(cuò)誤。
8. (2018·武漢測(cè)試)如圖所示,材料相同的A、B兩物體質(zhì)量分別為m1、m2由輕繩連接,在恒定拉力F的作用下沿斜面向上加速運(yùn)動(dòng)。輕繩拉力的大小( )
A.與斜面的傾角θ無(wú)關(guān)
B.與物體和斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ有關(guān)
C.與兩物體的質(zhì)量m1和m2有關(guān)
D.若改用F沿斜面向下拉連接體,輕繩拉力的大小不變
答案 AC
解析 將兩物體看成一個(gè)整體有:F-(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=(m1+m2)a,
解得:a=,對(duì)B物體受力分析且由牛頓第二定律有:T-m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a,解得:T=,故B錯(cuò)誤,A、C正確;改用F沿斜面向下拉連接體,將兩物體看成一個(gè)整體有F+(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)·gcosθ=(m1+m2)·a′,解得:a′=,對(duì)A物體受力分析且由牛頓第二定律有:T′+m1gsinθ-μm1gcosθ=m1a′,解得:T′=,故D錯(cuò)誤。
9.如圖所示,質(zhì)量均為m的A、B兩物塊置于光滑水平地面上,A、B接觸面光滑,傾角為θ?,F(xiàn)分別以水平恒力F作用于A物塊上,保持A、B相對(duì)靜止共同運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法正確的是( )
A.采用甲方式比采用乙方式的最大加速度大
B.兩種情況下獲取的最大加速度相同
C.兩種情況下所加的最大推力相同
D.采用乙方式可用的最大推力大于采用甲方式的最大推力
答案 BC
解析 F作用于題圖甲中A,當(dāng)F最大時(shí),A剛要離開地面,A受力如圖1,F(xiàn)N1cosθ=mg,對(duì)B:FN1sinθ=ma1;F作用于題圖乙中A,當(dāng)F最大時(shí),B剛要離開地面,B受力如圖2,F(xiàn)N2cosθ=mg,F(xiàn)N2sinθ=ma2,可見FN2=FN1,a2=a1,對(duì)整體分析易知兩種情況下所加的最大推力相同,選項(xiàng)B、C正確。
10.如圖甲所示,水平面上有一傾角為θ的光滑斜面,斜面上用一平行于斜面的輕質(zhì)細(xì)繩系一質(zhì)量為m的小球。斜面以加速度a水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí),細(xì)繩對(duì)小球的拉力和斜面對(duì)小球的支持力分別為T和FN。若T-a圖象如圖乙所示,AB是直線,BC為曲線,重力加速度為g=10 m/s2。則( )
A.a(chǎn)= m/s2時(shí),F(xiàn)N=0
B.小球質(zhì)量m=0.1 kg
C.斜面傾角θ的正切值為
D.小球離開斜面之前,F(xiàn)N=0.8+0.06a(N)
答案 ABC
解析 小球離開斜面之前,以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,進(jìn)行受力分析,可得Tcosθ-FNsinθ=ma,Tsinθ+FNcosθ=mg,聯(lián)立解得FN=mgcosθ-masinθ,T=macosθ+mgsinθ,所以小球離開斜面之前,T-a圖象為直線,由題圖乙可知a= m/s2時(shí),F(xiàn)N=0,A正確;當(dāng)a=0時(shí),T=0.6 N,此時(shí)小球靜止在斜面上,其受力如圖1所示,所以mgsinθ=T;當(dāng)a= m/s2時(shí),斜面對(duì)小球的支持力恰好為零,其受力如圖2所示,所以=ma,聯(lián)立可得tanθ=,m=0.1 kg,B、C正確;將θ和m的值代入FN=mgcosθ-masinθ,得FN=0.8-0.06a(N),D錯(cuò)誤。
二、非選擇題(本題共2小題,共30分)
11.(14分)水平地面上有質(zhì)量分別為m和4m的物塊A和B,兩者與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。細(xì)繩的一端固定,另一端跨過(guò)輕質(zhì)、光滑動(dòng)滑輪與A相連,動(dòng)滑輪與B相連,如圖所示。初始時(shí),細(xì)繩處于水平拉直狀態(tài)。若物塊A在水平向右的恒力F作用下向右移動(dòng)了距離s,重力加速度大小為g,求:
(1)物塊B受到的摩擦力;
(2)物塊A、B的加速度大小。
答案 (1)4μmg,方向水平向左
(2)
解析 (1)物塊B所受摩擦力f=μN(yùn)=μ·4mg=4μmg,方向水平向左。
(2)物塊A向右移動(dòng)s,則B向右移動(dòng)。
則:加速度aA=2aB
分別隔離A、B,由牛頓第二定律得
F-T-μmg=maA
2T-4μmg=4maB
聯(lián)立得:aA=,aB=。
12.(16分)將一輕彈簧下端固定在傾角為θ=30°的光滑固定斜面底端,上端拴接著質(zhì)量為mA=1 kg的物塊A,彈簧的勁度系數(shù)k=50 N/m。質(zhì)量為mB=2 kg的物塊B用繞過(guò)光滑定滑輪的輕繩與質(zhì)量為mC=2 kg的物塊C相連,用手托住物塊C使輕繩拉直且恰好無(wú)張力,此時(shí)物塊B緊靠著物塊A靜止于斜面上。g取10 m/s2,現(xiàn)在釋放物塊C,求:
(1)釋放瞬間物塊C的加速度大小;
(2)物塊A、B分離時(shí)C下落的距離。
答案 (1)4 m/s2 (2)0.15 m
解析 (1)開始時(shí)彈簧的壓縮量為x0,由平衡條件得
(mA+mB)gsinθ=kx0①
釋放物塊C時(shí),A、B、C將一起做加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)此時(shí)輕繩的拉力大小為T,對(duì)物塊C由牛頓第二定律可得
mCg-T=mC a②
對(duì)A、B整體由牛頓第二定律可得
T+kx0-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a③
聯(lián)立①②③式并代入數(shù)值求得a=4 m/s2。
(2)當(dāng)物塊A、B分離時(shí),A、B之間的彈力為零,設(shè)此時(shí)彈簧的壓縮量為x1,此時(shí)A、B的加速度大小為a′,輕繩的拉力大小為T′,對(duì)A由牛頓第二定律可得
kx1-mAgsinθ=mAa′④
對(duì)B由牛頓第二定律得
T′-mBgsinθ=mBa′⑤
對(duì)C由牛頓第二定律得
mCg-T′=mCa′⑥
物塊C下落的距離h=x0-x1⑦
聯(lián)立①④⑤⑥式解得h=0.15 m。
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