高一物理第四章 6用牛顿运动定律解决问题一学生版.docx
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高一物理第四章6用牛顿运动定律解决问题一学生版
6 用牛顿运动定律解决问题
(一)---学生版
[学科素养与目标要求]
科学思维:
1.明确动力学的两类基本问题.2.理解加速度是解决两类动力学基本问题的桥梁.3.熟练掌握应用牛顿运动定律解动力学问题的思路和方法.
一、牛顿第二定律的作用
牛顿第二定律揭示了运动和力的关系:
加速度的大小与物体所受合力的大小成正比,与物体的质量成反比;加速度的方向与物体受到的合力的方向相同.
二、两类基本问题
1.根据受力情况确定运动情况
如果已知物体的受力情况,则可由牛顿第二定律求出物体的加速度,再根据运动学规律就可以确定物体的运动情况.
2.根据运动情况确定受力情况
如果已知物体的运动情况,则可根据运动学公式求出物体的加速度,再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力.
判断下列说法的正误.
(1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向.( )
(2)根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向.( )
(3)物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的.( )
(4)物体运动状态的变化情况是由它对其他物体的施力情况决定的.( )
一、从受力确定运动情况
一辆汽车在高速公路上正以108km/h的速度向前行驶,司机看到前方有紧急情况而刹车,已知刹车时汽车所受制动力为车重的0.5倍.则汽车刹车时的加速度是多大?
汽车刹车后行驶多远才能停下?
汽车的刹车时间是多少?
(取g=10m/s2)
1.由受力情况确定运动情况的基本思路
分析物体的受力情况,求出物体所受的合外力,由牛顿第二定律求出物体的加速度;再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况.流程图如下:
2.由受力情况确定运动情况的解题步骤
(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力分析图.
(2)根据力的合成与分解,求合力(包括大小和方向).
(3)根据牛顿第二定律列方程,求加速度.
(4)结合物体运动的初始条件,选择运动学公式,求运动学量——任意时刻的位移和速度,以及运动时间等.
例1
(2019·潍坊市高一上学期期末)如图1所示,木箱在100N的拉力作用下沿粗糙水平地面以5m/s的速度匀速前进,已知木箱与地面间的动摩擦因数为0.5,拉力与水平地面的夹角为37°,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.经过一段时间后撤去拉力,求:
图1
(1)木箱的质量;
(2)木箱匀减速运动的时间.
针对训练1 如图2所示,楼梯口一倾斜的天花板与水平地面成θ=37°角,一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板,工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上,大小为F=10N,刷子的质量为m=0.5kg,刷子可视为质点,刷子与天花板间的动摩擦因数μ=0.5,天花板长为L=4m,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2.试求:
图2
(1)刷子沿天花板向上的加速度大小;
(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间.
二、从运动情况确定受力
1.由运动情况确定受力情况的基本思路
分析物体的运动情况,由运动学公式求出物体的加速度,再由牛顿第二定律求出物体所受的合外力;再分析物体的受力情况,求出物体受到的作用力.流程图如下:
2.由运动情况确定受力情况的解题步骤
(1)确定研究对象,对物体进行受力分析和运动分析,并画出物体的受力示意图.
(2)选择合适的运动学公式,求出物体的加速度.
(3)根据牛顿第二定律列方程,求出物体所受的合力.
(4)选择合适的力的合成与分解的方法,由合力和已知力求出待求的力.
例2
一质量为m=2kg的滑块在倾角为θ=30°的足够长的斜面上在无外力F的情况下以加速度a=2.5m/s2匀加速下滑.如图3所示,若用一水平向右的恒力F作用于滑块,使滑块由静止开始在0~2s内沿斜面运动的位移x=4m.求:
(g取10m/s2)
图3
(1)滑块和斜面之间的动摩擦因数μ;
(2)恒力F的大小.
针对训练2 一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动,4s内通过8m的距离,此后关闭发动机,汽车又运动了2s停止,已知汽车的质量m=2×103kg,汽车运动过程中所受阻力大小不变,求:
(1)关闭发动机时汽车的速度大小;
(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小;
(3)汽车牵引力的大小.
三、多过程问题分析
1.当题目给出的物理过程较复杂,由多个过程组成时,要明确整个过程由几个子过程组成,将过程合理分段,找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程.
联系点:
前一过程的末速度是后一过程的初速度,另外还有位移关系、时间关系等.
2.注意:
由于不同过程中力发生了变化,所以加速度也会发生变化,所以对每一过程都要分别进行受力分析,分别求加速度.
例3
如图4所示,ACD是一滑雪场示意图,其中AC是长L=8m、倾角θ=37°的斜坡,CD段是与斜坡平滑连接的水平面.人从A点由静止下滑,经过C点时速度大小不变,又在水平面上滑行一段距离后停下.人与接触面间的动摩擦因数均为μ=0.25,不计空气阻力.(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
图4
(1)人从斜坡顶端A滑至底端C所用的时间;
(2)人在离C点多远处停下?
1.(从运动情况确定受力)如图5所示,质量为m=3kg的木块放在倾角θ=30°的足够长的固定斜面上,木块可以沿斜面匀速下滑.若用沿斜面向上的力F作用于木块上,使其由静止开始沿斜面向上加速运动,经过t=2s时间木块沿斜面上升4m的距离,则推力F的大小为(g取10m/s2)( )
图5
A.42N B.6N C.21N D.36N
2.(从受力确定运动情况)(2019·浙南名校联盟高一第一学期期末联考)如图6所示,哈利法塔是目前世界最高的建筑.游客乘坐世界最快观光电梯,从地面开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达观景台只需45s,运行的最大速度为18m/s.观景台上可以鸟瞰整个迪拜全景,可将棕榈岛、帆船酒店等尽收眼底,颇为壮观.一位游客用便携式拉力传感器测得:
在加速阶段质量为0.5kg的物体受到的竖直向上的拉力为5.45N.电梯加速、减速过程视为匀变速直线运动(g取10m/s2).
图6
(1)求电梯加速阶段的加速度大小及加速运动的时间;
(2)若减速阶段与加速阶段的加速度大小相等,求观景台的高度.
3.(多过程问题分析)一个质量为4kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2.从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F的作用,力F随时间t变化的规律如图7所示.g取10m/s2.求:
(结果可用分式表示)
图7
(1)在2~4s时间内,物体从开始做减速运动到停止所经历的时间;
(2)0~6s内物体的位移大小.
一、选择题
考点一 从受力确定运动情况
1.用30N的水平外力F,拉一个静止在光滑水平面上的质量为20kg的物体,力F作用3s后消失.则第5s末物体的速度和加速度大小分别是( )
A.v=4.5m/s,a=1.5m/s2
B.v=7.5m/s,a=1.5m/s2
C.v=4.5m/s,a=0
D.v=7.5m/s,a=0
2.一个物体在水平恒力F的作用下,由静止开始在粗糙程度相同的水平面上运动,经过时间t,速度变为v,如果要使物体的速度变为2v,下列方法正确的是( )
A.将水平恒力增加到2F,其他条件不变
B.将物体质量减小一半,其他条件不变
C.物体质量不变,水平恒力和作用时间都增为原来的两倍
D.将作用时间增加到原来的2倍,其他条件不变
3.(多选)如图1所示,质量为m=1kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.3,当物体运动的速度为v0=10m/s时,给物体施加一个与速度方向相反的大小为F=2N的恒力,在此恒力作用下(g取10m/s2)( )
图1
A.物体经10s速度减为零
B.物体经2s速度减为零
C.物体的速度减为零后将保持静止
D.物体的速度减为零后将向右运动
4.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据,刹车线是汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的划痕.在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是14m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7,g取10m/s2,则汽车刹车前的速度大小为( )
A.7m/sB.14m/sC.10m/sD.20m/s
5.(2019·本溪一中高一上学期期末)如图2所示,一个物体由A点出发分别沿三条光滑轨道到达C1、C2、C3,则( )
图2
A.物体到达C1点时的速度最大
B.物体分别在三条轨道上的运动时间相同
C.物体在与C3连接的轨道上运动的加速度最小
D.物体到达C3的时间最短
6.(多选)质量m=2kg、初速度v0=8m/s的物体沿着粗糙水平面向右运动,物体与地面之间的动摩擦因数μ=0.1,同时物体还受到一个如图3所示的随时间变化的水平拉力F的作用,设水平向右为拉力的正方向,且物体在t=0时刻开始运动,g取10m/s2,则以下结论正确的是( )
图3
A.0~1s内,物体的加速度大小为2m/s2
B.1~2s内,物体的加速度大小为2m/s2
C.0~1s内,物体的位移为7m
D.0~2s内,物体的总位移为11m
7.如图4所示,一倾角θ=37°的足够长的斜面固定在水平地面上.当t=0时,滑块以初速度v0=10m/s从斜面上某位置沿斜面向上运动,已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列说法正确的是( )
图4
A.滑块一直做匀变速直线运动
B.t=1s时,滑块速度减为零,然后静止在斜面上
C.t=2s时,滑块恰好又回到出发点
D.t=3s时,滑块的速度大小为4m/s
考点二 从运动情况确定受力
8.如图5所示,在行驶过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害.为了尽可能地减少碰撞引起的伤害,人们设计了安全带及安全气囊.假定乘客质量为70kg,汽车车速为108km/h(即30m/s),从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5s,安全带及安全气囊对乘客的平均作用力约为( )
图5
A.420NB.600NC.800ND.1000N
9.(多选)如图6所示,质量为m的小球置于倾角为θ的斜面上,被一个竖直挡板挡住.现用一个水平力F拉斜面,使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动,重力加速度为g,忽略一切摩擦,以下说法正确的是( )
图6
A.斜面对小球的弹力为
B.斜面和竖直挡板对小球弹力的合力为ma
C.若增大加速度a,斜面对小球的弹力一定增大
D.若增大加速度a,竖直挡板对小球的弹力一定增大
10.如图7所示,一小车上有一个固定的水平横杆,左边有一轻杆与竖直方向成θ角并与横杆固定,下端连接一小铁球,横杆右边用一根细线吊一质量相等的小铁球.当小车做匀变速直线运动时,细线与竖直方向成α角,若θ<α,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
图7
A.轻杆对小铁球的弹力方向与细线平行
B.轻杆对小铁球的弹力方向沿轻杆方向向上
C.轻杆对小铁球的弹力方向既不与细线平行也不沿着轻杆方向
D.小车一定以加速度gtanα向右运动
二、非选择题
11.某研究性学习小组利用力传感器研究小球与竖直挡板间的作用力,实验装置如图8所示,已知斜面倾角为45°,光滑小球的质量m=3kg,力传感器固定在竖直挡板上.求:
(g=10m/s2)
图8
(1)当整个装置静止时,力传感器的示数;
(2)当整个装置向右做匀加速直线运动时,力传感器示数为36N,此时装置的加速度大小;
(3)某次整个装置在水平方向做匀加速直线运动时,力传感器示数恰好为0,此时整个装置的运动方向如何?
加速度为多大?
12.如图9所示,一足够长的固定粗糙斜面与水平面夹角θ=30°.一个质量m=1kg的小物体(可视为质点),在F=10N的沿斜面向上的拉力作用下,由静止开始沿斜面向上运动.已知斜面与物体间的动摩擦因数μ=
.g取10m/s2.
图9
(1)求物体在拉力F作用下运动的加速度大小a1;
(2)若力F作用1.2s后撤去,求物体在上滑过程中距出发点的最大距离.
13.如图10所示为游乐场中深受大家喜爱的“激流勇进”的娱乐项目,人坐在船中,随着提升机达到高处,再沿着水槽飞滑而下,劈波斩浪的刹那给人惊险刺激的感受.设乘客与船的总质量为100kg,在倾斜水槽和水平水槽中滑行时所受的阻力均为重力的0.1倍,水槽的坡度为30°,若乘客与船从槽顶部由静止开始滑行18m经过斜槽的底部O点进入水平水槽(设经过O点前后速度大小不变,取g=10m/s2).求:
图10
(1)船沿倾斜水槽下滑的加速度的大小;
(2)船滑到倾斜水槽底部O点时的速度大小;
(3)船进入水平水槽后15s内滑行的距离.
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- 高一物理第四章 用牛顿运动定律解决问题一学生版 物理 第四 牛顿 运动 定律 解决问题 学生