牛顿运动定律的应用(整体临界弹簧三个专题)培训资料
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【例1】如图所示,小车上固定着三角硬杆,杆的端点固定着一个质量为m 的小球.当小车水平向右的加速度逐渐增大时,杆对小球的作用力的变化(用F 1至F 4变化表示)可能是下图中的(OO '沿杆方向)【解析】对小球进行受力分析,小球受重力和杆对小球的弹力,弹力在竖直方向的分量和重力平衡,小球在水平方向的分力提供加速度,故C 正确. 【答案】C【方法点评】本题考查牛顿第二定律,只要能明确研究对象,进行受力分析,根据牛顿第二定律列方程即可.[特别提醒]:要分析清楚物体的运动情况,必须从受力着手,因为力是改变运动状态的原因,求解物理问题,关键在于建立正确的运动情景,而这一切都必须从受力分析开始. [例2] 如图3-12-1所示,自由下落的小球下落一段时间后,与弹簧接触,从它接触弹簧开始,到弹簧压缩到最短的过程中,小球的速度、加速度的变化情况如何?最低点的加速度是否比g 大?(实际平衡位置,等效成简谐运动)[解析]小球接触弹簧后受两个力,向下的重力mg 和向上的弹力x k ∆.(如图3-12-2(a )所示刚开始时,当x k ∆<mg 时,小球合力向下,ma x k mg =∆-,合力不断变小,因而加速度减小, 由于a 方向 与v 0同向,因此速度继续变大.当x k ∆=mg 时,如图3-12-2(b )所示,合力为 零,加速度为零,速度达到最大值.之后小球由于惯性仍向下运动,继续压缩弹簧, 但x k ∆>mg ,合力向上,由于加速度的方向和速度方 向相反,小球做加速度增大的减速运动,因此速度减小到零弹簧被压缩到最短.如图3-12-2(c )所示[答案]小球压缩弹簧的过程,合外力的方向先向下后向上, 大小是先变小至零后变大,加速度的方向也是先向下后向上,大小是先变小后变大,速度的方向始终向下,大小是先变大后变小. (还可以讨论小球在最低点的加速度和重力加速度的关系)[方法技巧]要分析物体的运动情况一定要从受力分析着手,再结合牛顿第二定律进行讨论、分析.对于弹簧类问题的求解,最好是画出弹簧的原长,现在的长度,这样弹簧的形变长度就一目了然,使得求解变得非常的简单明了. 考点三 瞬时问题瞬时问题主要是讨论细绳(或细线)、轻弹簧(或橡皮条)这两种模型. [例3]如图5所示,质量为m 的小球被水平绳AO 和与竖直方向成θ角的轻弹簧系着处于静止状态,现用火将绳AO 烧断,在绳AO 烧断的瞬间,下列说法正确的是( )A.弹簧的拉力θcos mgF =B.弹簧的拉力θsin mg F =图3-12-1图3-12-2v 0v mFmg F mgF mgO F 2 F 1 OF 3 F 4 A O F 2 F 1OF 3 F 4 BO F 2 F 1 OF 3 F 4 C OO F 2F 1 F 3 F 4 D '' ' 'TFC.小球的加速度为零D.小球的加速度θsin g a =[解析]烧断OA 之前,小球受3个力,如图所示,烧断细绳的瞬间, 绳子的张力没有了,但由于轻弹簧的形变的恢复需要时间,故弹簧 的弹力不变,A 正确。
§3.3 牛顿运动定律应用(一)(整体法和隔离法、超重和失重)【学习目标】1.学会用整体法隔离法解决连接体问题,2.知道什么是超重和失重,3.学会用超重和失重的现象解决问题。
【自主学习】1.整体法(1)整体法是指系统内(即连接体内)物体间无相对运动时(具有相同加速度),可以把连接体内所有物体组成的系统作为考虑,分析其受力情况,对整体列方程求解.(2)整体法可以求系统的或外界对系统的作用力.2.隔离法(1)隔离法是指当我们所研究的问题涉及多个物体组成的系统时,需要求连接体内各部分间的相互作用力,从研究方便出发,把某个物体从系统中出来,作为研究对象,分析受力情况,再列方程求解.(2)隔离法适合求物体系统内各的相互作用力或各个物体的加速度.3.超重:当物体具有的加速度时(包括向上加速或向下减速两种情况),物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力自身重力的现象。
4.失重:物体具有的加速度时(包括向下加速或向上减速两种情况),物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力自身重力的现象。
5.完全失重:物体以加速度a=g向竖直加速或向上减速时(自由落体运动、处于绕星球做匀速圆周运动的飞船里或竖直上抛时),物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于的现象。
思考:①超重是不是物体重力增加?失重是不是物体重力减小?②在完全失重的系统中,哪些测量仪器不能使用?【典型例题】类型一整体法与隔离法的应用例题 1.如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m、2m和3m的三个木块,其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为T.现用水平拉力F拉质量为3m的木块,使三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确的是( )A.质量为2m的木块受到四个力的作用B.当F逐渐增大到T时,轻绳刚好被拉断C .当F 逐渐增大到 1.5T 时,轻绳还不会被拉断D .轻绳刚要被拉断时,质量为m 和2m 的木块间的摩擦力为T例2.在2008年北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。
牛顿运动定律的应用之用整体法、隔离法巧解连接体问题1.连接体的分类根据两物体之间相互连接的媒介不同,常见的连接体可以分为三大类。
(1)绳(杆)连接:两个物体通过轻绳或轻杆的作用连接在一起;(2)弹簧连接:两个物体通过弹簧的作用连接在一起;(3)接触连接:两个物体通过接触面的弹力或摩擦力的作用连接在一起。
2.连接体的运动特点轻绳——轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等。
轻杆——轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度;轻杆转动时,连接体具有相同的角速度,而线速度与转动半径成正比。
轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速率不一定相等;在弹簧形变最大时,两端连接体的速率相等。
学科,网特别提醒(1)“轻”——质量和重力均不计。
(2)在任何情况下,绳中张力的大小相等,绳、杆和弹簧两端受到的弹力大小也相等。
3.连接体问题的分析方法(1)分析方法:整体法和隔离法。
(2)选用整体法和隔离法的策略:①当各物体的运动状态相同时,宜选用整体法;当各物体的运动状态不同时,宜选用隔离法;②对较复杂的问题,通常需要多次选取研究对象,交替应用整体法与隔离法才能求解。
4. 整体法与隔离法的选用方法(1)整体法的选取原则若在已知与待求量中一涉及系统内部的相互作用时,可取整体为研究对象,分析整体受到的外力,应用牛顿第二定律列方程。
当系统内物体的加速度相同时:a m m m F n )...(21+++=;否则n n a m a m a m F +++=...2211。
(2)隔离法的选取原则若在已知量或待求量中涉及到系统内物体之间的作用时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.(3)整体法、隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力.即“先整体求加速度,后隔离求内力”.【典例1】如图所示,两个质量分别为m 1=3 kg 、m 2=2 kg 的物体置于光滑的水平面上,中间用轻质弹簧测力计连接。
专题一:牛顿运动定律与整体法、隔离法(一)1如图所示,木块A 、B 用一轻弹簧相连,竖直放在木块 C 上,三者静置于地面,它们的质量之比是 1 : 2 : 3。
设所有接触面都光滑,当沿水平方向迅速抽出木块 C 的瞬时。
A 和B 的加速度分别是a A = ____ , a B = __2•如图所示,吊篮 P 悬挂在天花板上,与吊篮质量相等的物体 Q 被固定在吊篮中的轻 弹簧托住,当悬挂吊篮的细绳烧断的瞬间,吊篮 P 和物体Q 的加速度大小是()A • a p = a o = gB • a p =2 g , a o = gC . a p = g , a o =2 gD . a p = 2g , a o = 0 3•如图7所示,竖直放置在水平面上的轻质弹簧上放着质量为2kg 的物体A ,处于静止状态。
若将一个质量为3kg 的物体B 竖直向下轻放在 A 上的一瞬间,贝U A 对B 的压力大小为(取g=10m/s 2) ( )A . 30NB . 0C . 15ND . 12N 4•物块A i 、A 2、B I 和B 2的质量均为m , A i 、A 2用刚性轻杆连接,B i 、B 2用轻质弹簧连结,两个装置都放5.如图所示,放在光滑水平面上两物体 A 和B 之间有一轻弹簧,A 、B 质量均为m ,大小为F 的水平力作用在B 上,使弹簧压缩,A 靠在竖直墙面上,AB 均处于静止,在力 F 突然撤去的瞬时, 6. 如图所示,质量均为 m 的A 、B 两球之间系着一根不计质量的弹簧,放在光滑的水平 面上,A 球紧靠竖直墙壁。
今用水平力F 将B 球向左推压弹簧,平衡后,突然将F 撤去, 在这一瞬间 ①B 球的速度为零,加速度为零②B 球的速度为零,加速度大小为F/m③在弹簧第一次恢复原长之后, A 才离开墙壁 ④在A 离开墙壁后,A 、B 两球均向右做匀速运动 以上说法正确的是A .只有①B .②③C .①④D .②③④7.如图所示,质量为 M 的框架放在水平地面上,一个轻质弹簧固定在框架上,下端拴一个质量为m 的小球,当小球上下振动时, 框架始终没有跳起, 在框架对地面的压力为零的瞬间, 小球加速度大小为( )A . gB . (M — m)g/mC . 0D . (M+m)g/m&如图所示,A 为电磁铁,C 为胶木秤盘,电磁铁 A 和秤盘C (包括支架)的总质量为 M , B 为铁片,质 量为m ,整个装置用轻绳悬挂于 0点。
当电磁铁通电,铁片被吸引上升的过程中,轻绳中拉力 F 的大小为( )A . F=MgB . Mg v F v (M + m)gC . F=(M+m)gD . F > (M+m)g9.如图所示,质量均为 m 的木块A 和B ,中间放置一轻质弹簧,压下木块 A ,再突然放手,在 A 达到最大速度时,木块 B 对地面的压力为 _______________ 。
精品文档A WWWVWB F<——在水平的支托物上,处于平衡状态,如图今突然撤去支托物,让物块下落,在除去支托物的瞬间, 受到的合力分别为 F fi 和F f2, B i 、B 2受到的合力分别为F i 和 F 2,则( )B. F fi = :mg , F f2= mg , F i = 0, F 2 =2mg C .F fi = :mg , F 12 =2mg , F i =mg , F 2 = mg D .F fi = mg , F f2= mg , F i =mg , F 2 = mg B 的加速度大小为 _____________ , A 的加速度大小为 __________A . F fi = 0, F f2= 2mg , F i = 0 , F 2 = 2mg ElA i 、A 215 .如图所示,n 块质量相同的木块并排放在光滑的水平面上,水平外力 F 作用在第一块木块上,则第 3块木块对第4块的作用力为多少?第 n — 2块对第n — 1 块的作用力为多少?尹一|一一一一一|------- lb 3 4 5 ------------- 11 |16 .如图所示,质量分别为 m 1和m 2的木块和之间用轻弹簧相连,在拉力 F 的作用下,以加速度 g 竖直向上匀加速直线运动,某时刻突然撤去拉力 F ,设此时和的加速度分别为 a A 和a B ,则()m 1、m 2的两个物体中间用一轻弹簧连接。
在下列四种 m 1、m 2作加速运动:①拉力水平, m 1、m 2在光滑的水平面上加 速运动。
②拉力水平, m 1、m 2在粗糙的水平面上加速运动。
③拉力平行于倾角为 B 的斜面,m 1、m 2沿光 滑的斜面向上加速运动。
④拉力平行于倾角为 B 的斜面,口仆m 2沿粗糙的斜面向上加速运动。
以厶1仆△ 12、精品文档10•如图所示,质量为m 的物体A 放置在质量为M 的物体B 上,B 与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简 谐运动,振动过程中A 、B 之间无相对运动•设弹簧的劲度系数为k •当物体离开平衡位置的位移为x 时,A 、B 间 摩擦力的大小等于()A • 0B • kxC . m kxD • (M m m )kx11.粗糙的水平面上叠放着A 和B 两个物体,A 和B 间的接触面也是粗糙的,如果用水平力F 拉B ,而B 仍保持静止,则此时 [ ]AWvW/A石A .B 和地面间的静摩擦力等于 F , B . B 和地面间的静摩擦力等于 F ,C . B 和地面间的静摩擦力等于零,D . B 和地面间的静摩擦力等于零, B 和A 间的静摩擦力也等于 F . B 和A 间的静摩擦力等于零. B 和A 间的静摩擦力也等于零. B 和A 间的静摩擦力等于 F .12 .两个质量相同的物体 F i 和 F 2,且 F 1> F 2,则A . F 1B . F 21和2紧靠在一起放在光滑水平桌面上,如图所示。
如果它们分别受到水平推力 1施于2的作用力的大小为()11C .( F 1+ F 2) D .( F 1- F 2)2 213 .质量分别为M 和m运动时,M 、m 间的作用力为N 1 ;用水平力F 向左推m ,使M 、 的两物体靠在一起放在光滑水平面上.用水平推力F 向右推M ,两物体向右加速m 一起加速向左运动时, M 、m 间的作用力为N 2,如图所示,则(A . N 1 : N 2 = 1 : 1 C . N 1 : N 2 = M : m)B . N i : N 2= m : M D .条件不足,无法比较14 .如图所示,置于水平地面上相同材料质量分别为 m 和M 的两物体用细 绳连接,在 M 上施加水平恒力 F ,使两物体做匀加速直线运动,对两物体 间细绳上的拉力,正确的说法是( )A .地面光滑时,绳子拉力大小等于 mF m MB .地面不光滑时,绳子拉力大小为 mF m MC .地面不光滑时,绳子拉力大于mF m MD .地面不光滑时,绳子拉力小于mF m MA . a A = aB =2gC . a A =g , a BB . a A =g , a B =g2mi m 2 m 2D . a Am 1 m 1 m 2a Bm 2 m 1 m 217 .如图所示,用相同材料做成的质量分别为情况下,相同的拉力 F 均作用在m 1上,使77丹号帀△ 13、△ 14依次表示弹簧在四种情况下的伸长量,则有()量为m 的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。
如图所示。
现让木板由静止开始以加速度 a(a v g)匀加速向下移动。
求经过多长时间木板开始与物体分离。
19. 一弹簧秤的秤盘质量 m i =1.5kg ,盘内放一质量为 m 2=10.5kg 的物体A ,弹簧质量不计,其劲度系数为 k=800N/m ,系统处于静止状态,如图所示。
现给A 施加一个竖直向上的力F ,使A 从静止开始向上做匀加速直线运动,已知在最初 02.S 内F 是变化的,在 0.2s 后是恒定的,求 F 的最大值和最小值各是多少? 20. 如图所示,B 物块放在A 物块上面一起以加速度 a=2m/s 2沿斜面向上滑动.已知A 物块质量 M=10kg , B 物块质量为m=5kg ,斜面倾角0=37°问:(1)B 物体所受的摩擦力多大?(2)B 物块对A 物块的压力多大?21. 如图所示,质量为M 的劈块,其左右劈面的倾角分别为 01=30 ° 02=45 °质量分别为mu 3 kg 和m 2=2.0kg 的两物块,同时分别从左右劈面的顶端从静止开始下滑,劈块始终与水平面保持相对静止,各相互接触面 卩=0.20求两物块下滑过程中 (m 1和m 2均未达到底端)劈块受到地面的摩擦力。
22. 如图所示,质量为 M 的平板小车放在倾角为 0的光滑斜面上(斜面固定),一质量为m 的人在车上沿 精品文档(g=10m/s 2)之间的动摩擦因数均为 (g=10m/s 2)A . △ 12> △ 11B . △ ">△ 13C . △ 11> △ 13D . △ 12= △ 1418. 一根劲度系数为k ,质量不计 的轻弹簧,上端固定,下端系一质平板向下运动时,车恰好静止,求人的加速度专题二牛顿第二定律的应用一一弹簧类问题例1.如图所示,A物体重2N , B物体重4N,中间用弹簧连接,弹力大小为2N ,时吊A物体的绳的拉力为T, B对地的压力为F,贝U T、F的数值可能是()A . 7N, 0B . 4N , 2N C. 1N , 6N D. 0, 6N例2•如图所示,质量相同的A、B两球用细线悬挂于天花板上且静止不动•两球间是一个轻质弹簧,如果突然剪断悬线,则在剪断悬线瞬间B球加速度为___________ ______球加速度为例3 .两个质量均为m的物体A、B叠放在一个直立的轻弹簧上,弹簧的劲度系数为K。
今用一个竖直向下的力压物块A,使弹簧又缩短了△ L (仍在弹性限度内),当突然撤去压力时,求A对B的压力是多大?例4 •图所示,一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计,盘内放一个物体P处于静止,P的质量m=12kg,弹簧的劲度系数k=300N/m。
现在给P 施加一个竖直向上的力F,使P从静止开始向上做匀加速直线运动,已知在t=0.2s内F是变力,在0.2s以后F是恒力,g=10m/s2,则F的最小值是_______ F的最大值是 ___________ 。
练习题1•如图所示,小球质量为m,被3根质量不计的相同弹簧a、b、c固定在0点,c竖直放置,a、b、c之间的夹角均为120 °小球平衡时,弹簧a、b、c的弹力大小之比为3: 3: 1.设重力加速度为g,当单独剪断c瞬间,小球的加速度大小及方向可能为()A . g/2,竖直向下B. g/2,竖直向上C. g/4,竖直向下D. g/4,竖直向上2.如上图所示,物体A、B间用轻质弹簧相连,已知m A=2 m, m B =m,且物体与地面间的滑动摩擦力大小均为其重力的k倍,在水平外力作用下,A和B 一起沿水平面向右匀速运动。