牛顿第二定律的瞬时性
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专题10 牛顿第二定律的瞬时性问题加速度与合外力具有瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时变化、同时消失,牛顿第二定律的瞬时性问题具体可简化为以下两种模型:1.轻绳、轻杆和接触面:不发生明显形变就能产生弹力,在瞬时性问题中其弹力可以突变.这类问题一般要结合物体在状态突变后的运动来分析状态突变瞬间的加速度,因为状态突变瞬间是状态突变之后运动的初状态。
时性问题中,弹簧的弹力瞬间突变为零。
1.如图所示,在图1、2、3中的小球a、b和c完全相同,轻弹簧S1和S2完全相同,连接的轻绳l1和l2也完全相同,通过轻弹簧或轻绳悬挂于固定点O,整个系统处于静止状态。
现将图1中的轻绳l1剪断、图2中的轻弹簧S1剪断、图3中的轻绳l2剪断,将图1中的小球a的加速度大小记为a1,将图2中的小球b的加速度大小记为a2,将图3中的小球c的加速度大小记为a3,重力加速度大小为g。
则在剪断瞬间()A.a1=3g,a2=2g,a3=g B.a1=2g,a2=2g,a3=0C.a1=2g,a2=g,a3=g D.a1=2g,a2=g,a3=0【答案】D【解析】图1中,对三个小球体整体分析有F1=3mg剪断图1中的轻绳l1时,弹簧S1不能发生突变,弹力与剪断前相同,对小球体a分析有F1−mg=ma1解得a1=2g剪断图2中的轻弹簧S1,弹簧弹力突变为0,对小球体b、c分析有2mg=2ma2解得a2=g此时轻绳l2弹力为0。
剪断图3中的轻绳l2时,弹簧S1不能发生突变,弹力与剪断前相同,即此时小球体c受力仍然平衡,图3中的小球c的加速度大小记为a3=0综合上述可知a1=2g,a2=g,a3=0故选D。
2.物块A1、A2的质量均为m,B1、B2的质量均为2m,A1、A2用一轻杆连接,B1、B2用轻质弹簧连接。
两个装置都放在水平的支托物M上,处于平衡状态,如图所示。
今突然迅速地撤去支托物M,在除去支托物的瞬间,A1、A2加速度分别为a1和a2,B1、B2的加速度分别为a1′和a2′,则()A.a1=0,a2=2g,a1′=0,a2′=2g B.a1=0,a2=2g,a1′=g,a2′=2gC.a1=g,a2=g,a1′=0,a2′=2g D.a1=g,a2=g,a1′=g,a2′=g【答案】C【解析】A1、A2用一轻杆连接,它们的加速度始终相等,在除去支托物的瞬间,由它们组成的系统只受重力的作用,根据牛顿第二定律可知,它们的加速度a1=a2=g因为在除去支托物的瞬间,弹簧上的弹力不能突然消失(主要是弹簧不能突然恢复原长),所以B1的受力不变,加速度仍为零,即a1′=0而B2受到的竖直向上的支持力突然消失,受到的竖直向下的重力2mg和弹簧弹力2mg不变,加速度大小a2′=2g 综上分析,选项C正确,ABD错误。
牛顿第二定律——瞬时性问题分析【思维提升】1.力和加速度的瞬时对应性是高考的重点。
物体的受力情况应符合物体的运动状态,当外界因素发生变化(如撤力、变力、断绳等)时,需重新进行运动分析和受力分析,切忌想当然。
2.求解此类瞬时性问题,要注意以下四种理想模型的区别:【针对训练】1.如图所示,一木块在光滑水平面上受一恒力F 作用而运动,前方固定一个弹簧,当木块接触弹簧后( C ) A .将立即做变减速运动B .将立即做匀减速运动C .在一段时间内仍然做加速运动,速度继续增大D .当弹簧处于最大压缩量时,物体的加速度为零2.如图所示,轻弹簧上端与一质量为m 的木块1相连,下端与另一质量为M 的木块2相连,整个系统置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态.现将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,木块1、2的加速度大小分别为a 1、a 2。
重力加速度大小为g 。
则有( C )A .a 1=0,a 2=gB .a 1=g ,a 2=gC .a 1=0,a 2=m +MM gD .a 1=g ,a 2=m +MMg3.如图所示,质量分别为m 、2m 的球A 、B 由轻质弹簧相连后再用细线悬挂在正在竖直向上做匀加速运动的电梯内,细线中的拉力为F ,此时突然剪断细线,在线断的瞬间,弹簧的弹力的大小和小球A 的加速度大小分别为( A )A .2F 3,2F 3m +gB .F 3,2F 3m +gC .2F 3,F3m +gD .F 3,F3m+g4.物块A 1、A 2、B 1、B 2的质量均为m ,A 1、A 2用刚性轻杆连接,B 1、B 2用轻质弹簧连接。
两个装置都放在水平的支托物上,处于平衡状态,如图所示。
今突然迅速地撤去支托物,让物块下落。
在除去支托物的瞬间,A 1、A 2受到的合力分别为f 1和f 2,B 1、B 2受到的合力分别为F 1和F 2。
则( B )A .f 1=0,f 2=2mg ,F 1=0,F 2=2mgB .f 1=mg ,f 2=mg ,F 1=0,F 2=2mgC .f 1=0,f 2=2mg ,F 1=mg ,F 2=mgD .f 1=mg ,f 2=mg ,F 1=mg ,F 2=mg5.如图所示一根轻质弹簧上端固定,下端挂一质量为m 0的平盘,盘中有一物体,质量为m 。
牛顿第二定律之瞬时性问题智慧物理【总结】一、瞬时性问题1.牛顿第二定律的表达式为:F 合= 。
加速度由物体所受 决定,。
加速度的方向与物体所受 的方向一致;当物体所受合外力发生突变时,加速度也随着发生 ,而物体运动的速度 发生突变。
2.两种模型的区别(1)轻绳、轻杆和接触面:不发生明显形变就能产生弹力,剪断或脱离后,不需要时间恢复形变,原有弹力立即消失或 ,即会发生突变。
(2)轻弹簧、蹦床和橡皮条:当轻弹簧两端与物体相连(即两端为固定端)时,由于物体有惯性,弹簧的长度不会发生 ,所以在瞬时问题中,其弹力大小认为是 的,即此时弹簧弹力不突变。
二、解题思路1.分析瞬时变化前物体的受力情况;2.分析瞬时变化后哪些力变化或消失;3.求出变化后物体所受合力,根据牛顿第二定律列方程;4.求瞬时加速度。
【专题练习】一、填空题1.如图所示,A B 、两小球用细线连接,C D 、两小球用轻弹簧连接,双手分别提起A C 、两球,使四个小球均在空中处于静止状态,双手同时释放A C 、瞬间(空气阻力不计,重力加速度为g ),小球B 的加速度大小为____________,小球D 的加速度大小为____________。
2.如图所示,两系统均处于静止状态,绳和弹簧质量不计。
重力加速度为g ,则剪断OA 、OC 上端绳的瞬时,物体A 、B 、C 、D 的瞬时加速度分别为:a A=______a B=______ac =______a D=______3.如图甲、乙所示,图中细线均不可伸长,两小球均处于平衡状态且质量相同.如果突然把两水平细线剪断,剪断瞬间小球A的加速度的大小为________,方向为________;小球B 的加速度的大小为________,方向为________;图甲中倾斜细线OA与图乙中弹簧的拉力之比为________(θ、重力加速度g已知).4.如图所示,质量为m的小球用一根细线和一根轻弹簧悬挂起来,小球静止时,细线水平,而弹簧与竖直成θ角。
牛顿第二定律的理解
1.瞬时性:牛顿第二定律说明力的瞬时效应能产生加速度,物体的加速度和物体所受的合外力总是同生、同灭、同时变化,所以它适合解决物体在某一时刻或某一位置时的力和加速度的关系问题。
2.矢量性:力和加速度都是矢量,物体的加速度方向由物体所受合外力的方向决定。
牛顿第二定律的数学表达式F合=ma中,等号不仅表示左右两边数值相等,也表示方向一致。
3.独立性:当物体受到几个力的作用时,各力将独立地产生与其对应的加速度(力的独立作用原理),而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果。
即:∑Fx =max,∑Fy=may。
4.同一性:合外力F、质量m、加速度a三个物理量必须对应同一个物体或同一个系统;加速度a相对于同一惯性关系(一般以地面为参考系)。
牛顿第二定律适用范围
1.牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或匀速直线运动的参考系)。
2.牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。
牛顿第二定律的瞬时性问题根据牛顿第二定律的表达式F=ma,物体的加速度与物体所受的合外力总是同时产生、同时变化、同时消失,故物体的合外力与其加速度具有瞬时对应关系。
所以,合外力恒定时加速度恒定不变,合外力变化时加速度随之发生变化。
在某些情况下物体的合外力受力条件突然发生变化,要求分析物体加速度的变化,这类问题我们称为瞬时性问题。
一、瞬时性问题的解题步骤二、两种模型1、轻绳、轻杆和接触面这些物体产生弹力时没有明显的形变,剪断或脱离后,恢复形变不需要时间,弹力立即消失或改变,如果题目中没有特殊说明,我们均可认为轻绳、轻杆和接触面的弹力发生突变。
例题1:如图甲、乙所示,质量为m的两物体分别用长度均为L的细线悬挂在天花板上的A、B、C、D 四点,A、B及C、D两点间的距离也为L,甲图中物体通过一小段细线悬挂,而乙图中两根等长细线直接系在物体上,现在剪断悬挂在B、D两点的细线,则在剪断细线的瞬间,物体的加速度为()A. 甲图中物体的加速度为0,乙图中物体的加速度为gB. 甲图中物体的加速度为12g,乙图中物体的加速度为32g分析原状态受力情况,求出原状态下各力的大小和方向。
原状态当前状态加速度若原状态是平衡状态,则由平衡条件求解,若原状态处于加速状态,则由牛顿第二定律求解。
分析当前状态与原状态的间的差异,发生了哪些变化?分析当前状态的受力情况,确定合外力,由牛顿第二定律求解加速度。
C. 甲图中物体的加速度为g,乙图中物体的加速度为1 2 gD. 甲图中物体的加速度为32g,乙图中物体的加速度为0分析与解:甲图中细线剪断后,物体将做自由落体运动,直至细线被拉直,所以剪断的瞬间物体加速度为g;乙图中细线剪断后,物体将绕C点做圆周运动,其加速度垂直细线,所以加速度为12g。
答案:C例题2:(多选)如图所示,质量分别为M=10kg和m=5kg的两物体通过细线连接,已知物体M与水平面的摩擦因数为0.1,物体m与水平面的摩擦因数为0.2,用恒定的外力F=30N拉着两物体在水平面上做匀加速运动,某时刻,突然撤去外力F的瞬间,下列说法正确的是()A.两物体的加速度大小均为43m/s2B.细线的拉力为10NC.物体m的加速度为2m/s2D. 细线的拉力为零分析与解:撤去力F的瞬间,由于物体m所受摩擦力产生的加速度大于物体M所受摩擦力产生的加速度,所以两细线间没有拉力,两物体加速度不同,物体M的加速度为1 m/s2,物体m的加速度为2 m/s2.答案:CD例题3:(多选)如图所示,箱子内用两根细线将质量为m的小球悬挂在A、B两点,其中细线AO与水平方向成600角,细线BO水平,箱子做竖直向上的匀加速直线运动,加速度a=g,g为重力加速度。
《牛顿第二定律的瞬时性问题》——教学反思一、课题的准备阶段牛顿运动定律这一章节在高中物理中的地位举足轻重,在物理的教学公开课中,也经常被老师们选择其中的某一节内容作为上课主题。
教材中包含五个课题:牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律、牛顿运动定律的应用、超重与失重。
其中牛顿第二定律定量的给出了物体的加速度与合外力、质量的关系,牛顿第二定律具有丰富的内涵,其具有五个性质:因果性、矢量性、瞬时性、独立性和相对性。
牛顿第二定律的每一个性质都可以用一个物理课时进行深入的研究。
结合成都七中和成都七中八一学校的高一物理教学进度,由成都市教科院组织了一次在成都七中八一学校的同课异构的展示课,课题确定为《牛顿第二定律的瞬时性》,上课时间11月21日,组上老师在一个月前推荐了我去上这次公开课,给我一次锻炼和展示的机会,同时我也借此课题作为学校分散献课的上课课题。
在七中老师中流行着这样一句话:不怕上公开课,就怕上公开课的准备过程。
因为每一次公开课都是一次重要的亮相,对老师个体来说,是个人教学能力的集中展示,对备课组和教研组来说,就是集体力量的集中展示。
为了把这节课上出新颖,上出高度,上出水平。
我做了充分的构思和准备,去学校的图书馆查阅相关资料,在网上也查阅了关于牛顿第二定律瞬时性问题的理论研究,在这节课的实验中,我也做了大胆的尝试,期间做了很多次改进和调整,这些都源于物理教研组的老师们给带来的启发和建议。
二、课题框架的搭建牛顿第二定律的瞬时性,指的是合外力与加速度瞬时一一对应关系,合外力不变,加速度不变;合外力渐变,加速度渐变;合外力突变,加速度突变。
由此我确定了三个教学内容和环节:一是合外力恒定,加速度恒定(问题1:地铁列车启动阶段的瞬时加速度问题为例)。
二是合外力渐变,加速度渐变,(问题2:“蹦极”过程中“人”的加速度变化问题)。
三是合外力突变,加速度突变(问题3:轻弹簧、轻绳模型中的瞬时加速度问题)。
针对这节课的内容,我请教了物理组的范波老师、谢英胜老师。
专题07 牛顿第二定律的瞬时性问题 【专题概述】 牛顿第二定律是高中物理学重要的组成部分,同时也是力学问题中的基石,它具有矢量性、瞬时性等特性,其中瞬时性是同学们理解的难点。
所谓瞬时性,就是物体的加速度与其所受的合外力有瞬时对应的关系,每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力。
也就是物体一旦受到不为零的合外力的作用,物体立即产生加速度;当合外力的方向、大小改变时,物体的加速度方向、大小也立即发生相应的改变;当物体的合外力为零时,物体的加速度也立即为零。
由此可知,力和加速度之间是瞬时对应的。
以两个相对比的情形来说明一下如图所示,物块1、2间用刚性轻质杆连接,物块3、4间用轻质弹簧相连,物块1、3质量为m ,物块2、4质量为M ,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。
现将两木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,物块1、2、3、4的加速度大小分别为a 1、a 2、a 3、a 4。
重力加速度大小为g ,则有( )A .a 1=a 2=a 3=a 4=0B .a 1=a 2=a 3=a 4=gC .a 1=a 2=g ,a 3=0,a 4=M m +M gD .a 1=g ,a 2=M m +M g ,a 3=0,a 4=M m +M g【答案】C如图所示,一质量为m 的物体系于长度分别为l 1、l 2 的两根细线上,l 1 的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为θ,l 2 水平拉直,物体处于平衡状态。
现将l 2 线剪断,求剪断瞬时物体的加速度。
(1)下面是某同学对该题的一种解法:解:设l1线上拉力为T1,l2线上拉力为T2,物体重力为mg,物体在三力作用下保持平衡T1cosθ=mg,T1sinθ=T2,T2=mgtanθ剪断线的瞬间,T2突然消失,物体即在T2反方向获得加速度。
因为mg tanθ=ma,所以加速度a=g tanθ,方向在T2反方向。
你认为这个结果正确吗?请对该解法作出评价并说明理由。
解读牛顿第二定律的“四性”湖北广水市一中 白庆然 432700牛顿第二定律是动力学的核心规律,它阐明了物体的加速度跟力和质量的定量关系,是在实验基础上建立起来的重要定律。
对于它的理解非常重要。
牛顿第二定律研究的问题是a 跟F 、m 之间的定量关系。
它的公式是F 合=ma ,但对于它的理解经常会出现疏漏,要注意以下几个问题,归结为四性:一、瞬时性加速度与合外力存在瞬时对应关系,无论物体所受合外力的大小和方向如何变化,物体运动的加速度大小和方向总与合外力同步变化。
F 合=ma 对运动过程的每一瞬间成立,且与速度无关。
例1 下面说法正确的是( )A. 物体速度为零时,合外力一定为零B. 物体合外力为零时,速度一定为零C. 物体合外力减小时,速度一定减小D. 物体合外力减小时,加速度一定减小解析 物体运动的加速度大小和方向总与合外力同步变化,即由mF a 合=知物体合外力增大时,加速度一定增大,物体合外力减小时,加速度一定减小;D 正确,v 与F 合之间无决定关系,故A 、B 、C 错误。
二、矢量性牛顿第二定律公式是一个矢量式。
加速度和力都是矢量,它们都是有方向的,牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小之间的关系,还确定了它们的方向之间的关系,加速度的方向与合外力的方向始终相同。
例2 如图1所示,电梯与水平面夹角为300,当电梯加速向上运动时,人对梯面压力是其重力的6/5,则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍? 分析与解:对人受力分析,他受到重力mg 、支持力F N 和摩擦力F f 作用,如图1所示.取水平向右为x 轴正向,竖直向上为y 轴正向,此时只需分解加速度,据牛顿第二定律可得:F f =macos300, F N -mg=masin300 因为56=m g F N ,解得53=mg F f . 三、独立性作用在质点上的每一个力将会产生对应的加速度。
例如,水平方向上的力产生水平方向的加速度,竖直方向的力产生竖直方向的加速度,彼此独立,互不干涉,即F ma x x =,F ma y y =,应用牛顿第二定律分量式解答动力学问题时可分解力,也可分解加速度,需根据解题的方便而确定。
牛顿第二定律的瞬时性核心知识理解:所谓瞬时性,就是物体的加速度与其所受的合外力有瞬时对应的关系,每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力。
也就是物体一旦受到不为零的合外力的作用,物体立即产生加速度;当合外力的方向、大小改变时,物体的加速度方向、大小也立即发生相应的改变;当物体的合外力为零时,物体的加速度也立即为零。
由此可知,力和加速度之间是瞬时对应的。
解这类问题要明确两种基本模型的特点:A. 轻绳不需要形变恢复时间,在瞬时问题中,其弹力可以突变,成为零或者别的值。
B. 轻弹簧(或者橡皮绳)需要较长的形变恢复时间,在瞬时问题中其弹力不能突变,大小方向均不变。
例1. 如图1所示,物体B、C分别连接在轻质弹簧两端,将其静置于吊篮A的水平底板上,已知A、B、C三者质量相等,均为m,那么烧断悬挂吊篮的轻绳的瞬间,各物体加速度为多少?解析:此问题应用到弹簧的弹力不能突变的性质。
未烧断绳子之前,C受到一个重力mg和弹簧的弹力F,两者平衡即F=mg。
绳烧断瞬间,F不能突变,大小仍为mg,所以。
A、B可看成一个整体来分析,绳子未断之前,它们受重力2mg,弹簧向下的弹力F=mg,绳子向上的拉力,处于平衡状态。
绳子断的瞬间,拉力消失,而弹簧的弹力不能突变,所以它们受到的合力向下,大小为,所以。
例2. (阅读此例若有困难,在学完共点力平衡再看)在如图2所示的装置中,小球m 在水平细绳OA和与竖直方向成θ角的弹簧OB作用下处于静止状态,若将绳子OA剪断,问剪断瞬间小球m的加速度大小、方向如何?图2解析:以小球为研究对象,在未剪断绳子OA之前,小球m受重力mg,方向竖直向下;弹簧OB的拉力,方向与竖直方向成θ角斜向上;绳子OA的拉力,水平向左。
由于小球处于静止状态,则弹簧OB的拉力和重力mg的合力与绳子OA的拉力是一对平衡力。
所以和mg的合力在数值上等于绳子OA的拉力,方向水平向右。
当剪断绳子OA的瞬间,绳子OA的拉力消失而弹簧OB的拉力来不及变化(弹簧OB的拉力使弹簧OB发生了形变,而弹簧要恢复到原长是需要时间的,所以在这一瞬间我们认为弹簧的长度并没有改变),所以此时小球受重力mg和弹簧OB的拉力作用,其合力仍为,方向水平向右。
牛顿第二定律的瞬时性问题加速度与合外力具有瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时变化、同时消失。
分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是明确该时刻物体的受力情况或运动状态,再由牛顿第二定律求出瞬时加速度,此类问题应注意以下两种模型:(1)刚性绳(或接触面)——不发生明显形变就能产生弹力,剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间。
(2)弹簧(或橡皮绳)——两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳),特点是形变量大,其形变恢复需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变。
【题型1】两个质量均为m 的小球,用两条轻绳连接,处于平衡状态,如图所示。
现突然迅速剪断轻绳OA ,让小球下落,在剪断轻绳的瞬间,设小球A 、B 的加速度分别用a 1和a 2表示,则( )A.a 1=g ,a 2=gB.a 1=0,a 2=2gC.a 1=g ,a 2=0D.a 1=2g ,a 2=0【题型2】如图所示,光滑水平面上,A 、B 两物体用轻弹簧连接在一起,A 、B 的质量分别为m 1、m 2,在拉力F 作用下,A 、B 共同做匀加速直线运动,加速度大小为a ,某时刻突然撤去拉力F ,此瞬时A 和B 的加速度大小为a 1和a 2,则( )A.a 1=0,a 2=0B.a 1=a ,a 2=m 2m 1+m 2aC.a 1=m 1m 1+m 2a ,a 2=m 2m 1+m 2a D.a 1=a ,a 2=m 1m 2a 【题型3】(多选)如图甲、乙所示,图中细线均不可伸长,两小球质量相同且均处于平衡状态,细线和弹簧与竖直方向的夹角均为θ。
如果突然把两水平细线剪断,则剪断瞬间( )A.图甲中小球的加速度大小为g sin θ,方向水平向右B.图乙中小球的加速度大小为g tan θ,方向水平向右C.图甲中倾斜细线与图乙中弹簧的拉力之比为1∶cos 2θD.图甲中倾斜细线与图乙中弹簧的拉力之比为cos 2θ∶1【题型4】如图所示,物块1、2间用刚性轻质杆连接,物块3、4间用轻质弹簧相连,物块1、3质量为m,2、4质量为M ,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。
2014年高考物理重点难点透视牛顿第二定律的理解:“瞬时性”和“矢量性”【题型攻略】1.牛顿第二定律的“瞬时性”指:物体的加速度与物体所受合外力的瞬时对应关系.a 为某一瞬时的加速度,F 即为该时刻物体所受的合外力,对同一物体a 与F 的关系为瞬时一一对应。
涉及弹簧问题时,注意弹簧轻弹簧的弹力不能突变;两物体相互分离的瞬间,两者之间的弹力为零,但注意该时刻它们的速度和加速度仍相等。
2.牛顿第二定律的“矢量性”指:牛顿第二定律公式是矢量式,任一瞬间a 的方向均与F 合的方向相同.当F 合方向变化时,a 的方向同时变化,且任意时刻两者均保持一致.物体的加速方向与所受的合外力方向相同,而不是运动方向与合外力方向相同。
据此可知,质点做直线运动的条件是合外力速度共线,质点做曲线运动条件是合外力与速度不共线。
【真题佐证】(2010年全国卷I )如右图,轻弹簧上端与一质量为m 的木块1相连,下端与另一质量为M 的木块2相连,整个系统置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。
现将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,木块1、2的加速度大小分别为a 1、a 2。
重力加速度大小为g 。
则有A .1a g =,2a g =B .10a =,2a g =C .10a =,2m M a g M +=D .1a g =,2m M a g M += 【答案】C【解析】在抽出木板的瞬时,弹簧对1的支持力和对2的压力并未改变。
对1物体受重力和支持力,mg=F,a 1=0. 对2物体受重力和压力,根据牛顿第二定律g Mm M M Mg F a +=+=。
(2012安徽卷).如图所示,放在固定斜面上的物块以加速度沿斜面匀加速下滑,若在物块上再施加一竖直向下的恒力,则 ( )A. 物块可能匀速下滑B. 物块仍以加速度匀加速下滑C. 物块将以大于的加速度匀加速下滑D. 物块将以小于的加速度匀加速下滑答案:C解析:未加恒力F 时,由牛顿第二定律知θμθcos sin mg a mg -=,而加上F 后,)cos sin )((θθmg mg mF g a ++=',即a a >',C 正确。
牛顿第二定律的瞬时性
牛顿第二定律的几个特性:
瞬时性a与F对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F为该时刻物体所受合力,加速度随合外力同时产生、同时变化、同时消失。
因果性
F是产生a的原因,物体具有加速度是因为物体受到了力。
矢量性加速度与合外力都是矢量,它们的方向始终相同,加速度的方向唯一由合外力的方向决定。
同一性①加速度a相对同一惯性系(一般指地面)
②ma
F=中,a
m
F、
、对应同一物体或同一系统。
③ma
F=中,各量统一使用国际单位。
独立性①作用于物体上的每个力都独立地产生一个加速度且遵循牛顿第二定律
②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和。
(合加速度)
局限性①只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(小于光速)的情况
②只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(小于光速)的情况
例:如图所示,如图所示,轻弹簧下端固定在水平面上。
一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落,接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。
在小球下落的这一全过程中,下列说法中正确的是()
A.小球刚接触弹簧瞬间速度最大
B.从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上
C.从小球接触弹簧到到达最低点,小球的速度先增大后减小
D.从小球接触弹簧到到达最低点,小球的加速度先减小后增大
解析:小球的加速度大小决定于小球受到的合外力。
从接触弹簧到到达最低点,弹力从零开始逐渐增大,所以合力先减小后增大,因此加速度先减小后增大。
当合力与速度同向时小球速度增大,所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大。
选CD。
10.在光滑水平面上有一物块受水平恒力F的作用而运动,在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧,如图所示,当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短的过程中,下列说法正确的是BCD
A.物块接触弹簧后即做减速运动
B.物块接触弹簧后先加速后减速
C.当弹簧处于压缩量最大时,物块的加速度不等于零
D.当物块的速度为零时,它所受的合力不为零
(2012•四川)如图所示,劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上,另一端与置于水平面上质量为m的物体接触(未连接),弹簧水平且无形变.用水平力,缓慢推动物体,在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0,此时物体静止.撤去F后,物体开始向左运动,运动的最大距离为4x0.物体与水平面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.则()
A .撤去F 后,物体先做匀加速运动,再做匀减速运动
B .撤去F 后,物体刚运动时的加速度大小为g m
kx μ-0 C .物体做匀减速运动的时间为g
x μ02 D .物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为μmg (x 0−k
mg μ)
2.力与加速度的瞬时对应关系
物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向,合力与加速度的大小关系是ma F =,只要有合力,不管速度是大,还是小,或是零,都有加速度,只有合力为零,加速度才能为零,一般情况下,合力与速度无必然的关系,只有速度变化才与合力有必然的联系。
a 与F 对应同一时刻,即a 为某时刻的加速度时,F 为该时刻物体所受合力,加速度随合外力同时产生、同时变化、同时消失。
例:如图所示,两个质量相同的小球A 和B ,甲图中球用不可伸长的细线连接,然后用细绳挂起来,若剪断悬线OA 的瞬间,A 球和B 球的加速度分别是多少?乙图中两球间用轻弹簧连接,也用细绳悬挂起来,剪断细绳瞬间,A 球和B 球的加速度又分别是多少?
解析:不可伸长的细绳的张力变化时间可以忽略不计,因此可称为“突变弹力”。
甲图中剪断OA 后,
A 、
B 两球立即达到共同加速度,A 、B 间的细绳张力立即变为零,故有g a a B A ==。
当A 、B 间是轻弹簧相连时,剪断OA 后,弹簧形变量尚未改变,其弹力将逐渐减小,可称为“渐变弹力”。
因此,这时B 球加速度仍为零,即0=B a ,A 球加速度为g a A 2=。
①轻绳不需要形变恢复时间,在瞬时问题中,其弹力可以突变,成为零或别的值。
②轻弹簧(或橡皮绳)需要较长的形变恢复时间,在瞬时问题中,其弹力不能突变,大小不变。
如图所示,一质量为m 的物体系于长度分别为1l 、2l 的两要根细线上,1l 的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为θ,2l 水平拉直,物体处于平衡状态。
现将2l 剪断,求剪断瞬间物体的加速度?
(1)对图甲的情况,2l 剪断的瞬间,绳1l 不可伸缩,物体的加速度只能沿垂直1l 的方向,
有:1sin ma mg =θ
则θsin 1g a =,方向为垂直于1l 斜向下。
(2)对图乙的,设弹簧上拉力为1T F ,2l 线上拉力
为2T F ,重力为mg ,物体在三力作用下保持平衡,
有:mg F T =θcos 1
21sin T T F F =θ
得θtan 2mg F T =
剪断线的瞬间,2T F 突然消失,物体即在2T F 反方向获得加速度。
因此2tan ma mg =θ,所以加速度θtan 2g a =,方向在2T F 的反方向,即水平向右。
2.如图所示,细绳拴一个质量为m 的小球,小球用固定在墙上的水平弹簧支撑,小球与弹簧不粘连,平衡时细绳与竖直方向的夹角为0
53,
求:小球静止时细绳的拉力大小?
烧断细线瞬间小球的加速度?
4.如图4所示,在光滑的水平面上,质量分别为m 1和m 2的木 块A 和B 之间用轻弹簧相连,在拉力F 作用下,以加速度a 做匀加速直线运动,某时刻突然撤去拉力F ,此瞬时A 和B 的加速度为a 1和
A .a 1=a 2=0
B .a 1=a ,a 2=0
C .a 1=m 1m 1+m 2a ,a 2=m 2m 1+m 2
a D .a 1=a ,a 2=-m 1m 2a
5.(2010·广州模拟)如图5所示,质量为m 的小球用水平轻弹簧系住,并用倾角为30°的光滑木板AB 托住,小球恰好处于静止状态.当木板AB 突然向下撤离的瞬间,小球的加速度大小为( )
A .0 B.233
g C .g D.33
g 如图,轻弹簧上端与一质量为m 的木块1相连,下端与另一质量为M 的木块2相连,整个系统置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态.现将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,木块1、2的加速度大小分别为a 1、a 2.重力加速度大小为g .则有( )
A .a 1=g ,a 2=g
B .a 1=0,a 2=g
C .a 1=0,M
M m a +=
2 D .D .a 1=g ,M
M m a +=2。