高中物理竞赛及自主招生考试动力学专题
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第一部分是关联的处理。
两套思路:第一套是矢量力学,写加速度关联,写对每个物理写牛顿第二定律,然后暴力解方程。
第二套思路是分析力学,写几何约束,写能量表达式,求一次导数得答案。
具体可能遇到各种细节问题,例如转动的问题,曲率半径的问题等等。
第二部分是复习惯性力。
先给几个简单例子,然后给了一个科里奥利力的简单计算,希望大家不要再对这一项惯性力感到玄妙。
例题精讲第一部分 关联的处理【例1】 如图有两根长度为l 的轻杆铰接在一起,在顶点和中点处镶上五个质量为m 的质点。
地面光滑,某时刻左右两个物体速度大小为v ,分别向左向右,角度为30θ=︒。
求此时五个物体的加速度。
注意比较用加速度关联的做法和用能量求导数的办法。
为什么现在加速度大小和速度有关了?本讲导学第6讲动力学I 关联和惯性力θmmmm m【例2】如图一根横梁上有两个定点,间距为3l,找到一个轻绳,长度为3l。
套一个质量为m的小环,初始状态质点在A点正下方,绳子拉直,从静止释放。
求当m走到AB的中垂线的位置的时候,m的速度和加速度,以及绳子拉力,忽略一切摩擦。
将题设改为B点固定,A点变成一个无质量的小环,套在横梁上,m在任意点的时候,绳子的拉力。
A Bmm【例3】如图所示,质量为M的光滑三角劈,倾角为 ,在其顶点固定一个小滑轮,忽略摩擦。
质量为m 的一个物块以绳子连接,绳子另一端固定在竖直墙上,物块m则放在劈上。
问系统自由释放加速运动,到达速度为v时,三角劈的加速度为多少?注意比较加速度关联和能量求导出的做法。
【例4】27届第三题。
注意如何表达约束。
第二部分复习惯性力【例5】如图所示,一平台在水平面内绕竖直中心轴以角速度ω匀速运动,在平台内沿半径方向开两个沟槽,质量为m A的小球置入一个两者间摩擦因数为μ的沟槽A内,质量为m B的小球放在一个光滑的沟槽B内。
用长l的细线绕过平台中心轴两端与A、B两球相连。
设平台中心是半径可忽略的细轴且光滑。
A球位置可以用它到中心点O的距离x表示。
第3讲动力学一般问题与特殊问题一、知识点击1.惯性系与牛顿运动定律⑴惯性系:牛顿运动定律成立的参考系称为惯性参考系.地球参考系可以很好地近似视为惯性参考系一切相对地面静止或匀速直线运动的参考系均可视为惯性参考系.⑵牛顿运动定律牛顿第一定律:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止.牛顿第一定律也称为惯性定律.牛顿第二定律:物体的加速度与其所受外力的合力成正比,与物体的质量成反比,其方.常作正交分解成:向与合外力的方向相同.即F maF x=ma x F y=ma y F z=ma z牛顿第三定律:两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上.2.联结体所谓“联结体”就是一个系统内有若干个物体,它们的运动情况和受力情况都一种关系联系起来.若联结体内(即系统内)各物体只有相同的加速度时应先把这联结体当成一个整体(看成一个质点).分析这类问题的一般方法是:(l)将系统中的每个物体隔离开来分别进行受力分析;(2)对每个物体用牛顿第二、三定律列方程,有的物体可以列互为正交方向上的两个方程;(3)根据具体情况确定各物体的运动特征量般(如速度、加速度)之间的关系.在解决联结体问题时确定齐物体加速度之间的关系是}分币要的.3.非惯性系牛顿第一、二定律只适用十某一类参考系、这类参考系叫惯性系.比如地面就是一个相当好的惯性系,太阳是一个非常好的惯性系,一般我们认为,相对地面没有加速度的参考系,都可视为惯性系,相对地而有加速度的参考系,都可视为非惯性系.在非惯性系中,为了使牛顿第一、二定律在形式上仍然成立,我们可以给每个物体加上一个惯性力F 0.F 0的大小为ma 0(m 为研究的物体,a 0为所选参考系相对地而的加速度), F 0的方向和a 0的方向相反.如果取一个转动的参考系,则要加上惯性离心力F 0=m ω2 R 。
惯性力是一个假想的力,完全是为了使牛顿第一、二定律在非惯性系中也能成立而人为地想象出来的,实际上并不存在.惯性力不存在施力物体,也没有反作用力.惯性力从其性质上来说,也是一个保守力,所以在有些场合也会讨论惯性力的势能.3.质心运动问题质心是物体质量中心,由几个质点组成的质点系,若这几个质点所在的位置分别是(x 1,y 1,z 1)、(x 2,y 2,z 2)……则系统的质心位置为i i i i m xx m =∑∑ i i i i m y y m =∑∑ i i i i m z z m =∑∑二、方法演练类型一、牛顿第二定律是动力学的核心,特别是质点系的牛顿第二定律解题时应用起来特别灵活多变,是解决复杂的动力学问题的主要手段。
全国中学生高中物理竞赛第16届—22届预赛动力学试题集锦(含答案)一、第16届预赛题. (15分)一质量为M 的平顶小车,以速度0v 沿水平的光滑轨道作匀速直线运动。
现将一质量为m 的小物块无初速地放置在车顶前缘。
已知物块和车顶之间的动摩擦系数为μ。
1. 若要求物块不会从车顶后缘掉下,则该车顶最少要多长?2. 若车顶长度符合1问中的要求,整个过程中摩擦力共做了多少功? 参考解答1. 物块放到小车上以后,由于摩擦力的作用,当以地面为参考系时,物块将从静止开始加速运动,而小车将做减速运动,若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度,则物块就刚好不脱落。
令v 表示此时的速度,在这个过程中,若以物块和小车为系统,因为水平方向未受外力,所以此方向上动量守恒,即0()Mv m M v =+ (1) 从能量来看,在上述过程中,物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功,即2112mv mg s μ= (2) 其中1s 为物块移动的距离。
小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功,即22021122Mv mv mgs μ-=- (3) 其中2s 为小车移动的距离。
用l 表示车顶的最小长度,则21l s s =- (4) 由以上四式,可解得22()Mv l g m M μ=+ (5)即车顶的长度至少应为202()Mv l g m M μ=+。
2.由功能关系可知,摩擦力所做的功等于系统动量的增量,即22011()22W m M v Mv =+- (6)由(1)、(6)式可得22()mMv W m M =-+ (7)二、第16届预赛题.(20分)一个大容器中装有互不相溶的两种液体,它们的密度分别为1ρ和2ρ(12ρρ<)。
现让一长为L 、密度为121()2ρρ+的均匀木棍,竖直地放在上面的液体内,其下端离两液体分界面的距离为34L ,由静止开始下落。
试计算木棍到达最低处所需的时间。
假定由于木棍运动而产生的液体阻力可以忽略不计,且两液体都足够深,保证木棍始终都在液体内部运动,未露出液面,也未与容器相碰。
高中物理竞赛及自主招生动量和能量专题一、知识网络二、方法总结1、解决力学问题的三种解题思路:⑴以牛顿运动定律为核心,结合运动学公式解题(适合于力与加速度的瞬时关系、圆周运动的力和运动关系、匀变速运动的问题),这一思路在上面已进行解决。
⑵从动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律的角度解题(适用于单个物体、物体系的受力问题和位移问题)。
⑶从动量守恒守恒定律的角度解题(适用于相互作用的物体系的碰撞、打击、爆炸、反冲等问题)。
2、理解好功能关系:做功的过程就是能量转化的过程,做了多少功,就有多少能量发生转化,因此功是能量转化的量度。
中学阶段通常会遇到如下一些功能关系:3、动量的能量结合解题的思路A.仔细审题,把握题意在读数的过程中,必须认真、仔细,要收集题中的有用信息,弄清物理过程,建立清晰的物体图景,充分挖掘题中的隐含条件,不放过每一个细节。
进行物理过程分析时(理论分析或联想类比),注意把握过程中的变量、不变量、关联量之间的关系。
B.确定研究对象,进行运动、受力分析C.思考解题途径,正确选用规律(1)涉及求解物体运动的瞬时作用力、加速度以及运动时间等,一般采用牛顿运动定律和运动学公式解答;(2)不涉及物体运动过程中的加速度和时间,而涉及力、位移、速度的问题,无论是恒力还是变力,一般采用动能定理解答;如果符合机械能守恒条件也可用机械能守恒定律解答。
(3)若涉及相对位移问题时,则优先考虑能量的转化和守恒定律,即系统足服摩擦力做的总功等于系统机械能的减少量,系统的机械能转化为系统的内能。
(4)涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理现象时,必须注意到一般这些过程中均隐含有系统机械能与其他形式能量之间的转化。
这类问题由于作用时间都极短,动量守恒定律一般大有可为。
D .检查解题过程,检验解题结果。
三、重点热点透析1、应用动能定理求变力做的功【例1】如图所示,跨过定滑轮的轻绳两端的物体A 和B 的质量分别为M 和m ,物体A 在水平面上,A 由静止释放,当B 沿竖直方向下落h 时,测得A 沿水平面运动的速度为v ,这时细绳与水平面的夹角为 .试分析计算B 下降h 过程中,A 克服地面摩擦力做的功.(滑轮的质量和摩擦均不计)2、碰撞中的动量守恒和能量守恒在研究碰撞类问题时,只要抓住适用条件,注意速度的矢量性、相对性、瞬时性和同物性,弄清碰撞过程中能量转化的途径(动能转化为内能时即为非弹性碰撞;动能转化为势能时,在碰撞过程中动能也不守恒,只有刚接触、将分离时动能才守恒),简化复杂的物理过程(将多个研究对象和多个物理过程的问题,分解为多个简单的过程逐一研究),巧用典型模型及结论(弹性碰撞,“子弹打木块”,“弹簧连接模型”),问题定能迎刃而解。
1.如图3—80所示,C 为一放在固定的粗糙水平桌面上的双斜面,其质量c m =6.5kg,顶端有一定滑轮,滑轮的质量及轴处的摩擦皆不可计。
A 和B 是两个滑块,质量分别为A m =3.0kg,B m =0.50kg,由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳相连。
开始时,设法抓住A 、B 和C ,使它们都处于静止状态,且滑轮两边的轻绳恰好伸直。
今用一等于26.5N 的水平推力F 作用于C ,并同时释放A 、B 和C ,若C 沿桌面向左滑行,其加速度a =3.02/m s ,B 相对于桌面无水平方向的位移(绳子一直是绷紧的)。
试求C 与左面间的动摩擦因素μ。
(图中a =37°,β=53°,已知sin37°=0.6,重力加速度g=102/m s )图3—80解:设A a 、B a 与'A a 、'B a 分别为A 、B 相对于桌面的加速度的大小和相对于C 的加速度的大小,设水平向右的x 轴的正方向,竖直向上的y 轴的正方向。
因为B 开始时相对于桌面静止,以后相对于桌面无水平方向的位移,可知B a 沿水平方向的分量为0,即Bx a ='Bx a -a =0由此得'Bx a =a =32/m s因此绳不可伸长,又不是绷紧的,固有'A a ='B a 。
它们的方向分别沿所在的斜面,方向如图3—81所示。
各分量的大小为xy37°a ’B图3—81'Bx a ='B a cos53°'By a ='B a sin53°'Ax a ='A a cos37°'Ay a =-'A a sin37°由此得'B a ='A a =52/m s ,'By a =42/m s 。
'Ax a =42/m s'Ay a =-32/m s 。
高中的物理竞赛试题及答案高中物理竞赛试题一、选择题(每题3分,共30分)1. 一个物体从静止开始做匀加速直线运动,经过4秒后速度达到4m/s。
求物体的加速度。
A. 0.5 m/s²B. 1 m/s²C. 2 m/s²D. 4 m/s²2. 两个质量分别为m1和m2的物体,通过一根轻绳连接并悬挂在无摩擦的定滑轮上。
如果m1 > m2,系统将如何运动?A. 系统静止不动B. 系统加速下降C. 系统加速上升D. 系统减速上升3. 一个电子在电场中受到的电场力大小为F,如果电场强度增加到原来的两倍,电子受到的电场力将如何变化?A. 保持不变B. 增加到原来的两倍C. 增加到原来的四倍D. 增加到原来的八倍4. 一个物体在水平面上以初速度v0开始滑行,摩擦系数为μ。
求物体停止滑行所需的时间。
A. 无法确定B. \( \frac{v_0}{\mu g} \)C. \( \frac{v_0}{\sqrt{\mu g}} \)D. \( \sqrt{\frac{v_0}{\mu g}} \)5. 一个弹簧振子的振动周期为T,当振幅减半时,振动周期将如何变化?A. 保持不变B. 减半C. 增加到原来的两倍D. 增加到原来的四倍6. 一个点电荷Q产生电场的强度在距离r处为E,当距离增加到2r时,电场强度将如何变化?A. 保持不变B. 减半C. 增加到原来的两倍D. 增加到原来的四倍7. 一个物体在竖直方向上做自由落体运动,忽略空气阻力。
经过时间t后,物体的速度和位移分别是多少?A. 速度v=gt,位移s=1/2gt²B. 速度v=2gt,位移s=gt²C. 速度v=gt,位移s=gt²D. 速度v=2gt,位移s=2gt8. 一个物体从高度h自由落下,不计空气阻力。
求物体落地时的速度。
A. \( \sqrt{2gh} \)B. \( \sqrt{gh} \)C. \( 2\sqrt{gh} \)D. \( \sqrt{h/g} \)9. 一个物体在水平面上以初速度v0开始滑行,经过时间t后,其速度变为v。
高中物理竞赛习题专题:刚体动力学1.均匀细棒OA可绕通过其一端O而与棒垂直的水平固定光滑轴转动,如图所示,今使棒从水平位置由静止开始自由下落,在棒摆到竖直位置的过程中,下述说法正确的是()(A)角速度从小到大,角加速度不变(B)角速度从小到大,角加速度从小到大(C)角速度从小到大,角加速度从大到小(D)角速度不变,角加速度为零2.假设卫星环绕地球中心作椭圆运动,则在运动过程中,卫星对地球中心的()(A)角动量守恒,动能守恒(B)角动量守恒,机械能守恒(C)角动量不守恒,机械能守恒(D)角动量不守恒,动量也不守恒(E)角动量守恒,动量也守恒3.水分子的形状如图所示,从光谱分析知水分子对AA′轴的转动惯量JAA′=1.93×10-47 kg·m2,对BB′轴转动惯量JBB′=1.14×10-47kg·m2,试由此数据和各原子质量求出氢和氧原子的距离D和夹角θ.假设各原子都可当质点处理.4.用落体观察法测定飞轮的转动惯量,是将半径为R的飞轮支承在O点上,然后在绕过飞轮的绳子的一端挂一质量为m的重物,令重物以初速度为零下落,带动飞轮转动(如图).记下重物下落的距离和时间,就可算出飞轮的转动惯量.试写出它的计算式.(假设轴承间无摩擦).5.质量为m1和m2的两物体A、B分别悬挂在图(a)所示的组合轮两端.设两轮的半径分别为R和r,两轮的转动惯量分别为J1和J2,轮与轴承间、绳索与轮间的摩擦力均略去不计,绳的质量也略去不计.试求两物体的加速度和绳的张力.6.如图所示,一通风机的转动部分以初角速度ω0绕其轴转动,空气的阻力矩与角速度成正比,比例系数C为一常量.若转动部分对其轴的转动惯量为J,问:(1)经过多少时间后其转动角速度减少为初角速度的一半?(2)在此时间内共转过多少转?7.如图所示,一长为2l的细棒AB,其质量不计,它的两端牢固地联结着质量各为m的小球,棒的中点O焊接在竖直轴z上,并且棒与z轴夹角成α角.若棒在外力作用下绕z轴(正向为竖直向上)以角直速度ω=ω0(1-e-t)转动,其中ω0为常量.求(1)棒与两球构成的系统在时刻t对z轴的角动量;(2)在t=0时系统所受外力对z轴的合外力矩.8.在光滑的水平面上有一木杆,其质量m1=1.0kg,长l=40cm,可绕通过其中点并与之垂直的轴转动.一质量为m2=10g的子弹,以v=2.0×102m·s-1的速度射入杆端,其方向与杆及轴正交.若子弹陷入杆中,试求所得到的角速度.9.半径分别为r1、r2的两个薄伞形轮,它们各自对通过盘心且垂直盘面转轴的转动惯量为J1和J2.开始时轮Ⅰ以角速度ω0转动,问与轮Ⅱ成正交啮合后(如图所示),两轮的角速度分别为多大?10.一质量为1.12kg,长为1.0m的均匀细棒,支点在棒的上端点,开始时棒自由悬挂.以100N的力打击它的下端点,打击时间为0.02s.(1)若打击前棒是静止的,求打击时其角动量的变化;(2)棒的最大偏转角.(3)打击瞬间O点杆收到的作用力。
高中物理竞赛动力学专题一、复习基础知识点一、 考点内容1.牛顿第一定律,惯性。
2.牛顿第二定律,质量。
3.牛顿第三定律,牛顿运动定律的应用。
4.超重和失重。
二、 知识结构三、复习思路牛顿运动定律是力学的核心,也是研究电磁学的重要武器。
在新高考中,涉及本单元的题目每年必出,考查重点为牛顿第二定律,而牛顿第一定律、第三定律在第二定律的应用中得到完美体现。
在复习中,应注重对概念的全方位理解、对规律建立过程的分析,通过适当定量计算,掌握利用牛顿运动定律解题的技巧规律,强化联系实际和跨学科综合题目的训练,培养提取物理模型,迁移物理规律的解题能力。
基础习题回顾1.一个人站在医用体重计的测盘上,在人下蹲的全过程中,指针示数变化应是:A 、先减小,后还原B 、先增加,后还原C 、始终不变D 、先减小,后增加,再还原2.如图所示,ad 、bd 、cd 是竖直面内三根固定的光滑细杆, a 、b 、c 、d 位于同一圆周上,a 点为圆周的最高点,d 点为最低点。
每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a 、b 、c处释放(初速度为零),用t 1、t 2、t 3依次表示滑环到达d 所用的时间,则:A 、t 1 < t 2 < t 3B 、t 1 > t 2 > t 3C 、t 3 > t 1 > t 2D 、t 1 = t 2 = t 3 ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⇔⇔⎩⎨⎧===⎪⎩⎪⎨⎧;同时性;同性质牛顿第三定律:相互性运动情况;超重和失重受力情况本问题:应用:动力学的两类基或表达式牛顿第二定律量度性,质量是惯性大小的惯性是物体的固有属物体运动状态的原因,的原因,而不是维持力是改变物体运动状态牛顿第一定律牛顿运动定律合a m a F m a F m a F y y xx a c3.有一箱装得很满的土豆(如图),以一定的初速度在动摩擦因数为μ的水平面上向左做匀减速运动(不计其它外力和空气阻力),其中有一质量为m 的土豆,则其它土豆对它的总作用力大小是:A 、mgB 、mg μC 、21μ+mgD 、21μ-mg4.在一次火灾事故中,因情况特殊别无选择,某人只能利用一根绳子从高处逃生,他估计这根绳子所能承受的最大拉力小于他的重量,于是,他将绳子的一端固定,然后沿着这根绳子从高处竖直下滑。
为了使他更加安全落地,避免绳断人伤,此人应该:A .尽量以最大的速度匀速下滑B .尽量以最大的加速度加速下滑C .小心翼翼地、慢慢地下滑D .最好是能够减速下滑5.在滑冰场上,甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上,原来静止不动,在相互猛推一下后分别向相反方向运动。
假定两板与冰面间的摩擦因数相同。
已知甲在冰上滑行的距离比乙远,这是由于:A 、在推的过程中,甲推乙的力小于乙推甲的力B 、在推的过程中,甲推乙的时间小于乙推甲的时间C 、在刚分开时,甲的初速度大于乙的初速度D 、在分开后,甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小6.如图所示,一物块位于光滑水平桌面上,用一大小为F 、方向如图所示的力去推它,使它以加速度a 右运动。
若保持力的方向不变而增大力的大小,则:A 、a 变大B 、不变C 、a 变小D 、因为物块质量未知,故不能确定a 变化的趋势7.吊在降落伞下的“神舟”五号载人飞船返回舱下落速度仍达14m/s ,为实现软着陆,在返回舱离地面约为1.5m 时开动5个反推力小火箭,若返回舱重3吨,则每支火箭的平均推力为 牛。
(保留两位有效数字)8.煤矿安全问题至关重要。
某煤矿通过铁轨车送工人到地下工作。
假设铁轨是一条倾斜向下的直线铁轨,长1公里。
铁轨车在该铁轨上从地下到安全出口的最快速度为2m/s ,加速和减速时铁轨车的最大合外力都为车重(包括人)的0.05倍,则工人安全脱离的最少时间需要___ ___s 。
(设铁轨车从静止开始加速,到达安全出口时速度刚好为0,g 取10m/s 2)。
9.一辆小汽车在平直的高速公路上以v 0=108km /h 的速度匀速行驶,突然驾驶员发现正前方s =110m 处有一辆因故障停在路上维修的货车,于是急刹车.已知驾驶员的反应时间(从发现危险到踩下刹车踏板的时间)为0.6 s .设刹车过程中车轮停止转动,汽车作匀减速运动.求车轮与地面间的动摩擦因数μ至少要有多大才不会发生碰撞事故.二、初赛知识要点分析一、牛顿运动定律(1)牛顿第一定律:在牛顿运动定律中,第一定律有它独立的地位。
它揭示了这样一条规律:运动是物体的固有属性,力是改变物体运动状态的原因,认为“牛顿第一定律是牛顿第二定律在加速度为零时的特殊情况”的说法是错误的,它掩饰了牛顿第一定律的独立地位。
物体保持原有运动状态(即保持静止或匀速直线运动状态)的性质叫做惯性。
因此,牛顿第一定律又称为惯性定律。
但二者不是一回事。
牛顿第一定律谈的是物体在某种特定条件下(不受任何外力时)将做什么运动,是一种理想情况,而惯性谈的是物体的一种固有属性。
一切物体都有惯性,处于一切运动状态下的物体都有惯性,物体不受外力时,惯性的表现是它保持静止状态或匀速直线运动状态。
物体所受合外力不为零时,它的运动状态就会发生改变,即速度的大小、方向发生改变。
此时,惯性的表现是物体运动状态难以改变,无论在什么条件下,都可以说,物体惯性的表现是物体的速度改变需要时间。
质量是物体惯性大小的量度。
(2)牛顿第二定律 物体的加速度跟所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比。
加速度的方向跟合外力方向相同,这就是牛顿第二定律。
它的数学表达式为 a m F =∑牛顿第二定律反映了加速度跟合外力、质量的定量关系,从这个意义上来说,牛顿第二定律的表达式写成m F a ∑=更为准确。
不能将公式a m F =∑理解为:物体所受合外力跟加速度成正比,与物体质量成正比,而公式a F m ∑=的物理意义是:对于同一物体,加速度与合外力成正比,其比值保持为某一特定值,这比值反映了该物体保持原有运动状态的能力。
力与加速度相连系而不是同速度相连系。
从公式at v v +=0可以看出,物体在某一时刻的即时速度,同初速度、外力和外力的作用时间都有关。
物体的速度方向不一定同所受合外力方向一致,只有速度的变化量(矢量差)的方向才同合外力方向一致。
牛顿第二定律反映了外力的瞬时作用效果。
物体所受合外力一旦发生变化,加速度立即发生相应的变化。
例如,物体因受摩擦力而做匀变速运动时,摩擦力一旦消失,加速度立即消失。
刹车过程中的汽车当速度减小到零以后,不再具有加速度,它绝不会从速度为零的位置自行后退。
(3)牛顿第三定律:作用力与反作用力具有六个特点:等值、反向、共线、同时、同性质、作用点不共物。
要善于将一对平衡力与一对作用力和反作用力相区别。
平衡力性质不一定相同,且作用点一定在同一物体上。
二、力和运动的关系物体所受合外力为零时,物体处于静止或匀速直线运动状态。
物体所受合外力不为零时,产生加速度,物体做变速运动。
若合外力恒定,则加速度大小、方向都保持不变,物体做匀变速运动。
匀变速运动的轨迹可以是直线,也可以是曲线。
物体所受恒力与速度方向处于同一直线时,物体做匀变速直线运动。
根据力与速度同向或反向又可进一步分为匀加速运动和匀减速运动,自由落体运动和竖直上抛运动就是例子。
若物体所受恒力与速度方向成角度,物体做匀变速曲线运动。
例如,平抛运动和斜抛运动。
物体受到一个大小不变,方向始终与速度方向垂直的外力作用时,物体做匀速圆周运动。
此时,外力仅改变速度的方向,不改变速度的大小。
物体受到一个与位移方向相反的周期性外力作用时,做机械振动。
综上所述:判断一个物体做什么运动,一看受什么样的力,二看初速度与合外力方向的关系。
三、力的独立作用原理物体同时受到几个外力时,每个力各自独立地产生一个加速度,就像别的力不存在一样,这个性质叫做力的独立作用原理。
物体的实际加速度就是这几个分加速度的矢量和。
根据力的独立作用原理解题时,有时采用牛顿第二定律的分量形式x x ma F =∑ y y ma F =∑分力、合力及加速度的关系是22)()(y x F F F ∑+∑=∑ 22y x a a a +=在实际应用中,适用选择坐标系,让加速度的某一个分量为零,可以使计算较为简捷。
通常沿实际加速度方向来选取坐标,这种解题方法称为正交分解法。
如图所示,质量为m 的物体,置于倾角为θ的固定斜面上,在水平推力F 的作用下,沿斜面向上运动。
物体与斜面间的滑动摩擦为μ,若要求物体的加速度,可先做出物体的受力图(如图所示)。
沿加速度方向建立坐标并写出牛顿第二定律的分量形式ma mg f F F x =--=∑θθsin cos0cos sin =--=∑θθmg F N F yN f μ=物体的加速度 mF mgcoa mg F a )sin (sin cos θθμθθ+--= 对于物体受三个力或三个以上力的问题,采用正交分解法可以减少错误。
做受力分析时要避免“丢三拉四”。
四、即时加速度中学物理课本中,匀变速运动的加速度公式t v v a t /)(0-=,实际上是平均加速度公式。
只是在匀变速运动中,加速度保持恒定,才可以用此式计算它的即时加速度。
但对于做变加速运动的物体,即时加速度并不一定等于平均加速度。
根据牛顿第二定律计算出的加速度是即使加速度。
它的大小和方向都随着合外力的即时值发生相应的变化。
例如,在恒定功率状态下行驶的汽车,若阻力也保持恒定,则它的加速度mf v p m f F a -=-=)(0 随速度的增大而逐渐减小。
当f F =时,加速度为零,速度达到最大值f p F p v m 00== 因此,提高车速的办法是:加大额定功率,减小阻力。
再如图所示,电梯中有质量相同的A 、B 两球,用轻质弹簧相连,并用细绳系于电梯天花板上。
该电梯正以大小为a 的加速度向上做匀减速运动(g a <)。
若突然细绳断裂。
让我们来求此时两小球的瞬时加速度。
做出两球受力图,并标出加速度方向(如图所示)。
根据牛顿第二定律可以写出对A :ma T T mg =-'+12 对B :ma T mg =-2注意到22T T =',并注意到悬绳与弹簧的区别:物理学中的细绳常可以看作刚性绳,它受力后形变可以忽略不计,因而取消外力后,恢复过程所用时间可以不计。
而弹簧受力后会发生明显的形变,外力取消后,恢复过程需要一定的时间。
因此,绳的张力可以突变,而弹簧的弹力不能突变。
细绳断裂后,系在A 上方的一段绳立即松开,拉力1T 立即消失。
而由于弹簧弹力不能突变,张力2T 和2T '皆保持不变。
因而,B 受合外力不变,a a B =方向仍向下。
而A 的即时加速度[]a g m ma mg mg m T mg a A -=-+='+=2)()(2, 方向也向下。