牛顿运动定理——拓展篇2
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牛顿第二运动定律的内容嘿,牛顿第二运动定律可真是个有趣又神奇的东西呢!咱先来说说它到底是啥。
简单来讲,牛顿第二运动定律就是说呀,一个物体的加速度和作用在它身上的力是成正比的,和这个物体的质量是成反比的。
这就好比你去推一个东西,你用的力气越大,这个东西跑起来的速度变化就越快,也就是加速度越大;但要是这个东西特别重,就像一块大石头,那你就算用很大的力,它速度变化也不会像推一个小石子那么明显。
我记得有一次,我和小伙伴们在操场上玩那种小推车游戏。
有个小伙伴坐在小推车上,我在后面推。
刚开始,我就轻轻推了一下,那小推车就慢悠悠地往前走,加速度可小了。
这时候呢,我就想让它跑快点,我就使了更大的劲儿去推,好家伙,小推车就像打了鸡血一样,速度一下子就提起来了,加速度变得很大。
这就体现了力越大,加速度越大。
然后呢,我们又换了个小伙伴坐在小推车上,这个小伙伴可比之前那个重多了。
我还是像之前那样用力去推,结果发现,小推车虽然动了,但是速度变化没有之前那么快了,加速度明显变小了。
这就像是牛顿第二运动定律在和我们做游戏一样,告诉我们质量对加速度的影响。
我们在生活中也能看到好多这样的例子呢。
比如说,赛车比赛的时候,那些赛车为了能有更大的加速度,就会把车身设计得很轻,这样在发动机给力的时候,赛车就能更快地提速啦。
还有啊,在搬家的时候,那些大柜子,我们要好几个人一起抬,因为它质量大,要产生足够的加速度让它移动可不容易,得用很大的力呢。
牛顿第二运动定律就像一个神奇的魔法规则,在我们周围的世界里悄悄地发挥着作用。
不管是我们玩耍的时候,还是在各种生活场景里,它都无处不在。
它让我们明白力、质量和加速度之间这种好玩的关系,就像解开了一个生活中的小秘密一样,让我们更了解这个奇妙的世界啦!以后再看到物体动来动去的时候,我们就可以想想这个定律,感觉就像找到了它们运动的小密码呢。
高中物理复习
专题 牛顿运动定律(拓展篇2)
---------------谢仁贵
同学们,上节课我们主要讨论了利用牛顿运动定律解答瞬时问题和连接体问题这两种题型,在解答瞬时问题的时候,我们要注意区分刚性绳和弹簧这两种不同的情况;而对于连接体问题,我们主要采用整体法和隔离法交叉使用来解决。
那么这节课,我们继续讨论牛顿运动定律中两种常见的题型。
一、传送带问题的解题技巧
皮带传送是一种综合考查摩擦力及牛顿运动定律的问题,同时也能很好地联系生产、生活实际,所以是一种很好的题型。
日常生活中传送带或与传送带类似的运输工具随处可见,如电梯、跑步机等,同学们接触它的机会很多。
1、水平传送带
例1、如图3-1所示,水平传送带以a 1=0.5m/s 2的加速度水平向右运动,传送带两端距离是s =14m ,将一质量为m 的物体
轻放在传送带左端A ,此时传送带的瞬时速度为v 0=1m/s ,已知
传送带与物体间的动摩擦因数为µ=0.1,求物体从传送带一端运动到另一端所需时间。
解析 物体刚放上传送带时,物体速度小于传送带速度,物体相对传送带向左运动,所以物体受摩擦力方向水平向右,且F f =µmg ,根据牛顿第二定律,有:a 2=µg =1m/s 2,物体在传送带上做匀加速直线运动;设历时t 1物体与传送带速度相同,则
v 0+a 1t 1=a 2t 1 解得2s s 5
.0111201=-=-=a a v t 滑块此过程中前进的位移为m 2212121==
t a s ,2s 末物体运动的速度为v 1=2m/s. 在2s 末,由于物体与传送带速度相同,两者由相对运动“突变”为相对静止,摩擦力由滑动摩擦力“突变”为静摩擦力,由摩擦力的被动性可知,此时物体所受静摩擦力为F f ’=ma 1<F f . 此后物体在静摩擦力作用下跟随皮带一起做匀加速直线运动。
设继续运动的时间为t 2,则
22121122
1t a t v s s s +=-= 代入数据解得:t 2=4s (另一解t 2=-12s 舍去)。
所以总时间t =t 1+t 2=6s
点评:放置在水平传送带上并与传送带保持相对静止的货物,在传送带加速或减速时,也会受到摩擦力的作用,其原因并不是货物在水平方向上受除静摩擦力以外的其他外力作用,而是因为货物与传送带间存在相对运动的趋势。
可见,相互接触的物体要产生静摩擦力,物体间必须具有相对运动的趋势。
而这种“相对运动的趋势”既可由外力产生,也可以是因为运动状态的改变而产生的。
(因为惯性的存在) A B v 图1
2、斜面上的传送带
例2、用倾角为37°的传送带运输质量为2kg的物体,若传送带分别以3m/s2和8m/s2的加速度匀加速向下运动且物体相对传送带均静止,求物体所受静摩擦力的大小和方向。
(g 取10 m/s2)
解析:假设物体不受静摩擦力,则物体仅受重力和传送带支持力,二力的合力(等于重力沿斜面向下的分力)可提供的加速度a0=g sin37°=6 m/s2.
当a<6 m/s2时,此合力剩余,静摩擦力方向沿传送带向上,由牛顿第二定律可得:mg sin37°-F f=ma
解得F f =6N
当a>6 m/s2时,此合力不足,静摩擦力方向沿传送带向下,由牛顿第二定律可得:mg sin37°+F f=ma
解得F f =4N
总结
从以上各例我们可以归纳出利用牛顿运动定律解传送带问题时,必须注意以下三个问题:
1.判断摩擦力的性质
即明确物体与传送带间有无摩擦力,如果有,是滑动摩擦力还是静摩擦力。
其方法是通过分析物体的运动情况确定物体与传送带间有无相对运动或相对运动趋势。
只有判断出摩擦力的性质,才能选用相应的方法计算摩擦力的大小。
2.明确参照物的选取
①分析传送带上物体所受摩擦力的方向时,要以与物体接触的传送带为参照物,而不能以地面或相对于地面静止的物体为参照物。
②对物体进行动力学运算时,物体位移、速度则均需取地面为参照物。
3. 把握摩擦力的可变性
从例2中我们可以看到,作为一个被动力,摩擦力(包括大小和方向)会受到物体所受外力和物体运动状态变化的影响可能发生变化,在解题中要特别注意。
二、临界问题的分析
我们在做物体题目时候,经常会遇到临界问题,在处理此类问题的时候,要特别注意对临界状态进行分析。
把握住同向运动两物体分离瞬间的特点往往是解决分离问题的关键,从力的角度看,临界状态两物体虽然接触但是弹力为0;而从运动学角度看,两物体在分离的瞬间速度和加速度仍然相同。
在上节课我们曾经讨论了连接体问题,这类问题常常和临界问题结合起来。
我们回顾下上节课我们所讲的题目。
例1、如图2-1所示,物体A 静止在台秤的秤盘B 上,A 的质量m A =10.5kg ,B 的质量m B =1.5kg ,弹簧的质量忽略不计,弹簧的劲度系数k =800N/m .现给A 施加一个竖直向上的力F ,使它向上做匀加速直线运
动,已知力F 在t =0.2s 内是变力,在0.2s 后是恒力.求此过程中F 的最大
值与最小值(g =10m/s 2)
这道题目我们在上节课已经分析,在0.2s 内力F 是变力,此时物体
和秤盘是相互接触有压力,在0.2s ,物体和秤盘开始分离,此时物体和秤盘虽然接触但是弹力为0。
0.2s 后,秤盘由于惯性会继续运动,仅受到弹力和重力,并且重力大于弹力,因此会做减速运动,而物体继续匀加速,物体和秤盘分离。
我们有要把握秤盘和物体分离的瞬间,理清楚整个过程,才能正确的解答出这道题目。
三、课后训练
1、如图所示,传输带与水平间的倾角为θ=37°,皮带以10m/s 的速
率运行,在传输带上端A 处无初速地放上质量为0.5kg 的物体,它
的传输带间的动摩擦因数为0.5,若传输带A 到B 的长度为16m ,则
物体从A 运动到B 的时间为多少?
2、如图所示,质量为m =10 kg 的小球挂在倾角θ=37°、质量M =40 kg 的光滑斜面的固定铁杆上.当斜面和小球以a1=0.5g 的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多少?当斜面和小球都以a2=g 的加速度向右匀加速运动时,小球对绳的拉力和对斜面的压力又分别是多少?(取g =10 m/s2)
A F B
图2-1。