2018人教版物理必修一《牛顿定律应用专题 2 轻松处理单体的多过程问题》学案含答案
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二、重难点提示分清各阶段间的关系,并能找到边界条件。
牛顿第二定律确定了力和运动之间的联系,可以帮助我们解决很多问题,而有些研究对象的运动过程不是单一的,我们称为多过程问题。
比如说有的问题原来静止,现在要加速运动,这两个过程都是我们必须要考虑的,还要去寻找这两个状态之间的联系。
还有其他的多过程类型,解决这类问题关键是要理清物体的运动情况,也就是要进行运动过程分析,接下来就是要找相邻两个过程之间的关联,我们叫做边界条件。
一般解题思路:1.“合”初步了解全过程,构建大致运动图景;2.“分”将全过程进行分解,分析每个过程的规律;3.“合”找到子过程之间的联系,寻找解题方法。
分析要点:1.题目中有多少个物理过程?2. 每个过程物体做什么运动?3. 每种运动满足什么物理规律?4. 运动过程中的一些关键位置(时刻)是哪些?例题1一质点受多个力的作用,处于静止状态,现使其中一个力的大小逐渐减小到零,再沿原方向逐渐恢复到原来的大小,在此过程中,其他力保持不变,则质点的加速度大小a 和速度大小v的变化情况是()A. a和v都始终增大B. a和v都先增大后减小C. a先增大后减小,v始终增大D. a和v都先减小后增大思路分析:质点受到的合外力先从0逐渐增大,然后又逐渐减小为0,合力的方向始终未变,故质点的加速度方向不变,先增大后减小,速度始终增大,本题选C 。
答案:C例题2 一皮带传送装置如图所示,皮带的速度v 足够大,轻弹簧一端固定,另一端连接一个质量为m 的滑块,已知滑块与皮带之间存在摩擦,当滑块放在皮带上时,弹簧的轴线恰好水平,若滑块放到皮带的瞬间,滑块的速度为零,且弹簧正好处于自然长度,则当弹簧从自然长度到第一次达最长这一过程中,滑块的速度和加速度变化的情况是( )A. 速度增大,加速度增大B. 速度增大,加速度减小C. 速度先增大后减小,加速度先增大后减小D. 速度先增大后减小,加速度先减小后增大思路分析:滑块在水平方向受向左的滑动摩擦力F f 和弹簧向右的拉力F 拉=x k ∆⋅,合力F 合=F f -F 拉=ma ,当弹簧从自然长度到第一次达最长这一过程中,x ∆逐渐增大,拉力F 拉逐渐增大,因为皮带的速度v 足够大,所以合力F 合先减小后反向增大,从而加速度a 先减小后反向增大;滑动摩擦力与弹簧弹力相等之前,加速度与速度同向,滑动摩擦力与弹簧拉力相等之后,加速度便与速度方向相反,故滑块的速度先增大,后减小。
2018 人教版物理必修一学案含答案高中物理轻松解决“板块”问题一、考点突破知识点考纲要求题型分值牛顿第二定应用牛顿第二定律解决问题选择题6~ 15 分律的应用“板块”问题的一般模型与解决方法。
解答题二、重难点提示理解并掌握发生相对运动时的力学特征。
“板块” 问题就是通常遇到的叠放问题,由于其往往可看成由物块和木板构成的一对相互作用模型,故将其形象称为“板块”问题。
其应用的知识面较为广泛,与运动学、受力分析、动力学、功与能等有着密切联系,而且往往牵涉着临界极值问题,能够较好地考查对知识的掌握程度和对问题的分析综合能力。
常见基本问题处理方法分析物体所受的摩擦力(动力、阻力)根据物块与木板的相对运动方向来判断,摩擦力的突变时刻: v物与 v板相同时板、块能一起加速运动的最大加速度板、块间达到最大静摩擦力时弄清对地位移和相对位移的概念是前提。
可先由运相对位移的计算动学公式求出某段时间内物体与传送带的对地位移,然后用“快”的减去“慢”的就是差距。
也可应用图象法或相对运动法进行求解物块不从木板上掉下去的条件物块与木板保持相对静止时物块还在木板上,弄清达到临界状态的时间和位移关系例题 1如图所示,一速率为v0= 10m/s 的物块冲上一置于光滑水平面上且足够长的木板上。
物块质量为m= 4kg,木板质量M= 6kg ,物块与木板间的动摩擦因数0.6 ,试问:物块将停在木板上何处?思路分析:物块冲上木板后相对木板向右运动,会在木板摩擦力作用下匀减速运动,木板会在摩擦力作用下匀加速运动,两者共速后,一起匀速运动。
求物块停在木板上何处,实际是在求物块与木板的相对位移大小。
方法一(基本公式法)由牛顿第二定律可知:对物块 mgma 1 ;对木板 mg Ma 2解得 a 1 6m/s 2 , a 24m/s 2设两者共速时所用时间为t ,则 v 0a 1ta 2 t解得t 1s这段时间物块与车的位移大小分别为x 1 v 0 t1a 1t 2 7m12x 2 a 2 t 2 2m2两车的位移之差 xx 1 x 2 5m故物块能停在距木板左端 5m 处。
二、重难点提示
分清各阶段间的关系,并能找到边界条件。
牛顿第二定律确定了力和运动之间的联系,可以帮助我们解决很多问题,而有些研究对象的运动过程不是单一的,我们称为多过程问题。
比如说有的问题原来静止,现在要加速运动,这两个过程都是我们必须要考虑的,还要去寻找这两个状态之间的联系。
还有其他的多过程类型,解决这类问题关键是要理清物体的运动情况,也就是要进行运动过程分析,接下来就是要找相邻两个过程之间的关联,我们叫做边界条件。
一般解题思路:
1.“合”初步了解全过程,构建大致运动图景;
2.“分”将全过程进行分解,分析每个过程的规律;
3.“合”找到子过程之间的联系,寻找解题方法。
分析要点:
1.题目中有多少个物理过程?
2. 每个过程物体做什么运动?
3. 每种运动满足什么物理规律?
4. 运动过程中的一些关键位置(时刻)是哪些?
例题1一质点受多个力的作用,处于静止状态,现使其中一个力的大小逐渐减小到零,再沿原方向逐渐恢复到原来的大小,在此过程中,其他力保持不变,则质点的加速度大小a 和速度大小v的变化情况是()
A. a和v都始终增大
B. a和v都先增大后减小
C. a先增大后减小,v始终增大
D. a和v都先减小后增大
思路分析:质点受到的合外力先从0逐渐增大,然后又逐渐减小为0,合力的方向始终未变,故质点的加速度方向不变,先增大后减小,速度始终增大,本题选C 。
答案:C
例题2 一皮带传送装置如图所示,皮带的速度v 足够大,轻弹簧一端固定,另一端连接一个质量为m 的滑块,已知滑块与皮带之间存在摩擦,当滑块放在皮带上时,弹簧的轴线恰好水平,若滑块放到皮带的瞬间,滑块的速度为零,且弹簧正好处于自然长度,则当弹簧从自然长度到第一次达最长这一过程中,滑块的速度和加速度变化的情况是( )
A. 速度增大,加速度增大
B. 速度增大,加速度减小
C. 速度先增大后减小,加速度先增大后减小
D. 速度先增大后减小,加速度先减小后增大
思路分析:滑块在水平方向受向左的滑动摩擦力F f 和弹簧向右的拉力F 拉=x k ∆⋅,合力F 合=F f -F 拉=ma ,当弹簧从自然长度到第一次达最长这一过程中,x ∆逐渐增大,拉力F 拉逐渐增大,因为皮带的速度v 足够大,所以合力F 合先减小后反向增大,从而加速度a 先减小后反向增大;滑动摩擦力与弹簧弹力相等之前,加速度与速度同向,滑动摩擦力与弹簧拉力相等之后,加速度便与速度方向相反,故滑块的速度先增大,后减小。
答案:D
技巧点拨:对于弹簧的问题,我们还可以对其极限状态进行分析,如起始端状态、中间特殊点状态,再推演中间变化的过程,更加清晰。
例题3 如图所示,倾角为30°的光滑斜面与粗糙水平面平滑连接,现将一滑块(可视为质点)从斜面上的A 点由静止释放,最终停在水平面上的C 点,已知A 点距水平面的高度h =0.8 m ,B 点距C 点的距离L =2.0 m 。
(滑块经过B 点时没有能量损失,g =10 m/s 2),求:
(1)滑块在运动过程中的最大速度; (2)滑块与水平面间的动摩擦因数μ;
(3)滑块从A 点释放后,经过时间t =1.0 s 时速度的大小。
思路分析:教你审题
①光滑斜面与粗糙的水平面 滑块在斜面上不受摩擦力,在水平面受摩擦力
②从斜面上的A 点由静止释放 滑块的初速度v 0=0
③最终停在水平面上的C 点 滑块的末速度为零
④滑块经过B 点时没有能量损失
斜面上的末速度和水平面上的初速度大小相等
第二步:分析理清思路→抓突破口做好两分析→受力分析、运动分析
①滑块在斜面上:滑块做初速度为零的匀加速直线运动。
②滑块在水平面上:滑块做匀减速运动。
第三步:选择合适的方法及公式→利用正交分解法、牛顿运动定律及运动学公式列式求解。
(1)滑块先在斜面上做匀加速运动,然后在水平面上做匀减速运动,故滑块运动到B 点时速度最大为v m ,设滑块在斜面上运动的加速度大小为a 1,则有
mg sin 30°=ma 1,2
m v =2a 1
30sin h
,解得:v m =4 m/s
(2)滑块在水平面上运动的加速度大小为a 2,μmg =ma 2
v 2m =2a 2L ,解得:μ=0.4
(3)滑块在斜面上运动的时间为t 1,v m =a 1t 1 得t 1=0.8 s
由于t >t 1,滑块已经经过B 点,做匀减速运动的时间为t -t 1=0.2 s 设t =1.0 s 时速度大小为v =v m -a 2(t -t 1) 解得:v =3.2 m/s
答案:(1)4 m/s (2)0.4 (3)3.2 m/s
图象与多过程问题
多过程问题表示在图像上,我们可以更清晰的划分力或运动的变化阶段,更有利对于问题的解答。
【针对训练】利用传感器和计算机可以研究力的大小变化的情况,实验时让某消防队员从平台上跳下,自由下落,在t 1时刻双脚触地,他顺势弯曲双腿,重心又下降了h 。
计算机显示消防队员双脚触地后重心下降h 过程,他受到地面支持力F 随时间变化的图象如图所示。
根据图象提供的信息,以下判断正确的是( )
A. 在t1至t3时间内消防队员的重心在加速下降
B. 在t2至t4时间内消防队员的重心在减速下降
C. t3时刻消防队员的速度达最大值
D. t3时刻消防队员的加速度为零
思路分析:A. t1时刻双脚触底,在t1至t2时间内消防员受到的合力向下,其加速度向下,他做加速度减小的加速下落运动;而t2至t3时间内,人所受合力向上,人应做向下的减速运动,故A错误;
B. 在t2至t4时间内他所受的合力向上则加速度向上,故消防员做向下的减速运动,故B正确;
C. t2时刻之前人做加速运动,而此后人做减速运动,故t2时刻消防员的速度达最大,故C错误;
D. t3时刻,人受到的合力不为零,故加速度不可能为零,故D错误。
答案:B
【易错指津】摩擦力对运动状态的影响
如图所示,弹簧左端固定,右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体,现将弹簧压缩到A点,然后释放,物体可以一直运动到B点,如果物体受到的阻力恒定,则()
A. 物体从A到O先加速后减速
B. 物体从A到O做加速运动,从O到B做减速运动
C. 物体运动到O点时,所受合力为零
D. 物体从A到O的过程中,加速度逐渐减小
易错提醒:解答此题时容易犯的错误是认为弹簧无形变时物体的速度最大,加速度为零,忽略了摩擦力对物体运动状态的影响。
从而错选B、C、D,这显然是没有对物理过程进行认真分析的结果。
分析物理问题时,要在脑海里建立起一幅清晰的动态图景。
思路分析:物体从A到O,初始阶段受到的向右的弹力大于阻力,合力向右,随着物体向右运动,弹力逐渐减小,合力逐渐减小,由牛顿第二定律可知,加速度向右且逐渐减小,由于加速度与速度同向,物体的速度逐渐增大,当物体向右运动至AO间某点(设为点O′)时,弹力减小到与阻力相等,物体所受合力为零,加速度为零,速度达到最大,此后,随着物体继续向右运动,弹力继续减小,阻力大于弹力,合力方向变为向左,至O点时弹力减为零,此后弹力向左且逐渐增大,所以物体越过O′点后,合力(加速度)方向向左且逐渐增大,由于加速度与速度反向,故物体做加速度逐渐增大的减速运动,正确选项为A.。
答案:A
【思路】我们能否将本题运用图象法进行求解。