2019-2020年高中物理 3.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用物體的瞬時(shí)狀態(tài) 學(xué)案 教科版必修1班級(jí)_姓名_學(xué)號(hào)_學(xué)習(xí)目標(biāo): 1. 初步掌握物體瞬時(shí)狀態(tài)的分析方法。2. 會(huì)求物體的瞬時(shí)加速度。3. 理解動(dòng)力學(xué)中臨界問(wèn)題的分析方法。4. 掌握一些常見(jiàn)動(dòng)力學(xué)臨界問(wèn)題的求解方法。學(xué)習(xí)重點(diǎn): 動(dòng)力學(xué)中的臨界問(wèn)題。學(xué)習(xí)難點(diǎn): 動(dòng)力學(xué)中的臨界問(wèn)題。 主要內(nèi)容:一、物體的瞬時(shí)狀態(tài)1在動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，物體受力情況在某些時(shí)候會(huì)發(fā)生突變，根據(jù)牛頓第二定律的瞬時(shí)性，物體受力發(fā)生突變時(shí)，物體的加速度也會(huì)發(fā)生突變，突變時(shí)刻物體的狀態(tài)稱為瞬時(shí)狀態(tài)，動(dòng)力學(xué)中常常需要對(duì)瞬時(shí)狀態(tài)的加速度進(jìn)行分析求解。 2.分析物體在某一時(shí)刻的瞬時(shí)加速度，關(guān)鍵是分析瞬時(shí)狀態(tài)前后的受力情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，再由牛頓第二定律求出瞬時(shí)加速度，此類問(wèn)題應(yīng)注意兩種基本模型的建立。 （1）鋼性繩(或接觸面)：認(rèn)為是一種不發(fā)生明顯形變就可產(chǎn)生彈力的物體，若剪斷（或脫離)后，其彈力立即消失，不需要形變恢復(fù)時(shí)間，一般題目中所給的細(xì)線和接觸面在不加特殊說(shuō)明時(shí)，均可按此模型處理。 (2)彈簧(或橡皮繩)：此種物體的特點(diǎn)是形變量大，形變恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間，在瞬時(shí)問(wèn)題中，其彈力的大小往往可以看成不變。 3在應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到繩、桿、彈簧和橡皮條(繩)這些力學(xué)中常見(jiàn)的模型。全面、準(zhǔn)確地理解它們的特點(diǎn)，可幫助我們靈活、正確地分析問(wèn)題。 共同點(diǎn) (1)都是質(zhì)量可略去不計(jì)的理想化模型。 (2)都會(huì)發(fā)生形變而產(chǎn)生彈力。 (3)同一時(shí)刻內(nèi)部彈力處處相同，且與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。 不同點(diǎn) (1)繩(或線)：只能產(chǎn)生拉力，且方向一定沿著繩子背離受力物體；不能承受壓力；認(rèn)為繩子不可伸長(zhǎng)，即無(wú)論繩所受拉力多大，長(zhǎng)度不變。繩的彈力可以突變：瞬間產(chǎn)生，瞬間消失。 (2)桿：既可承受拉力，又可承受壓力；施力或受力方向不一定沿著桿的軸向。(3)彈簧：既可承受拉力，又可承受壓力，力的方向沿彈簧的軸線。受力后發(fā)生較大形變；彈簧的長(zhǎng)度既可以變長(zhǎng)(比原來(lái)長(zhǎng)度大)，又可以變短。其彈力F與形變量(較之原長(zhǎng)伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度)x的關(guān)系遵守胡克定律F=kx(k為彈簧的勁度系數(shù))。彈力不能突變(因形變量較大，產(chǎn)生形變或使形變消失都有一個(gè)過(guò)程)，故在極短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為形變量和彈力不變。當(dāng)彈簧被剪斷時(shí)，其所受彈力立即消失。 (4)橡皮條(繩)：只能受拉力，不能承受壓力(因能彎曲)。其長(zhǎng)度只能變長(zhǎng)(拉伸)不能變短受力后會(huì)發(fā)生較大形變(伸長(zhǎng))，其所受彈力F與其伸長(zhǎng)量x的關(guān)系遵從胡克定律F=kx。彈力不能突變，在極短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為形變量和彈力不變。當(dāng)被剪斷時(shí)，彈力立即消失。 【例一】一輕彈簧上端固定，下端掛一重物，平衡時(shí)彈簧伸長(zhǎng)了4cm，再將重物向下拉lcm，然后放手，則在剛釋放的瞬間重物的加速度是(g=l0ms2) ( )A25 ms2 B75 ms2 C10 ms2 D125 ms2 【例二】如圖所示，自由下落的小球開(kāi)始接觸豎直放置的彈簧到彈簧被壓縮到最短的過(guò)程中，小球的速度和所受合力的變化情況是( ) A合力變小，速度變小 B合力變小，速度變大 C合力先變小后變大，速度先變大后變小 D合力先變小后變大，速度先變小后變大二、動(dòng)力學(xué)中的臨界問(wèn)題1在應(yīng)用牛頓定律解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)加速度不同時(shí)，物體有可能處于不同的狀態(tài)，特別是題目中出現(xiàn)“最大”、“至少”、“剛好”等詞語(yǔ)時(shí)，往往有臨界現(xiàn)象，此時(shí)要采用極限分析法，看物體在不同加速度時(shí)，會(huì)有哪些現(xiàn)象發(fā)生，盡快找出臨界點(diǎn)，求出臨界條件。2幾類問(wèn)題的臨界條件 (1)相互接觸的兩物體脫離的臨界條件是相互作用的彈力為零，即N=0。 (2)繩子松弛的臨界條件是繩中張力為零，即T=0。 (3)存在靜摩擦的連接系統(tǒng)，相對(duì)靜止與相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件靜摩擦力達(dá)最大值，即f靜=fm?！纠咳鐖D所示，質(zhì)量為M的木板上放一質(zhì)量為m的木塊，木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1；，木板和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2，問(wèn)加在木板上的力F多大時(shí)，才能將木板從木塊和地面間抽出來(lái)? 【例四】如圖所示，質(zhì)量為m的物體放在質(zhì)量為M的傾角為的斜面上，如果物體與斜面間、斜面體與地面間摩擦均不計(jì)，問(wèn)(1) 作用于斜面體上的水平力多大時(shí)，物體與斜面體 剛好不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)?(2)此時(shí)m對(duì)M的壓力多大?(3)此時(shí)地面對(duì)斜面體的支持力多大? 【例五】如圖所示，兩光滑的梯形木塊A和B，緊靠放在光滑水平面上，已知=60，mA=2kg，mB=lkg，現(xiàn)水平推力F，使兩木塊使向右加速運(yùn)動(dòng)，要使兩木塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，則F的最大值多大? 課堂訓(xùn)練： 1如圖所示，在水平桌面上推一物體壓縮一個(gè)原長(zhǎng)為L(zhǎng)0的輕彈簧。桌面與物體之間有摩擦，放手后物體被彈開(kāi)，則( ) A物體與彈簧分離時(shí)加速度為零，以后作勻減速運(yùn)動(dòng) B彈簧恢復(fù)到Lo時(shí)物體速度最大 C彈簧恢復(fù)到Lo以前一直作加速度越來(lái)越小的變加速運(yùn)動(dòng) D彈簧恢復(fù)到Lo以前的某一時(shí)刻物體已達(dá)到最大速度甲乙 2如圖所示，物體甲、乙質(zhì)量均為m。彈簧和懸線的質(zhì)量可以忽略不計(jì)。當(dāng)懸線被燒斷的瞬間，甲、乙的加速度數(shù)值應(yīng)是下列哪一種情況： A甲是0，乙是g B甲是g，乙是gC甲是0，乙是0 D甲是g2，乙是g 3如圖所示，一條質(zhì)量不計(jì)的繩子跨過(guò)同一水平面的兩個(gè)光滑的定滑輪，甲、乙兩人質(zhì)量相等，但甲的力氣比乙大，他們各自握緊繩子的一端由靜止同時(shí)在同一高度開(kāi)始向上爬，并且兩人在爬動(dòng)過(guò)程中盡力爬，則 ( ) A甲先到達(dá)頂端 B乙先到達(dá)頂端 C兩人同時(shí)到達(dá)頂端 D無(wú)法判斷 4如圖所示，車廂內(nèi)用兩根細(xì)繩AO、BO系住一個(gè)質(zhì)量m的物體，AO繩與豎直方向間夾角為，BO是水平的，當(dāng)車廂以加速度a水平向左作勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩繩中拉力T1、T2各是多少? 課后作業(yè)： 1如圖所示，質(zhì)量為m的物體A放置在質(zhì)量為M的物體B上，B與彈簧相連。它們一起在光滑水平面上作簡(jiǎn)諧振動(dòng)。振動(dòng)過(guò)程中A、B之無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k。當(dāng)物體離開(kāi)平衡位置的位移為x時(shí)，A、B間摩擦力的大小等于( )A0 Bkx CkmxM Dkmx(M+m)2如圖所示，質(zhì)量為m的物體A和B，用繩連接后掛在兩個(gè)高度相同的光滑的滑輪上，處于平衡狀態(tài)。在兩滑輪中點(diǎn)再掛一個(gè)質(zhì)量為m的鉤碼C，設(shè)豎直繩足夠長(zhǎng)，放手后，則( ) AC仍保持靜止在原來(lái)的位置 BC一直加速下落，直到A碰到滑輪為止 CC下落的加速度方向不變 DC下落的過(guò)程是先加速再減速 3兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，用細(xì)繩連接后，放在水平桌面上，細(xì)繩能承受的最大拉力為T。若對(duì)其中一個(gè)物體施一水平力，可使兩物體在作加速運(yùn)動(dòng)中，繩被拉斷。如果桌面是光滑的，恰好拉斷細(xì)繩時(shí)水平力為F1，若桌面粗糙，恰好拉斷細(xì)繩時(shí)的水平力為F2，下面正確的是( ) AFl>F2 BF1=F2 CFl<F2 DF1= F2 4在光滑水平面上用一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧拴住一塊質(zhì)量為m的木塊，用一水平外力F推木塊壓縮彈簧，處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)突然撤去外力F的瞬間，本塊的速度為_(kāi)，加速度為_(kāi)，最初階段木塊作_運(yùn)動(dòng)。5一個(gè)質(zhì)量為01千克的小球，用細(xì)線吊在傾角a為37的斜面頂端，如圖所示。系統(tǒng)靜止時(shí)繩與斜面平行，不計(jì)一切摩擦。求下列情況下，繩子受到的拉力為多少? (1)系統(tǒng)以6米秒2的加速度向左加速運(yùn)動(dòng)； (2)系統(tǒng)以l0米秒2的加速度向右加速運(yùn)動(dòng)； (3)系統(tǒng)以15米秒2的加速度向右加速運(yùn)動(dòng)。 6如圖所示，貨運(yùn)平板車始終保持速度v向前運(yùn)動(dòng)，把一個(gè)質(zhì)量為m，初速度為零的物體放在車板的前端A處，若物體與車板間的摩擦因數(shù)為，要使物體不滑落，車板的長(zhǎng)度至少是多少? 7如圖所示，帶斜面的小車，車上放一個(gè)均勻球，不計(jì)摩擦。當(dāng)小車向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，要保證小球的位置相對(duì)小車沒(méi)變化，小車加速度a不得超過(guò)多大?8如圖所示，光滑球恰好放在木塊的圓弧槽中，它的左邊的接觸點(diǎn)為A，槽的半徑為R，且OA與水平線成角。通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道：當(dāng)木塊的加速度過(guò)大時(shí)，球可以從槽中滾出。圓球的質(zhì)量為m，木塊的質(zhì)量為M。各種摩擦及繩和滑輪的質(zhì)量不計(jì)。則木塊向右的加速度最小為多大時(shí)，球才離開(kāi)圓槽。9如圖所示，底座A上裝有長(zhǎng)05m的直立桿，其總質(zhì)量為02kg，桿上套有質(zhì)量為005kg的小環(huán)B，它與桿有摩擦，當(dāng)環(huán)從底座上以4ms的速度飛起時(shí)，剛好能到達(dá)桿的頂端，g取10m/s2，求： (1)在環(huán)升起過(guò)程中，底座對(duì)水平面壓力多大? (2)小環(huán)從桿頂落回雇座需多少時(shí)間?