物理竞赛课件6动力学特别问题与方法

质点系的牛顿第二定律♠加速度相关关系♠力的加速度效果分配法则♠牛顿第二定律的瞬时性♠非惯性系与惯性力♠规律规律Faaa112211nniiiiimmm212satasMmTmFFMm规律规律加速度与力是瞬时对应的，外力一旦改变，加速度也立即改变，力与加速度的因果对应具有同时性．确定某瞬时质点的加速度，关键在分析该瞬时质点的受力，对制约着对象运动状态的各个力的情况作出准确判断.示例m2m1m3mi…F31F13F1FiF2F3F21Fi1F12质点系各质点受系统以外力F1、F2、……对质点112131111FFFFaim对各质点21232222FFFFaim123F+FFFFaiiiiniiimF1iFaaa112211nniiiiimmm示例如图所示，跨过定滑轮的一根绳子，一端系着m=50kg的重物，一端握在质量M=60kg的人手中．如果人不把绳握死，而是相对地面以g/18的加速度下降，设绳子和滑轮的质量、滑轮轴承处的摩擦均可不计，绳子长度不变，试求重物的加速度与绳子相对于人手的加速度．专题6-例1取人、绳、物组成的系统为研究对象xmgMgama在图所示坐标轴上建立运动方程为mMgmgMamamMgaagm617518gg215g绳相对于人的加速度为211518gga绳对人=am-a=790gmAgBAED如图所示，A、B滑块质量分别是mA和mB，斜面倾角为α，当A沿斜面体D下滑、B上升时，地板突出部分E对斜面体D的水平压力F为多大（绳子质量及一切摩擦不计）？专题6-例2ax对A、B、D系统在水平方向有AxFma对A、B系统分析受力amBgαxsinABABmgmgmmasincosABAABmmmgmmF得cosxaa而返回ααF绳、杆约束物系或接触物系各部分加速度往往有相关联系，确定它们的大小关系的一般方法是：设想物系各部分从静止开始匀加速运动同一时间，则由212satas可知，加速度与位移大小成正比，确定了相关物体在同一时间内的位移比，便确定了两者加速度大小关系．x2x如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面体上，斜面体的质量为M，斜面体与水平地面间的动摩擦因数为μ．现用水平拉力F向右拉斜面体，要使物体与斜面体间无相互作用力，水平拉力F至少要达到多大？专题6-例3mMθF当物体与斜面体间无作用力时，物体的加速度为g考虑临界状况，斜面体至少具有这样的加速度a：在物体自由下落了斜面体高度h的时间t内，斜面体恰右移了hcotθ，由在相同时间内212satascot,cotahaggh故cotFMgMaMg对斜面体cotMgFgaMgFNFm1m2PAQBα如图所示，A为固定斜面体，其倾角α=30°，B为固定在斜面下端与斜面垂直的木板，P为动滑轮，Q为定滑轮，两物体的质量分别为m1=0.4kg和m2=0.2kg，m1与斜面间无摩擦，斜面上的绳子与斜面平行，绳不可伸长，绳、滑轮的质量及摩擦不计，求m2的加速度及各段绳上的张力．专题6-例4m1沿斜面下降,m2竖直上升,若m1下降s,m2上升2s,故T1m2g122aa建立如图坐标分析受力牛顿第二定律方程为1121222sin2Tmgmgmama对m1建立方程m1T11112sin2mgTma1112sin2Tmgma112212222sin22mgmamgmama122122sin4mgmgamm代入题给数据221.09m/sa11.09NTPT1T1T221.2218NTT返回MmFa(a)FmMa(b)MmFa(c)FmMa(d)Mm(e)aMmF(f)a问题情景如果引起整体加速度的外力大小为F，则引起各部分同一加速度的力大小与各部分质量成正比，F这个力的加速度效果将依质量正比例地分配．123()FmmmaiiFma123iiFmFmmmMmTmFFMmΔmFmmMTbTa如图所示，质量为M、m、m的木块以线a、b相连，质量为Δm小木块置于中间木块上，施水平力F拉M而使系统一起沿水平面运动；若将小木块从中间木块移至质量为M的木块之上，两细绳上的张力Ta、Tb如何变化？Ta减小Tb不变2bmTFMmm22ammTFMmm22mFMmm对左木块对左与中两木块产生整体加速度的力是F，使BCD产生同样加速度的力是AB间静摩擦力，最大静摩擦力大小应为4263mmgFFm当F=3μmg/2时，绳上拉力最大2FTBFDATCf如图所示，在光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是μmg.现有用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块,使四个木块以同一加速度运动,则轻绳对m的最大拉力是多少?=3μmg/234mg．BAF∵A、B刚好不发生相对滑动而一起沿水平面运动3BAmFFfF要使A、B仍不发生相对滑动，须满足23ABmFFf2FF由上二式得如图所示，木块A、B静止叠放在光滑水平面上，A的质量为m，B的质量2m．现施水平力F拉B，A、B刚好不发生相对滑动而一起沿水平面运动；若改用水平力拉A，要使A、B不发生相对滑动，求的最大值.FF专题5-例5返回mgFF2剪断l2瞬时，F2力消失，绳l1上微小形变力立即变化，适应此瞬时物体运动状态——线速度为零，向心加速度为零；1cosmgF则此瞬物体所受合力为sinmgl1θl2F1此瞬时物体加速度为sinag故绳l1拉力大小等于物体重力的法向分力：如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的两根细绳上，l1与竖直成θ角，l2水平拉直，物体处于平衡状态．现将l2剪断，求剪断瞬时l1细绳上的拉力及物体的加速度．BAaF撤去F力前：ABFmma撤去F力瞬时，A受力未及改变，故：Aaa撤去F力瞬时，B受力少了F,故：BBBmaFmaBBBmaFamBFamABBmaam如图所示，质量分别为mA、mB的两个物体A和B，用弹簧连在一起，放在粗糙的水平面上，在水平拉力F(已知)作用下，两物体做加速度为a的匀加速直线运动，求在撤去外力F的时刻，A、B两物体的加速度大小分别为多少？如图所示，木块A、B的质量分别为mA＝0.2kg，mＢ＝0.4kg，盘C的质量mC＝0.6kg，现挂于天花板O处，整个装置处于静止．当用火烧断O处的细线的瞬间，木块A的加速度aA及木块B对盘C的压力FBC各是多少?OABC0AaABCBCBCmmmgaamm212m/sBCaa方向竖直向下！对C运用牛顿第二定律：CBCCCmgFmaFBC=1.2NmcgFBCO处细线断瞬间,A受弹簧力未及改变,重力不变,故B、C间弹力是微小形变力，其发生突变！以适应B、C在此瞬间的运动：专题5-例6返回相对于惯性系以加速度a运动的参考系称非惯性参考系.牛顿运动定律在非惯性参考系中不能适用iFmaa小球不受外力而静止小球不受外力而向我加速iFFma非mama为了使牛顿定律在非惯性系中具有与惯性系相同的形式，我们可以引入一个虚拟的力叫惯性力使牛顿第二定律形式为可适用于非惯性系．惯性力与物体实际受到的力（按性质命名的力）不同，它是虚构的，没有施力物，不属于哪种性质的力．如图所示，在光滑水平桌面上有一质量为M的劈形物体，它的斜面倾角为α，在这斜面上放一质量为m的物体，物体与斜面间摩擦因数为μ．当用方向水平向右的力F推劈形物体时，μ等于多少时物体间才没有相对运动？专题5-例7mMα取劈形物体M为参考系，设M相对地面的加速度为a，方向向右，在这个参考系中分析m受力:aFmgmaF约αφtaniFmamgmgmaF约αφ在劈参考系中m静止,合力为零!taniFmamg对整体在水平方向有FMmatantan则FMmgFMmgtansincoscossinsincossincosMmgFFMmgFMmgFMmgMα一质量为M、斜面倾角为α的三棱柱体，放在粗糙的水平面上，它与水平面间的摩擦因数为μ，若将一质量为m的光滑质点轻轻地放在斜面上，M发生运动，试求M运动的加速度a．专题5-例8mμ设M运动的加速度为a，显然a的方向水平向右:a设m相对于M的加速度为a非，a非的方向与水平成α角向下，即，沿三棱柱体的斜面:设水平面对三棱柱体的摩擦力为Ff，支持力为FN:Ff研究M、m构成的系统，在水平方向有(-cos)fFMamaa非在竖直方向有sinNMmgFma非由摩擦定律fNFF取m为研究对象xmgFnFNFisin+cosmgmama非sincosgaa非sincosMmgmamaaMa非非cossinaMmgamm非cossincossinsincosmMgamM(M+m)g212sat由人两次从同一高度下落，有21222121atat122aa第一次，人、重物（绳）加速度相同，由系统牛顿第二定律1MmgMma某人质量M=60kg，一重物质量m=50kg，分别吊在一个定滑轮的两边．人握住绳子不动，则他落地的时间为t1，人若沿绳子向上攀爬，则他落地时间．若滑轮、绳子的质量及摩擦可不计，求此人往上爬时相对于绳子的加速度．专题5-例9前、后两次人下落加速度分别设为a1、a2,12t111ag第二次，人、重物（绳）加速度各为a2、a′，由质点系“牛二律”12aMmgMma855ag方向竖直向下绳282255gaaag人对0.1g人相对绳以0.1g向上爬关于惯性力，下列说法中正确的是A.惯性力有反作用力B.惯性力是由非惯性系中物体施予的C.同一物体对不同参考系有不同惯性力D.惯性力与合外力一定平衡惯性力是虚拟的力，没有施力物，也没有反作用力．惯性力Fi=-ma，a为参考系加速度，参考系不同，匀加速不同，惯性力Fi就不同！在非惯性系中有加速度的运动物体，其所受惯性力与合外力不平衡如图，在与水平成角α的静止的劈面上放一根不可伸长的轻绳．绳的一端系在墙上A点，小物体系在绳子Ｂ点上．某一时刻劈开始以恒定加速度a1向右运动．求物体还在劈上时所具有的加速度a2？ABx1x21本题涉及相关加速度劈加速度a1、物体加速度a2、物体相对劈加速度a21间矢量关系是2211aaa121xx121aaa1a21a2矢量三角形是等腰三角形！由矢量图得122sin2aa方向与竖直成2如图，三角凸轮沿水平运动，其斜边与水平线成α角．杆AB的A端依靠在凸轮上，另一端的活塞B在竖直筒内滑动．如凸轮以匀加速度a0向右运动，求活塞B的加速度aB．设三角形高h、底边长b本题属相关加速度问题a0ABaBhb由加速度相关关系0cotBabah0tanBaa方向竖直向上m1m2如图所示，质量为m2的立方块放在光滑的地面上，质量为m1的劈（劈角为α），直角边靠在光滑的竖直墙上，斜边压在立方体上，试求劈和立方块的加速度．a2a1劈和立方块的加速度设为a1、a2：a1、a2的关系是12tanaa设m1、m2间压力为FNFNyNyFFNFN则对m122tanNyFma对m2111NymgFma12121cotamgmm1212tancotmgammMθ如图所示，已知方木块的质量为m，楔形体的质量为M，斜面倾角为θ，滑轮及绳子的质量可忽略，各接触面之间光滑，求楔形体M的加速度．MθamMxM情景模拟楔形体和方木块的加