【高考调研】2014届高考物理一轮复习 3-4动力学的两类基本问题课件

动力学的两类基本问题动力学的两类基本问题1．已知受力情况求运动情况根据牛顿第二定律，已知物体的受力情况，可以求出物体的①________；再知道物体的初始条件(初位置和初速度)，根据运动学公式，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求解了物体的运动情况．【重点提示】物体的运动情况是由受力情况．．．．和初始状态．．．．(初速度的大小和方向)共同决定的．2．已知物体的运动情况，求物体的受力情况根据物体的运动情况，由运动学公式可以求②________，再根据牛顿第二定律可确定物体受的合外力，从而求出未知的力，或与力相关的某些物理量．如：动摩擦因数、劲度系数、力的角度等．解题思路可表示如下：【重点提示】以上两类问题中，联系力和运动的桥梁是加速度．自我校对①加速度②加速度一、由受力情况求解运动学物理量规律方法1．明确研究对象，根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体．2．全面分析研究对象的受力情况，并画出物体受力示意图，确定出物体做什么运动(定性)．3．根据力的合成法则或正交分解法求出合外力(大小、方向)，列出牛顿第二定律方程式，求出物体的加速度．(常以加速度方向为正方向)4．结合题中给出的物体运动的初始条件，选择合适的运动学公式求出所需的运动学量．例1(2012·福建漳州5月质量检查)如右图所示，物体A放在足够长的木板B上，木板B静止于水平面上．已知A的质量mA和B的质量mB为2.0kg，A、B之间的动摩擦因数μ1＝0.2，B与水平面之间的动摩擦因数μ2＝0.1，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度g取10m/s2.若从t＝0开始，木板B受F1＝16N的水平恒力作用，t＝1s时F1改为F2＝4N，方向不变，t＝3s时撤去F2.(1)木板B受F1＝16N的水平恒力作用时，A、B的加速度aA、aB各为多少？(2)从t＝0开始，到A、B都静止，A在B上相对B滑行的时间为多少？(3)请以纵坐标表示A受到B的摩擦力fA，横坐标表示运动时间t(从t＝0开始，到A、B都静止)，取运动方向为正方向，在下图中画出fA­t的关系图线(以图线评分，不必写出分析和计算过程)．【解析】(1)根据牛顿第二定律，得μ1mAg＝mAaAaA＝μ1g＝0.2×10m/s2＝2m/s2F1－μ2(mA＋mB)g－μ1mAg＝mBaB代入数据得aB＝4m/s2(2)t1＝1s时，A、B速度分别为vA、vBvA＝aAt1＝2×1m/s＝2m/svB＝aBt1＝4×1m/s＝4m/sF1改为F2＝4N后，在B速度大于A速度的过程，A的加速度不变，B的加速度设为a′B，根据牛顿第二定律，得F2－μ2(mA＋mB)g－μ1mAg＝mBa′B代入数据得a′B＝－2m/s2设经过时间t2，A、B速度相等，此后它们保持相对静止．vA＋aAt2＝vB＋a′Bt2代入数据，得t2＝0.5sA在B上相对B滑行的时间为t＝t1＋t2＝1.5s(3)fA­t的关系图线如图所示题后反思(1)由受力情况求解运动情况时，关键还是要把物体的受力情况分析清楚，然后再联系初始条件，弄清物体的运动性质．较复杂的情况下，还要根据计算结果确定运动情况．(2)运动学公式应用中常以初速度方向为正方向，求出的加速度可能为负值．而牛顿第二定律列式时常以加速度方向为正方向，两种公式联立应用时，要避免因加速度正、负值代入时出现错误．跟踪训练1(2012·浙江金华市十校高考模拟)传送带以恒定速度v＝4m/s顺时针运行，传送带与水平面的夹角θ＝37°.现将质量m＝2kg的小物品轻放在其底端(小物品可看成质点)，平台上的人通过一根轻绳用恒力F＝20N拉小物品，经过一段时间物品被拉到离地面高为H＝1.8m的平台上，如右图所示．已知物品与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.5，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是多少？(2)若在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F，求物品还需多少时间离开传送带？诱思启导(1)物品刚放到传送带上时，可认为其速度为0，它相对于传送带向什么方向运动？摩擦力方向如何？(2)物品与传送带同速后，摩擦力方向怎样判断？撤去F后，摩擦力方向又如何？【解析】(1)物品在达到与传送带速度v＝4m/s相等前，有F＋μmgcos37°－mgsin37°＝ma1解得a1＝8m/s2由v＝a1t1，得t1＝0.5s位移s1＝a1t21/2＝1m达到v＝4m/s后，因为F＝20N，mgsinθ＝12NFmgsinθ，摩擦力方向沿传送带向下，设加速度为a2.随后有F－μmgcos37°－mgsin37°＝ma2解得a2＝0，即物品随传送带匀速上升．位移s2＝H/sin37°－s＝2mt2＝s2/v＝0.5s总时间为t＝t1＋t2＝1s(2)撤去恒力F后有μmgcos37°－mgsin37°＝ma3a3＝－2m/s2假设物品向上匀减速到速度为零时，通过的位移为s.s＝－v2/2a3＝4ms2由s2＝vt3＋a3t23/2得t3＝(2－2)s[t3＝(2＋2)s1s舍去]【答案】(1)1s(2)(2－2)s二、由运动情况判断受力情况规律方法由物体的运动情况，推断或求出物体所受的未知力的步骤：(1)确定研究对象．(2)根据运动情况，利用运动学公式求出物体的加速度．(3)对研究对象分析受力情况．(4)根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力，从而求出未知力．例2(2012·西安质检)如图所示，质量为10kg的环在F＝200N的拉力作用下，沿粗糙长直杆由静止开始运动，杆与水平地面的夹角θ＝37°，拉力F与杆的夹角也为θ.力F作用0.5s后撤去，环在杆上继续上滑了0.4s后速度减为零．(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)环与杆之间的动摩擦因数μ；(2)环沿杆向上运动的总距离s.【解析】(1)在力F作用0.5s内，根据牛顿第二定律，有Fcosθ－mgsinθ－f＝ma1①FN＋Fsinθ＝mgcosθ②f＝|μFN|③设0.5s末速度为v.根据运动学公式有，v＝a1t1④F撤去后0.4s内有mgsinθ＋μmgcosθ＝ma2⑤v＝a2t2⑥联立①～⑥得μ＝0.5⑦(2)将⑦代入⑤式得a2＝10m/s2，则v＝a2t2＝4m/s则s＝12v(t1＋t2)＝1.8m【答案】(1)0.5(2)1.8m题后反思(1)本题考查由运动判断受力和由受力判断运动的综合能力．(2)不论是由运动情况判断受力情况，还是由受力情况判定运动情况，在解答前，先定性地判断物体的运动分为几个阶段，以及每个阶段的受力情况和运动性质．在头脑中建立起清晰的受力情况和运动情景，然后才能有的放矢地列出运动学和牛顿第二定律关系式．在不能定性判断运动情况和受力情况时，应结合计算结果加以判断．跟踪训练2如图所示，有一长度L＝1m，质量M＝10kg的平板小车，静止在光滑的水平面上，在小车一端放置一质量m＝4kg的小物块，物块与小车间的动摩擦因数μ＝0.25，要使物块在2s末运动到小车的另一端，那么作用在物块上的水平力F是多少？诱思启导(1)物块运动过程中，小车处于什么状态？(2)物块位移、小车位移与车长L有什么关系？【解析】分别对物块、小车受力分析，根据牛顿第二定律，有F－Ff＝ma物①F′f＝Ma车②其中Ff＝F′f＝μmg③由图结合运动学公式，有x1＝12a车t2④x2＝12a物t2⑤x2－x1＝L⑥由②③解得a车＝1m/s2⑦由④⑤⑥解得a物＝1.5m/s2所以F＝Ff＋ma物＝m(μg＋a物)＝4×(0.25×10＋1.5)N＝16N【答案】16N