本文目录一览:
- 1、物理牛顿第二定律的常见题型
- 2、求一道关于牛顿第二运动定律的题
- 3、牛顿第二定律公式
- 4、如何运用牛顿第二定律解题
- 5、由牛顿第二定律知,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度...
- 6、牛顿第二定律为什么这么难啊?我还能学好吗?
- 7、运用牛顿第二定律解决质点受变力作曲线运动的问题时,最好使用哪种坐标系?
- 8、牛顿第二定律中F是一种什么的力 如题
- 9、要求写出三种验证牛顿第二定律的实验方案
- 10、高中物理电学常考题型解题方法
物理牛顿第二定律的常见题型
物理牛顿第二定律的常见题型如下:
1.(2009山东理综,17,4分)某物体做直线运动的v – t图象如图甲所示,据此判断图乙(F表示物体所受合力,x表示物体的位移)四个选项中正确的是 ( )。
2.(2009广东物理,8,4分)某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490N,他将弹簧秤移至电梯内称其体重, 至 时间段内弹簧秤的示数如图5所示,电梯运行的v—t图可能是(取电梯向上运动的方向为正)。
3.(2009安徽理综,16,6分)大爆炸理论认为,我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外,在演化至今的大部分时间内,宇宙基本上是匀速膨胀的。上世纪末,对1A型超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀。
面对这个出人意料的发现,宇宙学家探究其背后的原因,提出宇宙的大部分可能由暗能量组成,它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀。如果真是这样,则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系,大致是下面哪个图像?
4.(2009安徽理综,17,6分)为了节省能量,某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时,扶梯运转得很慢;有人站上扶梯时,它会先慢慢加速,再匀速动转。一顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,如图所示。那么下列说法中正确的是?
5.(2009 江苏物理,4,3分)在无风的情况下,跳伞运动员从水平飞行的飞机上跳伞,下落过程中受到空气阻力,下列描绘下落速度的水平分量大小 、竖直分量大小 与时间 的图像,可能正确的是()。
求一道关于牛顿第二运动定律的题
= =
1.关于物体运动状态的改变,下列说法中正确的是
A.物体运动的速率不变,其运动状态就不变
B.物体运动的加速度不变,其运动状态就不变
C.物体运动状态的改变包括两种情况:一是由静止到运动,二是由运动到静止
D.物体的运动速度不变,我们就说它的运动状态不变
2、在牛顿第二定律公式F=kma中,比例系数k的数值
A、在任何情况下都等于1
B、k值的数值是由质量、加速度和力的大小所决定的
C、k值的数值是由质量、加速度和力的单位所决定的
D、在国际单位制中,k的数值一定等于1
3、下列说法正确的是
A、质量较大的物体的加速度一定小
B、受到外力较小的物体加速度一定小
C、物体所受合外力的方向一定与物体的运动方向相同
D、物体所受合外力的方向一定与物体的加速度的方向相同
再来几道应用题
23.(2008上海综合能力,43,2分)某汽车的部分参数如下表,请根据表中数据完成表的其他部分。
整车行驶质量1 500kg 最大功率92kW
加速性能 0~108km/h(即30m/s)所需时间 平均加速度
11s m/s2
制动性能 车辆以36km/h(即10m/s)行驶时的制动距离 制动过程中所受合外力
6.5m N
24.(2008海南单科,15,8分)科研人员乘气球进行科学考察.气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg.气球在空中停留一段时间后,发现气球漏气而下降,及时堵住.堵住时气球下降速度为1 m/s,且做匀加速运动,4 s内下降了12 m.为使气球安全着陆,向舱外缓慢抛出一定的压舱物.此后发现气球做匀减速运动,下降速度在5分钟内减少3 m/s.若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略,重力加速度g=9.89 m/s2,求抛掉的压舱物的质量.
25.(2008上海单科,21,12分)总质量为80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下,经过2s拉开绳索开启降落伞,如图所示是跳伞过程中的v-t图,试根据图像求:(g取10m/s2)
(1)t=1s时运动员的加速度和所受阻力的大小。
(2)估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功。
(3)估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间。
26.(2007海南单科,16,11分)如图所示,一辆汽车A拉着装有集装箱的拖车B,以速度 进入向下倾斜的直车道。车道每 下降 。为使汽车速度在 的距离内减到 ,驾驶员必须刹车。假定刹车时地面的摩擦阻力是恒力,且该力的 作用于拖车B, 作用于汽车A。已知A的质量 ,B的质量 。求汽车与拖车的连接处沿运动方向的相互作用力。取重力加速度 。
27.(2007江苏单科,15,14分)直升机沿水平方向匀速飞往水源取水灭火,悬挂着m=500kg空箱的悬索与坚直方向的夹角θ1=450,直升机取水后飞往火场,加速度沿水平方向,大小稳定在a=1.5m/s2,悬索与竖直方向的夹角θ2=140。如果空气阻力大小恒定不计悬索的质量,试求水箱中水的质量M。(取重力加速度g=10m/s2;sin140=0.242;cos140=0.970) ( )
牛顿第二定律公式
牛顿第二定律公式:F=ma。
拓展资料:
牛顿第二定律是经典力学中的一个基本定律,它描述了物体在受到外力作用时的运动规律。牛顿第二定律的表述如下:当一个物体受到外力作用时,它的加速度与作用力成正比,与物体的质量成反比。用公式表示为:F=ma,其中F表示作用力,m表示物体的质量,a表示物体的加速度。
牛顿第二定律揭示了物体运动的内在规律,即物体的运动状态取决于作用在其上的各种力的合力。这个定律对于理解和解决许多实际问题具有重要意义。首先,牛顿第二定律为我们提供了一个计算物体加速度的方法。通过测量作用在物体上的力和物体的质量,我们可以计算出物体的加速度。
这对于研究物体的运动过程、分析运动现象以及设计各种机械设备具有重要价值。其次,牛顿第二定律可以帮助我们理解物体在不同条件下的运动状态。例如,当一个物体受到恒定的外力作用时,它将保持匀加速运动;当一个物体受到变力作用时,它的运动状态将发生变化。此外,牛顿第二定律还可以解释一些常见的物理现象。
如摩擦力对物体运动的影响、弹簧对物体运动的恢复力等。牛顿第二定律在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。例如,在航天领域,通过对火箭发动机推力的计算和控制,可以实现对火箭运动状态的精确控制;在交通运输领域,通过对汽车、火车等交通工具的动力系统的研究,可以提高运输效率和安全性。
在建筑工程领域,通过对建筑物受力的分析,可以确保建筑物的稳定性和耐久性。然而,牛顿第二定律也存在一定的局限性。在某些特殊条件下,如高速运动或微观尺度下,牛顿第二定律可能不再适用。这时,我们需要借助于相对论力学或量子力学等更为先进的理论来描述物体的运动规律。
总之,牛顿第二定律是经典力学中的一个基本定律,它揭示了物体在受到外力作用时的运动规律。通过牛顿第二定律,我们可以计算物体的加速度、分析物体的运动状态以及解决许多实际问题。尽管牛顿第二定律在某些特殊条件下存在局限性,但它在科学研究和工程技术中仍然具有重要的应用价值。
如何运用牛顿第二定律解题
我觉得做题的时候要想象出题目中的情景,必要时画画图,重点分析受力情况。
力和运动关系的两类基本问题
关于运动和力的关系,有两类基本问题,那就是:
① 已知物体的受力情况,确定物体的运动情况;
② 已知物体的运动情况,确定物体的受力情况。
1. 从受力确定运动情况
已知物体受力情况确定运动情况,指的是在受力情况已知的条件下,要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移。处理这类问题的基本思路是:先分析物体的运动情况求出合力,根据牛顿第二定律求出加速度,再利用运动学的有关公式求出要求的速度和位移。
2. 从运动情况确定受力
已知物体运动情况确定受力情况,指的是在运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下,要求得出物体所受的力。处理这类问题的基本思路是:首先分析清楚物体的受力情况,根据运动学公式求出物体的加速度,然后在分析物体受力情况的基础上,利用牛顿第二定律列方程求力。
3. 加速度a是联系运动和力的纽带
在牛顿第二定律公式(F=ma)和运动学公式(匀变速直线运动公式v=v0+at, x=v0t+ at2, v2-v02=2ax等)中,均包含有一个共同的物理量——加速度a。
由物体的受力情况,利用牛顿第二定律可以求出加速度,再由运动学公式便可确定物体的运动状态及其变化;反过来,由物体的运动状态及其变化,利用运动学公式可以求出加速度,再由牛顿第二定律便可确定物体的受力情况。
可见,无论是哪种情况,加速度始终是联系运动和力的桥梁。求加速度是解决有关运动和力问题的基本思路,正确的受力分析和运动过程分析则是解决问题的关键。
4. 解决力和运动关系问题的一般步骤
牛顿第二定律F=ma,实际上是揭示了力、加速度和质量三个不同物理量之间的关系。方程左边是物体受到的合力,首先要确定研究对象,对物体进行受力分析,求合力的方法可以利用平行四边形定则或正交分解法。方程的右边是物体的质量与加速度的乘积,要确定物体的加速度就必须对物体的运动状态进行分析。
由此可见,应用牛顿第二定律结合运动学公式解决力和运动关系的一般步骤是:
① 确定研究对象;
② 分析研究对象的受力情况,必要时画受力示意图;
③ 分析研究对象的运动情况,必要时画运动过程简图;
④ 利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度;
⑤ 利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求解要求的物理量。
6. 教材中两道例题的说明
第1道例题已知物体受力情况确定运动情况,求解时首先对研究的物体进行受力分析,根据牛顿第二定律由合力求出加速度,然后根据物体的运动规律确定了物体的运动情况(末速度和位移)。
第2道例题已知物体运动情况确定受力情况,求解时首先对研究的物体进行运动分析,从运动规律中求出物体运动的加速度,然后根据牛顿第二定律得出物体受到的合力,再对物体进行受力分析求出了某个力(阻力)。
在第2道例题的求解过程中,我们还建立了坐标系。值得注意的是:在运动学中通常是以初速度的方向为坐标轴的正方向,而在利用牛顿第二定律解决问题时,通常则是以加速度的方向为坐标轴的正方向。
应用牛顿运动定律解题的技巧
牛顿运动定律是动力学的基础,也是整个经典物理理论的基础。应用牛顿运动定律解决问题时,要注意掌握必要的解题技巧:
① 巧用隔离法 当问题涉及几个物体时,我们常常将这几个物体“隔离”开来,对它们分别进行受力分析,根据其运动状态,应用牛顿第二定律或平衡条件(参见下一节相关内容)列式求解。特别是问题涉及物体间的相互作用时,隔离法不失为一种有效的解题方法。(参阅本节例5)
② 巧用整体法 将相互作用的两个或两个以上的物体组成一个整体(系统)作为研究对象,去寻找未知量与已知量之间的关系的方法称为整体法。整体法能减少和避开非待求量,简化解题过程。整体法和隔离法是相辅相成的。(参阅本节例5“点悟”)
③ 巧建坐标系 通常我们建立坐标系是以加速度的方向作为坐标轴的正方向,有时为减少力的分解,也可巧妙地建立坐标轴,而将加速度分解,应用牛顿第二定律的分量式求解。(参阅本章第3节例5)
④ 巧用假设法 对物体进行受力分析时,有些力存在与否很难确定,往往用假设推理法可以迅速解决。使用这种方法的基本思路是:假设某力存在(或不存在),然后利用已知的物理概念和规律进行分析推理,从而肯定或否定所做的假设,得出正确的判断。(参阅本章“综合链接”例4)
⑤ 巧用程序法 按时间顺序对物体运动过程进行分析的解题方法称为程序法。其基本思路是:先正确划分问题中有多少个不同的运动过程,然后对各个过程进行具体分析,从而得出正确的结论。(参阅本章“亮点题粹”题4)
⑥ 巧建理想模型 应用牛顿第二定律解题时,往往要建立一些理想模型。例如:将物体看成质点,光滑接触面摩擦力为0,细线、细杆及一般的物体为刚性模型,轻弹簧、橡皮绳为弹性模型等等。(参阅本章第3节例6)
⑦ 巧析临界状态 在物体运动状态的变化过程中,往往在达到某个特定状态时,有关的物理量将发生突变,此状态称为临界状态。利用临界状态的分析作为解题思路的起点,是一条有效的思考途径。(参阅本章第7节例3)
⑧ 巧求极值问题 求解极值问题常可采用物理方法和数学方法。建立物理模型,分析物理过程,这是物理解法的特征。数学解法则是先找出物理量的函数关系式,然后直接应用数学方法求的极值。(参阅本章“亮点题粹”题8)
例1 在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据,刹车线是汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是14 m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7,g取10m/s2,则汽车刹车前的速度为( )
A. 7 m/s B. 10 m/s C. 14 m/s D. 20 m/s
提示 设法求出汽车刹车后滑动的加速度。
解析 设汽车刹车后滑动的加速度大小为a,由牛顿第二定律可得
μmg=ma,a=μg。
由匀变速直线运动速度—位移关系式v02=2ax,可得汽车刹车前的速度为
m/s=14m/s。
正确选项为C。
点悟 本题以交通事故的分析为背景,属于从受力情况确定物体的运动状态的问题。求解此类问题可先由牛顿第二定律求出加速度a,再由匀变速直线运动公式求出相关的运动学量。
例2 蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目,一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s,若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小(g取10m/s2)。
提示 将运动员的运动分为下落、触网和蹦回三个阶段研究。
解析 将运动员看作质量为m的质点,从h1高处下落,刚接触网时速度的大小为
(向下);
弹跳后到达的高度为h2,刚离网时速度的大小为
(向上)。
速度的改变量 Δv=v1+v2(向上)。
以a表示加速度,Δ t表示运动员与网接触的时间,则
Δv=a Δ t。
接触过程中运动员受到向上的弹力F和向下的重力mg,由牛顿第二定律得
F-mg=ma。
由以上各式解得 ,
代入数值得 F=1.5×103N。
点悟 本题为从运动状态确定物体的受力情况的问题。求解此类问题可先由匀变速直线运动公式求出加速度a,再由牛顿第二定律求出相关的力。本题与小球落至地面再弹起的传统题属于同一物理模型,但将情景放在蹦床运动中,增加了问题的实践性和趣味性。题中将网对运动员的作用力当作恒力处理,从而可用牛顿第二定律结合匀变速运动公式求解。实际情况作用力应是变力,则求得的是接触时间内网对运动员的平均作用力。
例3 如图4—37所示,一水平传送带长为20m,以2m/s的速度做匀速运动。已知某物体与传送带间的动摩擦因数为0.1,现将该物体由静止轻放到传送带的A端。求物体被送到另一端B点所需的时间。(g 取10m/s2)
提示 本题要计算物体由A到B的时间,分析物体运动过程,有两种可能。一种可能是从静止开始一直加速到B,知道加速度就可求出运动时间;另一种可能是,物体加速一段时间后速度与传送带相同,接着做匀速运动,有两个过程,要分别计算时间。
解析 物体受重力mg、支持力FN和向前的摩擦力F作用,由牛顿第二定律,有
F=ma,
又 FN-mg=0, F=μFN,
解得 a=μg=0.1×10m/s2=1 m/s2。
当物体做匀加速运动达到传送带的速度v=2m/s时,其位移为
m=2m<20m,
所以物体运动2m后与传送带一起匀速运动。
第一段加速运动时间为 s=2s,
第二段匀速运动时间为 s=9s。
所以,物体在传送带上运动的总时间为
t=t1+t2=2s+9s=11s。
点悟 物体受力情况发生变化,运动情况也将发生变化。此题隐含了两个运动过程,如不仔细审题,分析运动过程,将出现把物体的运动当作匀速运动(没有注意到物体从静止开始放到传送带上),或把物体的运动始终当作匀加速运动。请将本题与练习巩固(4—1)第7题作一比较。
例4 如图4—38所示,风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调解的风力。现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室,小球孔径略等大于直径。
(1)当杆在水平方向固定时,调解风力的大小,使小球在杆上做匀速运动,这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍,求小球与杆间的动摩擦因数。
(2)保持小球所受的风力不变,使杆与水平方向的夹角为370并固定,则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少?(sin370=0.6, cos370=0.8)
提示 注意(1)中小球做匀速运动,(2)中小球做匀加速运动,两种情况风力及小球与杆间的动摩擦因数均不变,不要错误地认为滑动摩擦力相同。
解析 (1) 设小球所受风力为F,则 F=0.5mg。
当杆水平固定时,小球做匀速运动,则所受摩擦力Ff与风力F等大反向,即
Ff=F。
又因 Ff=μFN=μmg,
以上三式联立解得小球与杆间的动摩擦因数μ=0.5。
(2) 当杆与水平方向成θ=370角时,小球从静止开始沿杆加速下滑。设下滑距离s所用时间为t,小球受重力mg、风力F、杆的支持力FN’和摩擦力Ff’作用,由牛顿第二定律可得,
沿杆的方向 Fcosθ+mgsinθ-Ff’=ma,
垂直杆的方向 FN’+F sinθ-mgcosθ=0,
又 Ff’= μFN’, F=0.5mg,
解得小球的加速度
。
因 ,
故小球的下滑时间为 。
点悟 本题是牛顿运动定律在科学实验中应用的一个实例,求解时先由水平面上小球做匀速运动时的二力平衡求出动摩擦因数,再分析小球在杆与水平面成370角时的受力情况,根据牛顿第二定律列出方程,求得加速度,再由运动学方程求解。这是一道由运动求力,再由力求运动的典型例题。
发展级
例5 如图4—39所示,箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,杆上套着一个圆环。箱子的质量为M,环的质量为m,圆环沿杆滑动时与杆间有摩擦。
(1) 若环沿杆加速下滑,环与杆间摩擦力的大小为F,则箱子对地面的压力有多大?
(2) 若环沿杆下滑的加速度为a,则箱子对地面的压力有多大?
(3) 若给环一定的初速度,使环沿杆上滑的过程中摩擦力的大小仍为F,则箱子对地面的压力有多大?
(4) 若给环一个初速度v0,环沿杆上滑h高后速度恰好为0,则在环沿杆上滑的过程中箱子对地面的压力有多大?
提示 由于环沿杆下滑和上滑时的加速度与箱子不同,因此应分别以环和箱子为研究对象,分析它们的运动情况和受力情况,并找出它们之间的联系。
解析 (1) 环沿杆下滑时,环受到的摩擦力方向向上,箱子(即杆)受到的摩擦力方向向下,故箱子受到地面的支持力 FN=Mg+F。
根据牛顿第三定律可知,箱子对地面的压力
FN’= FN=Mg+F。
(2) 环以加速度a加速下滑,由牛顿第二定律有
mg-F=ma,
故环受到的摩擦力 F=m(g-a)。
直接应用(1)的结果,可得箱子对地面的压力
FN’ =Mg+F=Mg+ m(g-a)=(M+m)g-ma。
(3) 环沿杆上滑时,环受到的摩擦力方向向下,箱子(即杆)受到的摩擦力方向向上,故箱子受到地面的支持力 FN=Mg-F。
根据牛顿第三定律可知,箱子对地面的压力
FN’= FN=Mg-F。
(4) 由运动学公式 v02=2ah,
可得环沿杆上滑做匀减速运动的加速度大小为
,
由牛顿第二定律有 mg+F=ma,
故环受到的摩擦力 F=m(a-g)。
直接应用(3)的结果,可得箱子对地面的压力
FN’ =Mg-F=Mg-m(a-g)=(M+m)g-ma=(M+m)g- 。
点悟 上述将圆环和箱子分隔开来,分别对它们进行受力分析和运动分析的方法,称为隔离法。在问题涉及多个物体组成的系统时,常常运用隔离法分析求解。
本题第(2)小题也可采用整体法分析:圆环和箱子组成的系统受重力(M+m)g和地面的支持力FN的作用。因为圆环向下的加速度a应由系统的合外力提供,故有
(M+m)g-FN=ma,
解得 FN=(M+m)g-ma。
由牛顿第三定律可得,箱子对地面的压力
FN’ = FN=(M+m)g-ma。
本题第(4)小题在求得环沿杆上滑做匀减速运动的加速度大小后,也可采用整体法分析,请自行解答。
例6 一个行星探测器从所探测的行星表面竖直升空,探测器的质量为1500 kg,发动机推力恒定.发射升空后9 s末,发动机突然间发生故障而关闭。图4—40是从探测器发射到落回地面全过程的速度图象。已知该行星表面没有大气,不考虑探测器总质量的变化,求:
(1) 探测器在行星表面上升达到的最大高度 H;
(2) 该行星表面附近的重力加速度g;
(3) 发动机正常工作时的推力F。
提示 题给速度图象中,B点时刻是速度正负的转折点,故B点时刻探测器升至最大高度;A点时刻是加速度正负的转折点,故A点时刻是发动机刚关闭的时刻。
解析 (1) 0~25s内探测器一直处于上升阶段,上升的最大高度在数值上等于△OAB的面积,即 H= ×25×64 m=800 m。
(2) 9 s末发动机关闭,此后探测器只受重力作用,故在这一阶段的加速度即为该行星表面的重力加速度,由图象得 g= = m/s2=4 m/s2,
(3) 由图象知探测器加速上升阶段探测器的加速度为
a= m/s2,
根据牛顿运动定律,得 F-mg=ma,
所以发动机正常工作时的推力 F=m(g+a)=1.67×104 N。
点悟 本题是应用牛顿运动定律求解的图象类问题,仍属于已知运动求力的问题,只是将物体的运动情况由图象反映出来。此类问题求解的关键是,要根据图象的特点,挖掘图象中的隐含条件,把图象与物体的实际运动对应起来进行研究。
由牛顿第二定律知,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度...
【答案】D
【答案解析】试题分析:根据牛顿第二定律F=ma,不管合外力多小,都会产生相应的加速度。若用力推桌子,推不动,是因为存在静摩擦力,从而合外力为零,所以物体保持静止状态。因此ABC说法都不正确。
考点:对牛顿第二定律的理解
点评:此类题型考察了牛顿第二定律的理解,通过公式可知,牛顿第二定律有统一性、瞬时性、同向性。
牛顿第二定律为什么这么难啊?我还能学好吗?
(1)牛顿第二定律F合=ma,其中F合----物体受到的所有外力的合力
(2)运用牛顿第二定律解题有两种类型题:
第一种类型:已知运动的物体的速度、位移等,求物体受到的力
第一步:根据运动学公式求出物体的加速度
第二步:根据牛顿第二定律求力
第二种类型:已知力,求物体的速度、位移等
第一步:根据牛顿第二定律求加速度
第二步:根据运动学公式求出物体的物体的速度、位移等
牛顿第二定律并不难理解,理解了就容易了,也就能学好了。根据现象分析本质,理解本质。
运用牛顿第二定律解决质点受变力作曲线运动的问题时,最好使用哪种坐标系?
用牛顿定律解决问题(一)
学点1 从受力确定运动情况
基本方法、步骤:
①确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动分析,并画出物体的受力图。
②根据力的合成与分解的方法,求出物体所受的合外力(包括大小和方向)。
③根据牛顿第二定律列方程,求出物体的加速度。
④结合给定的物体运动的初始条件,选择运动学公式,求出所需运动参量。
例1 一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下,山坡的倾角θ=30°,滑雪板与雪地的动摩擦因数0.04,求10s内滑下来的路程和10s末的速度大小。(g取10m/s2)
解析 以滑雪人为研究对象,受力情况如图4-6-1所示。
研究对象的运动状态为:垂直于山坡方向,处于平衡;沿山坡方向,做匀加速直线运动。
将重力mg分解为垂直于山坡方向和沿山坡方向,据牛顿第二定律列方程:
FN-mgcosθ=0
mgsinθ-Ff=ma
又因为Ff=μFN
由①②③可得:a=g(sinθ-μcosθ)
故x=(sinθ-μcosθ)t2
=×10×(-0.04×)×102m=233m
v=at=10×(-0.04×)×10m/s=46.5m/s
答案233m,46.5m/s。
方法点拨
物理运算过程中尽量使用代表物理量的字母,必要时再代入已知量。
学后反思
物体的运动情况是由物体所受合外力及物体初始条件决定的,在解决动力学问题过程中应注重受力分析能力的培养和提高。
例2 如图4-6-2所示,传送带地面倾角θ=37°,AB之间的长度为L=16m,传送带以速率v=10m/s逆时针转动,在传送带上A端无初速地放一个质量为m=0.5kg的物体,它与传送带之间的动擦系数μ=0.5,求物体从A运动到B需要多少时间?
(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
解析 物体放到传送带上,开始相对于传送带向上运动,所受摩擦力方向沿传送带向下,物体由静止开始做初速为零的匀速直线运动,根据牛顿第二定律:
mgsinθ+μmgcosθ=ma1 ①
物体速度由零增大到10m/s所用的时间:t1=x1/v ②
物体下滑的位移:x1= ③
当物体速度等于10m/s时,相对于传送带,物体向下运动,摩擦力方向与原来相反,沿传送带向上,此时有:mgsinθ-μmgcosθ=ma2 ④
从速度增大到10m/s后滑到B所用时间为t2,根据运动学知识:
L-x1=vt2+ ⑤
联立方程组解得:t1=1s t2=1s 所以从A到B时间为t=t1+t2=2s
答案 2s。
方法总结
本题应注意,开始时物体的速度小于传送带速度,相对传送带向上运动,受摩擦力方向沿斜面向下;当物体速度加速到大于传送带速度时,相对传送带向下运动,摩擦力方向沿斜面向上。因此,物块在传送带上运动时,分加速度不同的两个阶段进行研究。
例3 一小圆盘静止在桌布上,位于一方桌的水平桌面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合,如图4-6-3。已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1,盘与桌面间的动摩擦因数为μ2,现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面,加速度方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下,则加速度a满足的条件是什么?(以g表示重力加速度)
解析 设圆盘的质量为m,桌面长为l,在桌布从圆盘下抽出的过程中,盘的加速度为a1,有:μ1ma=ma1 ①
桌布抽出后,盘在桌面上作匀减速运动,以a2表示加速度的大小,有
μ2ma=ma2 ②
设盘刚离开桌布时的速度为v1,移动的距离为x1,离开桌布后在桌面上再运动距离x2,后便停下,有 =2a1x1 ③, =2a2x2 ④,
盘没有从桌面上掉下的条件是 x2≤-x1 ⑤,
设桌布从盘下抽出所经历时间为t,在这段时间内桌布移动的距离为x,有
x= ⑥, x1= ⑦, 而x=+x1 ⑧,
由以上①到⑧式解得:a≥
答案 a≥
感悟技巧
求解比较复杂的动力学问题,可根据动力学规律和运动学规律列出相互独立的物理方程综合求解。
学点2 从运动情况确定受力
解题的基本方法步骤:
①确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动分析,并画出物体的受力图;
②选择合适的运动学公式,求出物体的加速度;
③根据牛顿第二定律列方程,求出物体所受的合外力;
④根据力的合成与分解的方法,由合力求出所需的力。
例4 质量为200t的机车从停车场出发,行驶225m后,速度达到54km/h,此时,司机关闭发动机让机车进站,机车又行驶了125m才停在站上。设运动阻力不变,求机车关闭发动机前所受到的牵引力。
解析 机车关闭发动机前在牵引力和阻力共同作用下向前加速;关闭发动机后,机车只在阻力作用下做减速运动。因加速阶段的初末速度及位移均已知,故可由运动学公式求出加速阶段的加速度,由牛顿第二定律可求出合力;在减速阶段初末速度及位移已知,同理可以求出加速度,由牛顿第二定律可求出阻力,则由两阶段的力可求出牵引力。
在加速阶段
初速度v0=0,末速度v1=54km/h=15m/s 位移x1=225m
由-=2ax得: 加速度a1=m/s2=0.5m/s2
由牛顿第二定律得
F引-F阻=ma1=2×105×0.5N=1×105N ①
减速阶段:初速度v1=15m/s,末速度v2=0,位移x2=125m
由
加速度a2=m/s2=-0.9m/s2,负号表示a2方向与v1方向相反
由牛顿第二定律得F阻=-ma2=-2×105×(-0.9)N=1.8×105N ②
由①②得机车的牵引力为F引=2.8×105N
答案 2.8×105N
方法总结
解题前应对问题先作定性和半定量的分析,弄清物理情景,找出解题的关键,以养成良好的思维品质和解题习惯,在求解加速度过程中要注意加速度和速度方向关系,在求a2时也可不考虑方向,直接求其大小,a2=0.9m/s2,然后根据阻力方向得出F阻=-ma2=1.8×105N的结果。
例5 在水平地面上有两个彼此接触的物体A和B,它们的质量分别为m1和m2,与地面间的动摩擦因数均为μ,若用水平推力F作用于A物体,使A、B一起向前运动,如图4-6-4所示,求两物体间的相互作用力为多大?若将F作用于B物体,则A、B间的相互作用力为多大?
解析 由于两物体是相互接触的,在水平推力F的作用下做加速度相同的匀加速直线运动,如果把两个物体作为一个整体,用牛顿第二定律去求加速度a是很简便的。题目中要求A、B间的相互作用力,因此必须采用隔离法,对A或B进行受力分析,再用牛顿第二定律就可以求出两物体间的作用力。
解法一:设F作用于A时,A、B的加速度为a1,A、B间相互作用力为F1。以A为研究对象,受力图如图4-6-5所示,由牛顿第二定律得
水平方向F-F1-F1阻=m1a1,
竖直方向F1弹=m1g,F1阻=μF1弹
再以B为研究对象,它受力如图4-6-6所示,由牛顿第二定律有
水平方向F1-F2阻=m2a1,
竖直方向F2弹=m2g,又F2阻=μF2弹
联立以上各式可得A、B间相互作用力为F1=,
当F作用B时,应用同样的方法可求A、B间的相互作用力F2为F2=
解法二:以A、B为研究对象,其受力如图4-6-7所示,由牛顿第二定律可得
F-μ(m1+m2)g=(m1+m2)a
所以a=-μg
再以B为研究对象,其受力如图4-6-6所示,由牛顿第二定律可得
F1-F2阻=m2a
则A、B间相互作用力F1为:F1=同理可求得F2=
答案;
方法提示
研究系数内部物体间的相互作用力应采用隔离法,研究系统与外办的相互作用采用整体法更简便一些。
规律总结
两个(或两个以上)物体组成的系统,我们称之为连接体。连接体的加速度通常是相同的,但也有不同的情况,如一个静止,一个变速运动。
在连接体内各物体具有相同的加速度时,可先把这个连接体当成一个整体,分析受到的外力及运动情况,利用牛顿第二定律求出加速度,若要求连接体内各种物体相互作用的内力,则把物体隔离,对某个物体单独进行受力分析,再利用牛顿第二定律对该物体列式求解。
拓广延伸
牛顿运动定律是经典力学的基础,它在科学研究和生产技术中有着广泛的应用,本节课就是运用牛顿运动定律解决两类最常见的问题。
受力分析和运动过程分析是解决动力学问题的前提。找到加速度是解题的突破口,因此,解题时应抓住“加速度”这个桥梁不放,确定过渡方向,学习中要通过具体问题的分析,熟练掌握解题思路,提高自己解决实际问题的能力。
例6 如图4-6-8所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,每根杆上套着一个小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a、b、c处释放(初速为0),用t1、t2、t3依次表示滑环到达d所用的时间,则 ( )
A。t1<t2<t3 B。t1>t2>t3
C。t3>t1>t2 D。t1=t2=t3
解析 小滑环下滑过程中受重力和杆的弹力作用,下滑的加速度可认为是由重力沿斜面方向的分力产生的,设轨迹与竖直方向夹角为θ。由牛顿第二定律知:mgcosθ=ma ①。
牛顿第二定律中F是一种什么的力 如题
是物体所受的合外力(包括重力)
1.定律内容:物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同.而以物理学的观点来看,牛顿运动第二定律亦可以表述为“物体随时间变化之动量变化率和所受外力之和成正比”.即动量对时间的一阶导数等于外力之和.
2.公式:F合=ma
要求写出三种验证牛顿第二定律的实验方案
1,种是小车实验
2,是重力加速度的那个实验
3,上下弹簧两个木块贴在一起
(1)因为打点计时器每隔0.02s打一个点,两个计数点之间还有4个打点未画出,所以两个计数点的时间间隔为t=0.1s,时间间隔是定值,滑块拖动纸带下落的运动过程中,速度越来越快,所以相等时间内运动的位移越来越大.所以图乙中纸带的右端与滑块相连;
(2)根据△x=at2利用逐差法,a=
x3-x1+x4-x2
4t2
=
0.0625-0.0130+0.0790-0.0295
4×0.12
=1.65m/s2.
(3)由a步骤可知,取下细绳和钩码后,滑块受到的合外力f=3.3n,根据牛顿第二定律得:m=
f
a
=
3.3
1.65
=2kg;
故答案为:(1)右端;(2)1.65;(3)2.
高中物理电学常考题型解题方法
电学是中学物理的一个重要知识点,同学们想要在物理这科考得好成绩,必须把电学知识给掌握了。那么同学们应该怎么学习呢?下面是由我整理的,希望对您有用。
题型1:带电粒子在电场中的运动问题
题型概述:带电粒子在电场中的运动问题本质上是一个综合了电场力、电势能的力学问题,研究方法与质点动力学一样,同样遵循运动的合成与分解、牛顿运动定律、功能关系等力学规律,高考中既有选择题,也有综合性较强的计算题。
思维模板:1处理带电粒子在电场中的运动问题应从两种思路着手。
①动力学思路:重视带电粒子的受力分析和运动过程分析,然后运用牛顿第二定律并结合运动学规律求出位移、速度等物理量。
②功能思路:根据电场力及其他作用力对带电粒子做功引起的能量变化或根据全过程的功能关系,确定粒子的运动情况使用中优先选择。
2处理带电粒子在电场中的运动问题应注意是否考虑粒子的重力。
①质子、α粒子、电子、离子等微观粒子一般不计重力;
②液滴、尘埃、小球等巨集观带电粒子一般考虑重力;
③特殊情况要视具体情况,根据题中的隐含条件判断。
3处理带电粒子在电场中的运动问题应注意画好粒子运动轨迹示意图,在画图的基础上运用几何知识寻找关系往往是解题的突破口。
题型2:带电粒子在磁场中的运动问题
题型概述:带电粒子在磁场中的运动问题在历年高考试题中考查较多,命题形式有较简单的选择题,也有综合性较强的计算题且难度较大,常见的命题形式有三种。
1突出对在洛伦兹力作用下带电粒子做圆周运动的运动学量半径、速度、时间、周期等的考查;
2突出对概念的深层次理解及与力学问题综合方法的考查,以对思维能力和综合能力的考查为主;
3突出本部分知识在实际生活中的应用的考查,以对思维能力和理论联络实际能力的考查为主。
题型3:带电粒子在复合场中的运动问题
题型概述:带电粒子在复合场中的运动是高考的热点和重点之一,主要有下面所述的三种情况。
1带电粒子在组合场中的运动:在匀强电场中,若初速度与电场线平行,做匀变速直线运动;若初速度与电场线垂直,则做类平抛运动;带电粒子垂直进入匀强磁场中,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。
2带电粒子在叠加场中的运动:在叠加场中所受合力为零时做匀速直线运动或静止;当合外力与运动方向在一直线上时做变速直线运动;当合外力充当向心力时做匀速圆周运动。
3带电粒子在变化电场或磁场中的运动:变化的电场或磁场往往具有周期性,同时受力也有其特殊性,常常其中两个力平衡,如电场力与重力平衡,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。
思维模板:分析带电粒子在复合场中的运动,应仔细分析物体的运动过程、受力情况,注意电场力、重力与洛伦兹力间大小和方向的关系及它们的特点重力、电场力做功与路径无关,洛伦兹力永远不做功,然后运用规律求解,主要有两条思路。
1力和运动的关系:根据带电粒子的受力情况,运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。
2功能关系:根据场力及其他外力对带电粒子做功的能量变化或全过程中的功能关系解决问题。
题型4:以电磁感应为核心的综合应用问题
题型概述:此题型主要涉及四种综合问题。
1动力学问题:力和运动的关系问题,其联络桥梁是磁场对感应电流的安培力。
2电路问题:电磁感应中切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,这样,电磁感应的电路问题就涉及电路的分析与计算。
3影象问题:一般可分为两类,一是由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函式影象,二是由给定的有关物理影象分析电磁感应过程,确定相关物理量。
4能量问题:电磁感应的过程是能量的转化与守恒的过程,产生感应电流的过程是外力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能的过程;感应电流在电路中受到安培力作用或通过电阻发热把电能转化为机械能或电阻的内能等。思维模板:解决这四种问题的基本思路如下。
1动力学问题:根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势,然后由闭合电路欧姆定律求出感应电流,根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向,进而求出安培力的大小和方向,再分析研究导体的受力情况,最后根据牛顿第二定律或运动学公式列出动力学方程或平衡方程求解。
2电路问题:明确电磁感应中的等效电路,根据法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电动势的大小和方向,最后运用闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串并联电路的规律求解路端电压、电功率等。
3影象问题:综合运用法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则、右手定则、安培定则等规律来分析相关物理量间的函式关系,确定其大小和方向及在座标系中的范围,同时注意斜率的物理意义。
4能量问题:应抓住能量守恒这一基本规律,分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量参与了相互转化,然后借助于动能定理、能量守恒定律等规律求解。
题型5:电学实验中电阻的测量问题
题型概述:该题型是高考实验的重中之重,每年必有命题,可以说高考每年所考的电学实验都会涉及电阻的测量。针对此部分的高考命题可以是测量某一定值电阻,也可以是测量电流表或电压表的内阻,还可以是测量电源的内阻等。
思维模板:测量的原理是部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律;常用方法有欧姆表法、伏安法、等效替代法、半偏法等。