高一物理牛頓運動定律解題技巧

2022-06-10 17:39:03 字數 4961 閱讀 6675

常用的方法:

一、整體法★★:整體法是把兩個或兩個以上物體組成的系統作為乙個整體來研究的分析方法;當只涉及研究系統而不涉及系統內部某些物體的受力和運動時,一般可採用整體法.

二、隔離法★★:隔離法是將所確定的研究物件從周圍物體(連線體)系統中隔離出來進行分析的方法,其目的是便於進一步對該物體進行受力分析,得出與之關聯的力.為了研究系統(連線體)內某個物體的受力和運動情況時,通常可採用隔離法.

一般情況下,整體法和隔離法是結合在一起使用的.

注:整體與隔離具有共同的加速度,根據牛二定律,分別建立關係式,再聯合求解。

三、 等效法:

在一些物理問題中,乙個過程的發展,乙個狀態的確定,往往是由多個因素決定的,若某量的作用與另一些量的作用相同,則它們可以互相替換,經過替換使原來不明顯的規律變得明顯簡單。這種用一些量代替另一些量的方法叫等效法,如分力與合力可以互相代替。

運用等效法的前提是等效。

四、 極限法

極限法是把某個物理量推向極端,即極大或極小,極左或極右,並依此做出科學的推理分析,從而給出判斷或一般結論。極限法在進行某些物理過程的分析時,具有獨特作用,恰當運用極限法能提高解題效率,使問題化難為易,化繁為簡思路靈活,判斷準確。

五、 作圖法

作圖法是根據題意把抽象的複雜的物理過程有針對性的表示成物理圖示或示意圖,將物理問題化成乙個幾何問題,通過幾何知識求解。作圖法的優點是直觀形象,便於定性分析,也可定量計算。

六、圖象法

圖象法是根據題意把抽象複雜的物理過程有針對性地表示成物理圖象,將物理量間關係變為幾何關係求解。對某些問題有獨特的優勢。

動力學的常見問題:

1. 假設法分析動力學問題

假設法是解物理問題的一種重要方法。用假設法解題,一般依題意從某一假設入手,然後運用物理規律得出結果,再進行適當討論,從而找出正確答案,這樣解題不僅科學嚴謹、合乎邏輯,而且可以拓寬思路。

例1:如圖1所示,a、b兩物體通過兩個滑輪連線,其質量分別為m和,光滑斜面的傾角為,求a、b兩物體的加速度。

圖1分析:(用假設法分析)因為a、b兩物體的質量m和的具體資料不知道,故其加速度的方向很難確定,為了便於分析,需要對加速度的方向作一假設,現假設a物體的加速度方向沿斜面向下,b物體的加速度方向豎直向上,且規定此方向為正,對a、b兩物體受力分析,見圖2。

圖2由牛頓第二定律知

依題意有,

解之得,

討論:(1)當時,,其方向與假設的正方向相同;

(2)當時,,兩物體處於平衡狀態;

(3)當時,,,其方向與假設的正方向相反,即a物體的加速度方向沿斜面向上,b物體的加速度方向豎直向下。

2. 極限法分析動力學問題

在物體的運動變化過程中,往往達到某個特定狀態時,有關的物理量將發生突變,此狀態叫臨界狀態,相應的待求物理量的值叫臨界值,利用臨界值來作為解題思路的起點是一種很有用的思考途徑,也可以說是利用臨界條件求解,解這類問題的關鍵在於抓住臨界值條件,準確地分析物理過程。

例2:如圖3所示,質量為m的木板上放著一質量為的木塊,木塊與木板間的動摩擦因數為,木板與水平地面間的動摩擦因數為,加在木板上的力f為多大時,才能將木板從木塊下抽出?

圖3分析:m和以摩擦力相聯絡,只有當二者發生相對滑動時,才有可能將m從下抽出,此時對應的臨界狀態是:m與m間的摩擦力必定是最大靜摩擦力,且m運動的加速度必定是二者共同運動時的最大加速度,故隔離受力較簡單的物體m,則有

就是系統在此臨界狀態的加速度,設此時作用於m的力為,再取m、m整體為研究物件,則有

即當時,必能將m抽出,故

3. 程式法分析動力學問題

按順序對題目給出的物體運動過程進行分析的方法簡稱「程式法」。「程式法」要求我們從讀題開始,注意題中能劃分多少個不同的過程或多少個不同的狀態,然後對各個過程進行分析。

例3:密度為的小木球,從離水面高處由靜止開始自由下落,然後落入一足夠深的水池中,如圖4所示,不計空氣和水的阻力,球在與水面撞擊時無機械能損失,求:

(1)小木球落入水池中能下沉多深?

(2)小球從落入水中到剛好浮出水面所需的時間?

圖4分析:本題分兩個過程:

過程①:小木球在水面以上做自由落體運動。

過程②:小木球進入水中以後由於浮力作用,小木球做勻減速運動。

(1)設小木球自由下落到水面時的速度為,根據自由落體運動的規律應有

①小木球落入水中時,木球受到重力和浮力兩個力的作用,設水密度為,對木球,應用牛頓第二定律,有 ②

式中v為木球體積,為進入水中木球的加速度。

由②式得

設木球在水中下沉的深度為h,有 ③

由①②③式可得

(2)木球從水面下沉到最大深度處的時間與由最大深度處上浮到水面所需的時間相等。

, 木球從水面下沉到重新浮出水面的時間為,則。

物體分離的兩個臨界條件及應用

在解答兩個相互接觸的物體分離的問題時,不少同學利用「物體速度相同」的條件進行分析得出錯誤的結論。此類問題應根據具體情況,利用「相互作用力為零」或「物體加速度相同」的臨界條件進行分析。下面結合例題講解,希望大家能認識其中的錯誤,掌握方法。

1. 利用「相互作用力為零」的臨界條件

例4:如圖5所示,木塊a、b的質量分別為、,緊挨著併排放在光滑的水平面上,a與b的接觸面垂直於圖中紙面且與水平面成角,a與b間的接觸面光滑。現施加乙個水平力f於a,使a、b一起向右運動,且a、b不發生相對運動,求f的最大值。

圖5分析:a、b一起向右做勻加速運動,f越大,加速度越大,水平面對a的彈力越小,a、b不發生相對運動的臨界條件是:,此時木塊a受到重力、b對a的彈力和水平力f三個力的作用。

根據牛頓第二定律有

由以上三式可得,f的最大值為

例5:如圖6所示,質量的小球用細繩拴在傾角的斜面上,,求:

(1)當斜面以的加速度向右運動時,繩子拉力的大小;

(2)當斜面以的加速度向右運動時,繩子拉力的大小。

圖6分析:當斜面對小球的彈力恰好為零時,小球向右運動的加速度為。

(1),小球仍在斜面上,根據牛頓第二定律,有

代入資料解之得

(2),小球離開斜面,設繩子與水平方向的夾角為,則

代入資料,解之得

例6:如圖7所示,乙個彈簧台秤的秤盤質量和彈簧質量都不計,盤內放一物體p處於靜止狀態。p的質量,彈簧的勁度係數。

現在給p施加乙個豎直向上的拉力f,使p從靜止開始向上做勻加速直線運動。已知在開始0.2s內f是變力,在0.

2s後f是恒力,,則f的最小值是 n,最大值是 n。

圖7分析:p向上做勻加速直線運動,受到的合力為恒力。0.2s之前,秤盤對物體的支援力逐漸減小;0.2s之後,物體離開秤盤。設p處於靜止狀態時,彈簧被壓縮的長度為,則

, 代入資料,解之得

根據牛頓第二定律,有

所以開始時,,f有最小值

脫離時,,f有最大值

例7:如圖8所示,兩細繩與水平的車頂面的夾角為和,物體的質量為。當小車以大小為的加速度向右勻加速運動時,繩1和繩2的張力大小分別為多少?

圖8分析:本題的關鍵在於繩1的張力不是總存在的,它的有無和大小與車運動的加速度大小有關。當車的加速度大到一定值時,物塊會「飄」起來而導致繩1鬆馳,沒有張力。

假設繩1的張力剛好為零時,有

所以因為車的加速度,所以物塊已「飄」起來,則繩1和繩2的張力大小分別為

, 2. 利用「加速度相同」的臨界條件

例8:如圖9所示,在勁度係數為的彈簧下端掛有質量為的物體,開始用托盤托住物體,使彈簧保持原長,然後托盤以加速度勻加速下降,求經過多長時間托盤與物體分離。

圖9分析:當托盤以勻加速下降時,托盤與物體具有相同的加速度,在下降過程中,物體所受的彈力逐漸增大,支援力逐漸減小,當托盤與物體分離時,支援力為零。設彈簧的伸長量為,以物體為研究物件,根據牛頓第二定律,有

所以再由運動學公式,有

即故托盤與物體分離所經歷的時間為

例9:如圖10所示,光滑水平面上放置緊靠在一起的a、b兩個物體,,,推力作用於a上,拉力作用於b上,、大小均隨時間而變化,其規律分別為,,問從開始,到a、b相互脫離為止,a、b的共同位移是多少?

圖10分析:先假設a、b間無彈力,則a受到的合外力為,b受到的合外力為。在時,,,此時a、b加速度分別為

則有,說明a、b間有擠壓,a、b間實際上存在彈力。

隨著t的增大,減小,增大,但只要,兩者總有擠壓。當對a獨自產生的加速度與對b獨自產生的加速度相等時,這種擠壓消失,a、b開始脫離,有

即解之得

a、b共同運動時,加速度大小為

a、 b的共同位移為

注:牛頓第二定律不僅適用於單個物體,同樣也適用於系統。下面總結如下:

若系統內各物體具有相同的加速度時,應先把這個系統當作乙個整體(即看成乙個質點),分析其受到的外力及運動情況,利用牛頓第二定律求出加速度。若求系統內各物體之間的作用力,應先把物體進行隔離。

動力學的兩類問題

二. 知識要點:

進一步學習分析物體的受力情況,能結合力的性質和運動狀態進行分析,掌握應用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法,學會綜合應用牛頓運動定律和運動學公式解決動力學的兩類問題。

對物體進行受力分析,應用牛頓運動定律和運動學知識來分析解決物體在幾個力作用下的運動問題是本次課重點。

1. 動力學的兩類基本問題

(1)根據物體的受力情況,確定物體的運動情況。

基本思路是:利用牛頓第二定律求出加速度,再利用運動學的有關公式求出速度,位移等。

(2)根據物體的運動情況,確定受力情況。

基本思路是:分析物體運動情況,運用運動學公式求出加速度,再由牛頓第二定律求出合力進而求出某個外力。

2. 複習應用牛頓運動定律解題的一般步驟。

1. 動力學的兩類基本問題

(1)根據物體的受力情況,確定物體的運動情況。基本思路是:利用牛頓第二定律求出物體的加速度a;再利用運動學的有關公式求出速度和位移等。

(2)根據物體的運動情況,確定物體的受力情況,其基本思路是:分析物體的運動情況,選用運動學公式求出物體的加速度;再由牛頓第二定律求出力。

(3)解題中加速度的橋梁作用見圖

(4)兩類問題的意義:已知物體受力情況,由牛頓定律確定其運動情況如航天飛行器,由發動機決定受力情況,從而確定運動情況。已知物體運動情況,確定受力情況,如觀測到天體執行規律,確定天體與周圍天體的作用情況,探索未知天體情況。

高一物理牛頓運動定律總結

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