测器的发动机推力恒定。发射升空后9s末,发动机因发生故障突然熄火。图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,若不考虑探测器总质量的变化。求:
(1)该行星表面附近的重力加速度大小; (2)发动机正常工作时的推力; (3)探测器落回星球表面时的速度。
思路点拨:给定
图象,可以从图象的斜率求得各段时间内的加速度,从而根据牛顿
第二定律可求得作用力。 解析: (1)由
图象可知9~45 s内行星探测器只在行星重力作用下运动。
即为行星表面的重力加速度。
故其运动的加速度a=4
(2)取探测器研究。在0~9s内, 由牛顿第二定律得 解得F= 2
N。
(3)由上升位移与下落位移相等得 解出:v=80 m/s。 总结升华:
图象和
图象不能描述曲线运动的规律。因为在图象和图
象中,v、x轴上的正、负只能描述同一直线上的两个方面,所以无法描述曲线运动。同时,对匀变速直线运动来说,其轨迹为直线,但其理运动学问题时,千万不要把迹。 举一反三
【变式】在倾角为的长斜面上有一带风帆的滑块从静止开始沿斜面下滑,滑块的质量为m,它与斜面间的动摩擦因数为
,帆受到的空气阻力与滑块下滑的速度的大小成正比,即图象或
图线却是曲线,因此,在利用图象法处图象中的直线或曲线误认为是物体运动的轨
。
(1)写出滑块下滑的加速度的表达式。 (2)写出滑块下滑的最大速度的表达式。 (3)若m=2㎏,
,g取10
,滑块从静止开始沿斜面下滑的速度图线如图所
和k的值。
示,图中直线是t=0时刻速度图线的切线,由此求出
思路点拨:对物体进行受力分析,应用牛顿第二定律并结合运动学知识和图象的意义进行求解。 解析:
(1)滑块在斜面上受到重力、支持力、摩擦力和空气阻力的作用做变加速直线运动, 根据牛顿第二定律,有:
①
(2)分析上式,当滑块速度v增大时,其加速度不断减小。
当a=0时、滑块速度最大,其最大值为 (3)从
图中可以看出,
=2 m/s,当t=0时,v=0,a=3
②
由①②可列方程
联立解得
。
3、如图所示,传送带与地面倾角=,从A到B长度为16 m,传送带以10 m/s
的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速度地放一个质量为0. 5 kg的物体,它与传送带
之间的动摩擦因数为0.5.求物体从A运动到B需时间是多少?(sin =0. 6,cos=0.
8)
思路点拨:物体的运动分为两个过程,一个过程在物体速度等于传送带速度之前,物体做匀加速直线运动;第二个过程是物体速度等于传送带速度以后的运动情况,其中速度相同点是一个转折点,此后的运动情况要看与所受的最大静摩擦力,若
,则继
续向下加速.若
,则将随传送带一起匀速运动,分析清楚了受力情况与运动情况,
再利用相应规律求解即可.本题中最大静摩擦力等于滑动摩擦力大小。
解析:物体放在传送带上后,开始的阶段,由于传送带的速度大于物体的速度,传送带给物体一沿传送带向下的滑动摩擦力f,物体受力情况如图所示。 物体由静止加速,由牛顿第二定律得
=10×(0. 6 +0.5×0. 8)
=10
物体加速至与传送带速度相等需要的时间s =1s
由于
,物体在重力作用下将继续加速运动,当物体速度大于传送带速度时,传
送带给物体一沿传送带向上的滑动摩擦力f。此时物体受力情况如图所示, 由牛顿第二定律得
,解得
=2
设后一阶段物体滑至底端所用的时间为,由
解得
1s ,
s(舍去)
所以物体由A到B的时间2 s。
总结升华:从本题中可以总结出,皮带传送物体所受摩擦力可能发生突变,不论是其大小的突变,还是其方向的突变,都发生在物体的速度.与传送带速度刚好相等的时刻。 近几年高考注重考查运用所学知识解决实际问题的能力,所以平时学习中要注意培养从科
技、生产、生活、体育活动等背景下抽象出物理模型的能力,适应新高考的要求。 (1)解答“运动和力”问题的关健是要分析清楚物体的受力情况和运动情况,弄清所给问题的物理情景.加速度是动力学公式和运动学公式之间联系的桥梁。
(2)审题时应注意由题给条件作必要的定性分析或半定量分析。譬如,由本题中给出的和值可作出判断:当静止一起匀速运动;当
时,物体在加速至与传送带速度相同后,将与传送带相对时,物体在获得与传送带相同的速度后仍继续加速。
(3)通过此题可进一步体会到,滑动摩擦力的方向并不总是阻碍物体的运动,而是阻碍物体间的相对运动。它可能是阻力,也可能是动力。 举一反三
【变式】如图所示,一水平传送带以2 m/s的速度做匀速直线运动,传送带上两端的距离为20 m,将一物体轻轻地放在传送带的一端,物体由一端运动到另一端所经历的时间为11 s,则物体与传送带之间的动摩擦因数是多少?(
)
解析:物体放到传送带上,刚开始一段时间物体相对传送带向后滑动,但相对地向前运动。选取地面为参考系,物体在传送带的滑动摩擦力作用下从静止开始做匀加速直线运动,其加速度为
。
当物体的速度达到传送带的速度2 m/s时,物体与传送带无相对运动及相对运动趋势,故两者相对静止,物体一直以2 m/s速度匀速运动到另一端.此时对地的位移是20 m。
物体开始做匀加速运动的时间为
匀加速直线运动的时间为
由运动学公式得
∴
,解得。
类型二——超重、失重现象及运动特征
1.超重、失重不是重力增加或减少了,而是重力用作其它用途,对水平支持面的压力或对竖直悬线的拉力变大或变小了,重力的大小是没有变化的,仍为Mg。 2.超重、失重与物体的速度无关,只取决于物体的加速度方向。
3.对系统超重、失重的判定不能只看某一物体,要综合分析,某一物体的加速运动会不会引起其它物体运动状态的变化。例如台秤上放一容器,一细线拴一木球,线另一端拴于盛水容器的底部,剪断细线,木球加速上升同时有相同体积的水以相同的加速度在加速下降,综合起来,台秤示数会减小。若不能注意到这一点,会得出相反的错误结论。
(4)在完全失重的状态下,由重力产生的一切物理现象都会消失。如单摆停摆、天平失效、浸没于液体中的物体不再受浮力、水银气压计失效等,但测力的仪器弹簧测力计是可以使用的,因为弹簧测力计是根据F=kx制成的,而不是根据重力制成的。
4、轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端悬挂一个小铁球,电梯中有质
量为50 kg的乘客,如图所示,在电梯运行时,乘客发现弹簧的伸长量是电梯静止时轻质弹簧的伸长量的一半,这一现象表明( A.电梯此时可能正以大小为1加速下降
B.电梯此时可能正以大小为1加速下降
C.电梯此时正以大小为5速下降
D.无论电梯此时是上升还是下降,也无论电梯是加速还是减速,乘客对电梯底板的压力大小一定是250N
的加速度加速上升,也可能是以大小为5
的加速度减
的加速度减速上升,也可能以大小为5
的加速度
)( )
的加速度减速上升,也可能以大小为1
的加速度