高一物理必修1期末复习知识概况及典型例题(4)

2019-04-14 17:12

解析:根据牛顿第三定律F和T是一对作用力与反作用力,它们总是大小相等,方向相反,与物体运动状态无关。故AD正确。

例36. 在天花板上用竖直悬绳吊一重为G的小球,小球受几个力?这些力的反作用力是哪些力?这些力的平衡力是哪些力?

解析:找一个力的反作用力,就看这个力的施力物体是哪个物体,反作用力一定作用在这个物体上。

对小球的受力分析如图所示,小球受两个力:重力G、悬挂拉力F,根据牛顿第三定律可知,重力的施力物体是地球,那么G的反作用力就是物体对地球的吸引力;F的施力物体是悬绳,F的反作用力是小球对悬绳的拉力。

小球受到的重力G和悬绳的拉力F正好是一对平衡力。 答案:见解析

说明:平衡力是作用在一个物体上的力,作用力和反作用力是分别作用在两个物体上的力。平衡力可以是不同性质的力,而作用力和反作用力一定是同一性质的力。

例37. 如图所示,甲船及人总质量为m1,乙船及人的总质量为m2,已知m1=2m2,甲、乙两船上的人各拉着水平轻绳的一端对绳施力,设甲船上的人施力为F1,乙船上的人施力为F2。甲、乙两船原来都静止在水面上,不考虑水对船的阻力,甲船产生的加速度大小为a1,乙船产生的加速度大小为a2,则F1:F2= ,a1:a2= 。

解析:以绳为研究对象,它受甲船上的人所施的力F1和受乙船上的人所施的力F2。由于绳的质量为零(轻绳),故由牛顿第三定律得F1=F2,由于绳对甲船上的人所施的力F1’与F1,绳对乙船上的人所施的力F2’与F2分别为作用力与反作用力。故由牛顿第三定律可解本题。

有牛顿第三定律可知力的大小应满足关系式F1’=F1,F2’=F2所以F1’=F2/ 分别对甲、乙船应用牛顿第二定律得

由于m1=2m2 所以a1:a2=1:2,故F1:F2= 1:1 a1:a2=1:2

例38. 光滑水平面上A、B两物体mA=2kg、mB=3kg,在水平外力F=20N作用下向右加速运动。求

(1)A、B两物体的加速度多大? (2)A对B的作用力多大?

解:设两物体加速度大小为a,A对B作用力为F1,由牛顿第三定律得B对A的作用力F2=F1。

对A受力如图

a1?F1'm1a2?F2'm2

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由牛顿第二定律F合A=mAa 得: F-F2=mAa 20-F2=2a ① 对B受力如图

由牛顿第二定律F合B=mBa 得: F1=mBa F1=3a ②

由①、②联立得:a=4m/s2 F1=12N

F=20N 而F1=12N ,所以不能说力F通过物体A传递给物体B。分析:(1) (2)①+②得 F=(mA+mB)a

即:因为A、B具有相同加速度,所以可把A、B看作一个整体应用牛顿第二定律

思考:本题应怎样解更简单?

对AB整体受力如图

竖直方向平衡,故FN=(mA+mB)g 由牛顿第二定律F合=(mA+mB)a得:

F20??4m/s2 a=mA?mB3?2

对B受力如图

由牛顿第二定律F合B=mBa 得:F1= mBa=3?4=12N

例39. 如图所示,质量为m的物块放在倾角为?的斜面上,斜面体的质量为M,斜面与物块无摩擦,地面光滑,现对斜面施一个水平推力F,要使物块相对斜面静止,力F应多大?

解析:两物体无相对滑动,说明两物体加速度相同,方向水平。对于物块m,受两个力作用,其合力水平向左。先选取物块m为研究对象,求出它的加速度,它的加速度就是整

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体加速度,再根据F=(M+m)a求出推力F,步骤如下:

先选择物块为研究对象,受两个力,重力mg、支持力FN,且两力合力方向水平,如图所示,由图可得:

mgtan??ma,a?g?tan?

再选整体为研究对象,根据牛顿第二定律F?(M?m)a?(M?m)gtan?。

n 答案:(M?m)gta? 说明:(1)本题的解题过程是先部分后整体,但分析思路却是先整体后部分。要求F,先选整体受力情况最简单但加速度不知,而题意却告诉m与M相对静止,实际上是告知了m的运动状态,这正是解决问题的突破口。

(2)解题的关键是抓住加速度的方向与合外力的方向一致,从而界定了m的合外力方向。

(3)试分析F>(M?m)gtan?或F<(M?m)gtan?时物块相对斜面体将怎样运动?

例40. 一物体在2N的外力作用下,产生10cm/s2的加速度,求该物体的质量。下面有几种不同的求法,其中单位运用正确、简洁而又规范的是:

A.

m?Fa?2kg?0.2kg10

2Nkg?ms2m?Fa??20?20kg220.1msmsB. 2m?Fa?kg?20kg0.1C. 2m?Fa??20kg0.1D.

解析:本题考查了单位制的应用。在进行数量运算的同时,也要把单位带进运算。带单

位运算时,每一个数据均要带上单位,且单位换算要准确。也可以把题中的已知量的单位都用国际单位表示,计算的结果就用国际单位表示,这样在统一已知量的单位后,就不必一一写出各个量的单位,只在数字后面写出正确单位即可。在备选的四个选项中A、D项均错,B项解题时过程正确,但不简洁,只有C项运算正确,且简洁而又规范。

答案:C

例41. 一个人站在体重计的测盘上,在人下蹲的过程中,指针示数变化应是 A. 先减小,后还原B. 先增加,后还原 C. 始终不变 D. 先减小,后增加,再还原

解析:人蹲下的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程。 在加速向下时,人获得向下的加速度a,由牛顿第二定律得: mg—FN=ma

FN=m(g—a)

由此可知弹力FN将小于重力mg,在向下减速时,人获得向上的加速度a,由牛顿第二定律得:

FN—mg=ma

FN=m(g+a)>mg

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弹力FN将大于mg, 当人静止时,FN=mg 答案:D

说明 在许多现实生活中,只要留心观察,就会看到超重或失重现象。例如竖直上抛的物体,无论是上升过程还是下降过程,都会出现失重现象。我国用新型运载火箭发射的“神舟号”宇宙飞船,无论是发射过程还是回收过程,都会出现超、失重现象。

例42. 如图所示,一质量为m的小球在水平细线和与竖直方向成?角的弹簧作用下处于静止状态,试分析剪断细线的瞬间,小球加速度的大小和方向。

解析:取小球研究,其平衡时的受力示意图所示,细线拉力大小为:

F'?mgtan?

弹簧拉力大小:F?mgcos?

若剪断细线,则拉力F’突变为零。但弹簧的伸长量不突变,故弹簧的弹力不突变,此时小球只受两个力的作用。在竖直方向上,弹簧拉力的竖直分量仍等于重力,故竖直方向上仍受力平衡;在水平方向上,弹簧弹力的水平分量:

力Fx提供加速度,故剪断细线瞬间,小球的加速度大小为:

Fx?Fsin??mgsin?cos??mgtan?

Fx?gtan?m

a?加速度的方向为水平向右。

答案:a?gtan?,方向水平向右。

说明 若物体受多个力的作用而保持平衡,当去掉一个力的瞬间,在剩余的力不突变的前提下,剩余力的合力大小就等于去掉的那个力的大小,方向与去掉的那个力的方向相反,利用此结论可以很方便地解决类似问题。

拓展应用 若将弹簧也换成细线,在剪断水平细线的瞬间,小球的加速度大小和方向又会怎样?

当水平细线剪断时,连结小球的另一细线的弹力会发生突变。小球受到的合外力与绳垂直,如图所示,合外力F合?mgsin?,则小球的加速度a?gsin?

例43. 如图 (a)所示,电梯与水平面夹角为30°,当电梯加速向上运动时,人对梯面的压力是其重力的6/5,则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍?

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解析:对人进行受力分析,重力mg,支持力FN,摩擦力F?(摩擦力方向一定与接触面平行,由加速度的方向推知F?水平向右 建立直角坐标系:取水平向右(即F?的方向)为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向,此时只需分解加速度,其中ax=acos30°,ay=asin30°(如图 (b)) 根据牛顿第二定律有

x方向:F?=max=macos30° ① y方向:FN-mg=may=masin30° ②

6 又FN=5mg ③

3 联立①②③得:F?=5mg。

例45、一物体质量为10Kg,在40N的水平向右的拉力作用下沿水平桌面由静止开始运动,物体与桌面间的动摩擦因数为0.20,物体受几个力的作用?画出物体的受力图。物体做什么性质的运动?加速度多大?方向如何? (g=10m/s2)

如果在物体运动后的第5s末把水平拉力撤去, 物体受几个力的作用?画出物体的受力图,物体又做什么性质运动?加速度多大?方向如何?计算物体从开始运动到停止一共走了多远? (g=10m/s2)

解析:对物体受力分析如图

竖直方向物体处于平衡状态,FN=G 所以F?=?FN=0.2?100=20N 水平方向 F-F?=ma

所以a=(F-F?)/m=(40-20)/10=2m/s2方向:水平向右 故物体以2m/s2的加速度由静止开始向右做匀加速直线运动。 撤去F后物体受力分析如图

此时F?=ma1

a1=F?/m=20/10=2m/s2方向:水平向左

物体又以第5s末的速度,以2m/s2的加速度 向右做匀减速直线运动,直至停止。

设水平向右为正,则a=2m/s2 a1=-2m/s2

121at?2?52?25m物体前5s的位移X1=2=2

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