滬科版物理高一上3-D《牛頓運動定律的應用》試題解析(二)

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1、 2019 最新滬科版物理高一上 3-D《牛頓運動定律的應用》試題解析 (二) 一、動力學的兩類基本問題 本節(jié)的主要內(nèi)容是在對物體進行受力分析的基礎上 ,應用牛頓運動定律和運動學的知識來分析解決物體在幾個力作用下的運動問題。 1．根據(jù)物體的受力情況 (已知或分析得出 )確定物體的運動情況 (求任意時刻的速度、位移 等) 。其解題基本思路是：利用牛頓第二定律 F 合=ma 求出物體的加速度 a；再利用運動學 的有關公式（ vt v0 at , s v0 t 1 at 2 , vt2 v02 2

2、as 等）求出速度 vt 和位移 s 等。 2 2．根據(jù)物體的運動情況 (已知 )確定物體的受力情況。其解題基本思路是：分析清楚物體的運動情況 (性質(zhì)、已知條件等 ),選用運動學公式求出物體的加速度；再利用牛頓第二定律求 力。 3．無論哪類問題 ,正確理解題意、把握條件、分清過程是解題的前提 ,正確分析物體受力情況和運動情況是解題的關鍵 ,加速度始終是聯(lián)系運動和力的紐帶、橋梁?？僧嫹娇驁D如下： 物體受力情 加 物體運動狀 牛頓第二定律 速 運動學公式 況及其分析 度 態(tài)及其變化

3、 4．把動力學 問題分成上述兩類基本問題有其實際重要意義。已知物體受力情況根據(jù)牛頓運動定律就可確定運動情況 ,從而對物體的運動做出明確預見。如指揮宇宙飛船飛行的科技工作者可以根據(jù)飛船的受力情況確定飛船在任意時刻的速度和位置。而已知物體運動情況確定物體受力 情況則包含探索性的應用。如牛頓根據(jù)天文觀測積累的月球運動資料 ,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律就屬于這種探索。 二、應用牛頓運動定律解題的一般步驟 1、確定研究對象．可根據(jù)題意選某物體 ( 題設情景中有多個物體時尤顯必要 )或某一部分物體或幾個物體組成的系統(tǒng)為研究對象。所選研究對象應是受力或運動情況清楚便于解題的 物

4、體。 2、全面分析研究對象的受力情況 ,正確畫出受力示意圖?？梢园戳Φ男再|(zhì)——重力、彈 力、摩擦力、其他力的次序分析物體所受各個力的大小和方向；再根據(jù)力的合成知識求得 物體所受合力的大小和方向。也可以根據(jù)牛頓第二定律 F 合 =ma,在加速度 a 的大小方向已 知或可求時 ,確定合力 F 合 的大小和方向。畫示意圖時 ,可以用一方塊或一個點表示物體 ,各力 作用點畫在一個點 (如方塊中心 )上。各力方向一定要畫準 ,力線段的長短要能定性地看出力大小的不同。 3、全面分析研究對象的運動情況 ,畫出運動過程示意簡圖。特別注意：若所研究運動過程 的運動性質(zhì)、

5、受力情況并非恒定不變時 ,則要把整個運動過程分成幾個不同的運動階段詳細 分析。每個階段是一種性質(zhì)的運動。要弄清楚各運動階段之間的聯(lián)系 (如前一階段的末速度 就是后一階段的初速度等 )。 4、建立坐標系 ,一般情況下可選擇物體的初速度方向或加速度方向為正方向。 5、根據(jù)牛頓定律、運動學公式、題目給定的條件列方程；利用運動學公式或牛頓運動定律 進一步解出所求物理量。注意：在求解過程中 ,要選準公式、正確運算、簡潔、規(guī)范。要先求出所求物理量的文字表達式再代人數(shù)字進行計算。 6、審查結果是否合理或深入探討所得結果的物理意義、內(nèi)涵及外延等。

6、 1 / 5 034.07— 08 學年度第一次質(zhì)量檢測 15．（ 10 分）在消防演習中 ,消防 隊員從一根豎直的長直輕繩上由靜止滑下 ,經(jīng)一段時間落地．為了獲得演習中的一些數(shù)據(jù) ,以提高訓練質(zhì)量 ,研究人員在輕繩上端安裝一個力傳感器并與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接 ,用來記錄消防隊員下滑過程中輕繩受到的拉力與消防隊員重力的比值隨時間變化的情況．已知某隊員在一次 演習中的數(shù)據(jù)如圖所示 ,求該消防隊員在下滑過程中的最大速度和落地速度各是多少？ g 取 10m/s2． 解：該隊員先在 t1=1s 時間內(nèi)以 a1 勻加速下滑． 然后在 t2=1.5s 時間

7、內(nèi)以 a2 勻減速下滑． 第 1s 由牛頓第二定律得： mg－ F 1=ma1 （ 2 分） 所以 a1= g F1 =4m/s2 （ 1 分） m 最大速度 vm=a1 t1 代入數(shù)據(jù)解得： vm=4m/s （2 分） 后 1.5s 由牛頓第二定律得： F 2－ mg=ma2 （ 2 分） a2= F2 g =2m/s2 （ 1 分） m 隊員落地時的速度 v=vm－ a2t2 代入數(shù)據(jù)解得： v=1m/s （ 2 分）  F

8、 m g 1.2 0.6 t/s 0 1 2 3 035.廣東 2007 年第二次?？? 15．（ 10 分）放在水平地面上的物塊 ,受到方向不變的水平推 力 F 的作用 ,力 F 的大小與時間 t 的關系和物塊的速度 v 與時間 t 的關系如圖所示 ,取重力加 2 速度 g = 10 m/s ,求物塊的質(zhì)量 m 及物塊與地面間的動摩 F/N -1 擦因數(shù) μ。 6 v/m?s 6 解：

9、 0 ~ 3 s 內(nèi),力 F 未推動物塊。 4 3 ~ 6 s 內(nèi) ,F2－ μmg= ma ?????（ 2 分） 2 3 F2=6N ????????????????（ 1 分） t/s t/s 0 0 － 369 3 6 9 由 v t 圖知 ,3 ~ 6 s 的加速度 a 6 0 2m/s 2 ???????（ 2 分） 6 3

10、 6 ~ 9 s 內(nèi) ,F3－μmg= 0 ??????????????（ 2 分） F3=4N ??????????????????????? 1 分） 037.2008 屆高三第一次調(diào)研考試 13．（ 10 分）一輛汽車在恒定牽引力作用下由靜止開始沿直線運動 ,4s 內(nèi)通過 8m 的距離 ,此后關閉發(fā)動機 ,汽車又運動了 2s 停止 ,已知汽車的質(zhì)量 3 ,求： m=210 kg,汽車運動過程中所受阻力大小不變 （1）關閉發(fā)動機時汽車的速度大小； （2）汽車運動過程中所受到的阻力大??； （3）汽車

11、牽引力的大小． 解：（ 1）汽車開始做勻加速度運動 v0 0 s0 t （ 1 分） 2 解得v0 2S0 4m / s （ 2 分） t1 （2）汽車滑行減速過程加速度為 a2 2 / 5 a2 0 v0 2m / 2s （1 分） t 2 f＝ 4103N 由牛頓第二定律 － f＝ma2 （ 1 分） 解得 （ 1 分） （3）開始汽車加速

12、過程中加速度 a1 S0 1 a1t 12 （ 1 分） F－ f＝ ma1 2 由牛頓第二定律 （ 1 分） 解得 F＝ f＋ ma1 ＝6103N （ 1 分） 046.2008 屆第一次模擬考試 15．（本題 10 分）如圖（ a）所示 ,質(zhì)量為 M = 10kg 的滑塊放 在水平地面上 ,滑塊上固定一個輕細桿 ABC,∠ ABC = 45 ．在 A 端固定一個質(zhì)量為 m = 2kg 的小球 ,滑塊與地面間的動摩擦因數(shù)為 = 0.5．現(xiàn)對滑塊施加一個水

13、平向右的推力 F 1 = 84N, 使滑塊做勻加速運動．求此時輕桿對小球作用力 F2 的大小和方向．（取 g＝ 10m/s2） 有位同學是這樣解的—— 小球受到重力及桿的作用力 F2,因為是輕桿 ,所以 F2 方向沿桿向上 ,受力情況如圖（ b）所 示．根據(jù)所畫的平行四邊形 ,可以求得： F 22 mg 2 2 10N 20 2 N ． 你認為上述解法是否正確？如果不正確 ,請說明理由 ,并給出正確的解答． 答：結果不正確．????????（2

14、 分） 桿 AB 對球的作用力方向不一定沿著桿的方向 ,它可能會是右向上的方 向．大小和方向具體由加速度 a 的大 小來決定．并隨著加速度 a 的變化而 變化．??????（ 2 分） 由牛頓第二定律 ,對整體有 F－ μ(M+m)g＝（ M＋ m） a ????（  B A F 1 C 圖 2 分）  F 2 45 F=ma G=mg 圖 解得 a F ( M m ) g 84 0.5 ( 10 2 ) 10 2 2 2

15、M m 10 2 m/s =2m/s ??? （ 1 分） F2 ( mg )2 ( ma ) 2 ( 2 10 )2 ( 2 2 ) 2 N 4 26 N ＝20.4N ???（ 1 分） 輕桿對小球的作用力 F 2 與水平方向夾角 arctan mg arctan 5 ,斜向右上．（ 2 分） ma 063.南匯區(qū) 2008 年第二次模擬考試 20A ．（ 10 分）在地面上以一定的初速度將球豎直向上

16、 拋出 ,在上升過程中球的速度圖像如圖所示 ,已知球的質(zhì)量 m＝0.8kg, 設空氣阻力大小不變 ,取 2 g＝ 10m/s 。求： -1 （1）空氣阻力的大小 v/m s 18 （2）球從最高點落回地面所需的時間 解：（ 1）小球在上升過程中： 12 0 18 m/s2 12m/s

17、2 （ 1 分） a1 v1t （ 1 分） 6 v10 t1 1.5 O 根據(jù)牛頓第二定律 ,有 －（ mg＋ f）＝ ma1 （ 2 分） 0.51.0 1.5 t/s 解得 f＝ 1.6N （1 分） 3 / 5 （2）由圖象可知 ,小球上升的高度 h＝ 1/2 18 1.5m＝ 13.5m（ 1 分） 小球下落過程中的加速度 a2

18、 mg f 0.8 10 1.6 m/s2 8m/s2 （ 2 分） m 0.8 由 s 1 at 2 （ 1 分） 得 t 2 2h 1.84s （ 1 分） a2 2 066.2008 年高考模擬考試 17．（ 15 分）固定光滑斜面與地面成一定傾角 ,一物體在平行斜 面向上的拉力作用下向上 v -1 運動

19、 ,拉力 F 和物體速度 F/ N v/m?s 隨時間的變化規(guī)律如圖所 F 5.5 1.0 示,取重力加速度 A 5.0 g =10m/s 2．求物體的質(zhì)量 t/s t/s 及斜面與地面間的夾角 ． 0 2 4 6 0 2 4 6 解：由圖可得 ,0～ 2 s內(nèi)物

20、 體的加速度為 a v 0.5 m / s2 ①（ 4 分） t 由牛頓第二定律可得： F mg sin ma 2s 后有： Fmg sin 聯(lián)立①②③ ,并將 F 5.5 N , F 5N  ②（ 4 分） ③（ 3 分） 代入解得： m 1.0kg 30 （ 4 分） 067.重點中學 07～ 08 學年度第三次質(zhì)檢 13 . (10 分 )從 2007 年 1 月 1 日起 ,全面禁止摩托車

21、 上路 ,摩托車行駛的安全性較差是 “禁摩 ”的原因之一．若摩托車行駛中不慎發(fā)生事故 ,駕駛員 以 36km／ h 的速度正面撞上水泥電桿 ,碰撞時間為△ t=0.05s,設碰撞后駕駛員變?yōu)殪o止．求： (1) 碰撞過程中駕駛員的平均加速度 a 平的大?。? (2) 若駕駛員的質(zhì)量為 m=70kg, 試估算碰撞時駕駛員所受的撞擊力大?。? 解： (1) v=10m ／ s (2 分 ) 平均加速度 a平 v (2 分 ) t 代入數(shù)據(jù)得 a平 2.0 10 2 m/s 2 (2 分 )

22、 (2) F ma平 (2 分 ) 代入數(shù)據(jù)得 F ＝ 1.4 104 N (2 分 ) gk011.2008 年高考物理海南卷 15、科研人員乘氣球進行科學考察．氣球、座艙、壓艙物和 科研人員的總質(zhì)量為 990 kg ．氣球在空中停留一段時間后 ,發(fā)現(xiàn)氣球漏氣而下降 ,及時堵 ?。伦r氣球下降速度為 1 m/s,且做勻加速運動 ,4 s 內(nèi)下降了 12 m．為使氣球安全著陸 , 向艙外緩慢拋出一定的壓艙物．此后發(fā)現(xiàn)氣球做勻減速運動 ,下降速度在 5 分鐘內(nèi)減少 3 m/s．若空氣

23、阻力和泄漏氣體的質(zhì)量均可忽略 ,重力加速度 g＝ 9.89 m/s2,求拋掉的壓艙物的質(zhì)量． 解：由牛頓第二定律得： mg f ma h v0t 1 at 2 2 4 / 5 拋掉質(zhì)量為 m′的壓艙物后減速下降 ,有： f ( m m ) g ( m m )a v a t 解得： m m a a m a v / t 101 kg g a g v / t 5 / 5