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用力学观点解题的基本方法

   一.解题思路

解力学题的三条途径是:1.动力学观点:包括牛顿定律和运动定律;  2.动量观点:包括动量定理和动量守恒定律m1v1+m2v2=m1v1/+m2v2/;  3.动能观点:包括动能定理W和能量守恒定律E=E

在解题时,应认真审清题意,选用恰定的规律来解题,一般地①.对单个物体的讨论,宜用两大定理,涉及时间(或研究力的瞬时作用)优先考虑动量定理,涉及位移优先考虑动能定理;②.对多个物体组成的系统讨论,则优先考虑二大守恒定律;③.涉及加速度的力学问题必定用牛顿第二定律,必要时再用运动学公式.

不管用什么观点解题,都要按步骤进行①正确确定研究对象(特别是对多个物体组成的系统),要明确研究对象是某一隔离体还是整体组成的系统);②.正确分析物体的受力情况和运动情况,画出力的示意图,必要时还应画出运动的位置图.③根据上述情况确定选用什么规律,并列方程求解.④.最后分析总结,看结果是否合理,如选用能量守恒定律,则要分清有多少种形式的能在转化;如用动量定理和动量守恒定律,则应注意矢量性,解题时先选取正方向.

二.举例分析

例一.一平板车,质量M=100千克,停在水平路面上,车身的平板离地面的高度h=1.25米,一质量m=50千克的小物块置于车的平板上,它到车尾端的距离b=1.00米,与车板间的滑动摩擦系数μ=0.20,如图所示。今对平板车施一水平方向的恒力,使车向前行驶,结果物块从车板上滑落。物块刚离开车板的时刻,车向前行驶的距离s0=2.0米。求物块落地时,落地点到车尾的水平距离s。不计路面与平板车间以及轮轴之间的摩擦。取g=10米/秒2

解法一:

  设作用于平板车的水平恒力为F,物块与车板间的摩擦力为f,自车启动至物块开始离开车板经历的时间为t,物块开始离开车板时的速度为v,车的速度为V,则有

      (F-f)s0=MV2/2        ①

     f(s0-b)=mv2/2        ② 

     (F-f)t=MV          ③

      ft=mv            ④

      f=μmg           ⑤

 由①、②得   ⑥

 由③、④式得 (F-f)/f=(MV)/(mv)   ⑦

 由②、⑤式得=2m/s

 由⑥、⑦式得 V=s0/(s0-b)v=[2/(2-1)]×2=4米/秒

 由①式得

物块离开车板后作平抛运动,其水平速度v,设经历的时间为t,所经过的水平距离为s,则有               s=vt            ⑧

               h =(1/2)gt12         ⑨

 由⑨式得     s=2×0.5=1米

物块离开平板车后,若车的加速度为a则a=F/M=500/100=5米/秒2

车运动的距离

   于s=s-s=2.6-1=1.6米

解法二:

  设作用于平板车的水平恒力为F,物块与车板间的摩擦力为f,自车启动至物块离开车板经历的时间为t,在这过程中,车的加速度为a,物块的加速度为a。则有

             F-f=Ma           ①

              f=ma           ②

              f=μmg           ③

 以及         s0=(1/2)at2        ④

            s0-b=(1/2)at2       ⑤

 由②、③两式得

           a=μg=0.2×10=2米/秒2

 由④、⑤两式得

 由①、③两式得

      F=μmg+Ma=0.2×50×10+100×4=500牛顿

 物块开始离开车板时刻,物块和车的速度分别为v和V,则

      

       

   物块离车板后作平抛运动,其水平速度为v,所经历的时间为t,走过的水平距离为s,则有            s=vt              ⑥

           h=(1/2)gt2            ⑦

 解之得:     

     s=vt=2×0.5=1米

在这段时间内车的加速度

        a=F/M=500/100=5米/秒2

车运动的距离

     s=s2-s1=2.6-1=1.6米

例2.质量M=4kg、长L=3m的木板,在F=8N的水平恒力作用下,正以v0=2m/s的速度在水平地面上向右匀速运动,某时刻将质量=1kg的小铁块对地静止地放在木板右端(如图),不计铁块与木板的摩擦.求经多长时间铁块落地?

  分析与解:(一)用牛顿第二定律求解

   (二)用动量定理及动能定理求解

 说明:应用三条定律解题时,都应以地为参照物列方程

例3.如图.一摆长为L的单摆,摆球质量为m,要使摆球能在竖直

平面内做完整的圆周运动,那么摆球在最低点的速度v0至少为多少?

   拓展:1。如果把原题中的绳去掉而改为与轨道相同的一个圆环,使小球沿环内侧做圆周运动。(最高点最小速度为

2.如在原题基础上使小球带正电荷,空间加竖直向下的匀强电场E。

3.如果把原题中的绳换为细杆。(最高点最小速度可为零)

4.如果把原题中细绳去掉,而在竖直面内置一圆管,圆管的中心半径为L;或者在竖直面内置一穿有小球的光滑环。(情况同3)

    例3.某一物体在地面用弹簧秤称得重160N,把该物体放在航天器中若航天器以加速度(为地球表面的重力加速度)沿垂直地面上升,这时再用同一弹簧称得物体的视重为90N,忽略地球自转的影响,已知地球半径为R,求此航天器距地面的高度。

                  对应训练

1.小物体位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上,如图,从地面上看,在小物体沿斜面下滑的过程中,斜面对小物体的作用力为(     )

A.垂直于接触面,做功为零   B.垂直于接触面,做功不为零 

C.不垂直于接触面,做功为零  D.不垂直于接触面,做功不为零

2.一个带正电的质点,电量=2.010-9C,在静电场中由a点移到b

点,在这过程中,除电场力外,其它力做功为6.010-5J,质点的动能增加了8.010-5J,则a、b两点间电势差Ua-UB为(     )

A.3104V    B.1104V    C.4104V      D.7104V

  3.某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用,绕地球运转的轨道会慢慢改变。每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动,某次测量卫星的轨道半径为r1,后来变为r2,r1>r2以Ek1、Ek2表示恒星在这两个轨道上的动能,T1、T2 表示卫星在这两个轨道上绕地运动的周期,则 (      )                     (2000全国高考)

A.Ek2<Ek1、T<T      B.Ek2<Ek1、T>T

C.Ek2>Ek1、T<T      D.Ek2>Ek1、T>T

  4.地球同步卫星到地心的距离r可由求出,已知式中a的单位是m,b的单位是S,c的单位是m/s2,则(    )                (99全国高考)

A.a是地球半径,b是地球自转的周期,c是地球表面处的重力加速度

B.a是地球半径,b是同步卫星绕地心运动的周期,c是同步卫星的加速度

C.a是赤道周长,b是地球自转周期,c是同步卫星的车速度

D.a是地球半径,b是同步卫星绕地心运动的周期,c是地球表面处的重力加速度

  5.图中两单摆摆长相同,平衡时两摆球刚好接触。现将摆球A在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放,碰撞后,两摆球分开各自做简谐运动,以ma、mb分别表示摆球A、B的质量,则(     )    (98全国高考)

(A)如果ma>mb,下一次碰撞将发生在平衡位置右侧

 (B)如果ma<mb,下一次碰撞将发生在平衡位置左侧

 (C)无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧

 (D)无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧

6.如图所示,木块A放在木板B上的左端,用恒力F将A拉至B的右端,在此过程中,第一次将B固定在水平地面上,F做功为W1,产生的热量为Q2;第二次让B在光滑的水平地面上可自由滑动,这次F做的功为W2,  产生的热量为Q2,则(    )

A.W1=W2,Q1=Q2   B.W1=W2,Q1<Q2  C.W1<W2,Q1=Q2  D.W1<W2,Q1<Q2 

7.质量为m,带电量为+q的小球用一绝缘细线悬于O点,开始时它在A、B

间来回摆动,OA、OB与竖直方向OC的夹角均为(如图),(1)如果它摆动到B

点时突然施加一竖直向上的,大小为E=mg/q的匀强电场,则此时线中拉力T1=­­­­­­­­­­

________;(2)如果这一电场是在小球从A点摆到最低点C时突然加上的,则当小

球运动到B点时线中的拉力T2=_______________(98全国高考)

8.总质量为M的热气球由于故障在高空以速度v匀速下降,为阻止继续下降在t=0时刻,从热气球中释放了一个质量m为的沙袋,不计空气阻力,当t=___________时热气球停止下降,这时沙袋的速度为______________。(此时沙袋尚未着地)

9.A、B两物体用轻弹簧连结,放在光滑水平面上,以力F推B使弹簧压缩并把物体A挤靠在竖直墙壁上(如图所示),现将力F突然撤去,试分析撤去F后,A、B两物体组成的系统动量是否守恒。

   10.一列火车质量为M,由静止出发后以恒定功率行驶,已知经时间t,行驶路程为S时列车达到最大速度v0,设列车所受阻力恒定,试求:

(1)机车牵引力的功率;     (2)当列车速度为v时的瞬时加速度。

11.如图所示,带有光滑圆弧槽的滑块,质量为M,弧槽半径为R,滑块放在光滑水平面上,弧槽最低点切线水平,  现将一质量为m的小球处弧槽最高点A处由静止释放。

(1)求小球运动到弧槽最低点B处时对弧槽的压力。

    说明:牛顿第二定律、动量守恒、机械能定恒此三条定律应用时应注意:(一)牛顿定律瞬时性,只能用于某一时刻或某一位置计算物体瞬时加速度,除非物体受恒力作用,其余一概不能用牛顿第二定律来求解过程问题。

  (二)动量及动能定理的功能是解决过程的问题它不关心过程的细节,即过程中各时刻的状态,而只考虑过程的始末状态,只要知道物体的初、末态,并判断是否满足条件,即可求解。

(2)试求小球沿弧槽运动的过程中弧槽对小球做功和小球对滑块做的功。

   总结:怎样恰当地选择合适的定律来实施解题:

  (一)通过对研究对象进行受力分析观察物体是否受变力作用,同时还要对物体的运动状态过程分析,了解性质并确定物体的始末状态;

(二)如物体受变力作用,题意欲求物体某一状态加速度的,则可以该时刻以地为参照物列牛顿第二定律,若求变力做功,应用动能定理。(但WF=?P),若系统某一方向合外力为零,则动量守恒,列式求解

(三)如物体受恒力作用,可用“就近原则”从此中任选一条规律,但如题意涉及加速度则用牛顿定律;位移则用动能定理列式求解。

  12.平板小车在光滑水平面上,车的质量为M,车板长为L,在车的左端放一可视为质点的铁块,铁块的质量为m,现在对铁块施一水平向右的恒力F(如图),拉动铁块使之相对于车板滑动。已知铁块与车板间的摩擦因数为,求把铁块从车板上拉下要用多长时间?

关键字:用力学观点解题,基本方法
发表日期:2006-10-3 14:03:03

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