创新课堂2019高一物理竞赛专题系列专题3 动力学

发布 2022-07-03 08:54:28 阅读 4884

动力学。

一、复习基础知识点。

一、 考点内容。

1.牛顿第一定律,惯性。2.牛顿第二定律,质量。

3.牛顿第三定律,牛顿运动定律的应用。4.超重和失重。

二、 知识结构。

三、复习思路。

牛顿运动定律是力学的核心,也是研究电磁学的重要**。在新高考中,涉及本单元的题目每年必出,考查重点为牛顿第二定律,而牛顿第一定律、第三定律在第二定律的应用中得到完美体现。在复习中,应注重对概念的全方位理解、对规律建立过程的分析,通过适当定量计算,掌握利用牛顿运动定律解题的技巧规律,强化联系实际和跨学科综合题目的训练,培养提取物理模型,迁移物理规律的解题能力。

基础习题回顾。

1.一个人站在医用体重计的测盘上,在人下蹲的全过程中,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。

2.如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,a、b、c、d位于同一圆周上,a点为圆周的最高点,d点为最低点。每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a、b、c处释放(初速度为零),用t1、t2、t3依次表示滑环到达d所用的时间,则:

a、t1 < t2 < t3 b、t1 > t2 > t3c、t3 > t1 > t2 d、t1 = t2 = t3

3.有一箱装得很满的土豆(如图),以一定的初速度在动摩擦因数为的水平面上向左做匀减速运动(不计其它外力和空气阻力),其中有一质量为m的土豆,则其它土豆对它的总作用力大小是:

ab、 c、 d、

4.在一次火灾事故中,因情况特殊别无选择,某人只能利用一根绳子从高处逃生,他估计这根绳子所能承受的最大拉力小于他的重量,于是,他将绳子的一端固定,然后沿着这根绳子从高处竖直下滑。为了使他更加安全落地,避免绳断人伤,此人应该:

a.尽量以最大的速度匀速下滑 b.尽量以最大的加速度加速下滑。

c.小心翼翼地、慢慢地下滑d.最好是能够减速下滑。

5.在滑冰场上,甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上,原来静止不动,在相互猛推一下后分别向相反方向运动。假定两板与冰面间的摩擦因数相同。已知甲在冰上滑行的距离比乙远,这是由于:

a、在推的过程中,甲推乙的力小于乙推甲的力。

b、在推的过程中,甲推乙的时间小于乙推甲的时间。

c、在刚分开时,甲的初速度大于乙的初速度。

d、在分开后,甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小。

6.如图所示,一物块位于光滑水平桌面上,用一大小为f、方向如图所示的力去推它,使它以加速度a右运动。若保持力的方向不变而增大力的大小,则:

a、a变大 b、不变

c、a变小 d、因为物块质量未知,故不能确定a变化的趋势。

7.吊在降落伞下的“神舟”五号载人飞船返回舱下落速度仍达14m/s,为实现软着陆,在返回舱离地面约为1.5m时开动5个反推力小火箭,若返回舱重3吨,则每支火箭的平均推力为牛。(保留两位有效数字)

8.煤矿安全问题至关重要。某煤矿通过铁轨车送工人到地下工作。假设铁轨是一条倾斜向下的直线铁轨,长1公里。

铁轨车在该铁轨上从地下到安全出口的最快速度为2m/s,加速和减速时铁轨车的最大合外力都为车重(包括人)的0.05倍,则工人安全脱离的最少时间需要s。

设铁轨车从静止开始加速,到达安全出口时速度刚好为0,g取10m/s2)。

9.一辆小汽车在平直的高速公路上以v0=108km/h的速度匀速行驶,突然驾驶员发现正前方s=110m处有一辆因故障停在路上维修的货车,于是急刹车.已知驾驶员的反应时间(从发现危险到踩下刹车踏板的时间)为0.6 s.设刹车过程中车轮停止转动,汽车作匀减速运动.求车轮与地面间的动摩擦因数μ至少要有多大才不会发生碰撞事故.

二、初赛知识要点分析。

一、牛顿运动定律。

1)牛顿第一定律:在牛顿运动定律中,第一定律有它独立的地位。它揭示了这样一条规律:

运动是物体的固有属性,力是改变物体运动状态的原因,认为“牛顿第一定律是牛顿第二定律在加速度为零时的特殊情况”的说法是错误的,它掩饰了牛顿第一定律的独立地位。

物体保持原有运动状态(即保持静止或匀速直线运动状态)的性质叫做惯性。因此,牛顿第一定律又称为惯性定律。但二者不是一回事。

牛顿第一定律谈的是物体在某种特定条件下(不受任何外力时)将做什么运动,是一种理想情况,而惯性谈的是物体的一种固有属性。一切物体都有惯性,处于一切运动状态下的物体都有惯性,物体不受外力时,惯性的表现是它保持静止状态或匀速直线运动状态。物体所受合外力不为零时,它的运动状态就会发生改变,即速度的大小、方向发生改变。

此时,惯性的表现是物体运动状态难以改变,无论在什么条件下,都可以说,物体惯性的表现是物体的速度改变需要时间。

质量是物体惯性大小的量度。

2)牛顿第二定律物体的加速度跟所受的合外力成正比,跟物体的质量成反比。加速度的方向跟合外力方向相同,这就是牛顿第二定律。它的数学表达式为。

牛顿第二定律反映了加速度跟合外力、质量的定量关系,从这个意义上来说,牛顿第二定律的表达式写成更为准确。不能将公式理解为:物体所受合外力跟加速度成正比,与物体质量成正比,而公式的物理意义是:

对于同一物体,加速度与合外力成正比,其比值保持为某一特定值,这比值反映了该物体保持原有运动状态的能力。

力与加速度相连系而不是同速度相连系。从公式可以看出,物体在某一时刻的即时速度,同初速度、外力和外力的作用时间都有关。物体的速度方向不一定同所受合外力方向一致,只有速度的变化量(矢量差)的方向才同合外力方向一致。

牛顿第二定律反映了外力的瞬时作用效果。物体所受合外力一旦发生变化,加速度立即发生相应的变化。例如,物体因受摩擦力而做匀变速运动时,摩擦力一旦消失,加速度立即消失。

刹车过程中的汽车当速度减小到零以后,不再具有加速度,它绝不会从速度为零的位置自行后退。

3)牛顿第三定律:作用力与反作用力具有六个特点:等值、反向、共线、同时、同性质、作用点不共物。

要善于将一对平衡力与一对作用力和反作用力相区别。平衡力性质不一定相同,且作用点一定在同一物体上。

二、力和运动的关系。

物体所受合外力为零时,物体处于静止或匀速直线运动状态。物体所受合外力不为零时,产生加速度,物体做变速运动。若合外力恒定,则加速度大小、方向都保持不变,物体做匀变速运动。

匀变速运动的轨迹可以是直线,也可以是曲线。物体所受恒力与速度方向处于同一直线时,物体做匀变速直线运动。根据力与速度同向或反向又可进一步分为匀加速运动和匀减速运动,自由落体运动和竖直上抛运动就是例子。

若物体所受恒力与速度方向成角度,物体做匀变速曲线运动。例如,平抛运动和斜抛运动。

物体受到一个大小不变,方向始终与速度方向垂直的外力作用时,物体做匀速圆周运动。此时,外力仅改变速度的方向,不改变速度的大小。

物体受到一个与位移方向相反的周期性外力作用时,做机械振动。

综上所述:判断一个物体做什么运动,一看受什么样的力,二看初速度与合外力方向的关系。

三、力的独立作用原理。

物体同时受到几个外力时,每个力各自独立地产生一个加速度,就像别的力不存在一样,这个性质叫做力的独立作用原理。物体的实际加速度就是这几个分加速度的矢量和。

根据力的独立作用原理解题时,有时采用牛顿第二定律的分量形式。

分力、合力及加速度的关系是。

在实际应用中,适用选择坐标系,让加速度的某一个分量为零,可以使计算较为简捷。通常沿实际加速度方向来选取坐标,这种解题方法称为正交分解法。

如图所示,质量为的物体,置于倾角为的固定斜面上,在水平推力的作用下,沿斜面向上运动。物体与斜面间的滑动摩擦为,若要求物体的加速度,可先做出物体的受力图(如图所示)。沿加速度方向建立坐标并写出牛顿第二定律的分量形式。

物体的加速度。

对于物体受三个力或三个以上力的问题,采用正交分解法可以减少错误。做受力分析时要避免“丢三拉四”。

四、即时加速度。

中学物理课本中,匀变速运动的加速度公式,实际上是平均加速度公式。只是在匀变速运动中,加速度保持恒定,才可以用此式计算它的即时加速度。但对于做变加速运动的物体,即时加速度并不一定等于平均加速度。

根据牛顿第二定律计算出的加速度是即使加速度。它的大小和方向都随着合外力的即时值发生相应的变化。

例如,在恒定功率状态下行驶的汽车,若阻力也保持恒定,则它的加速度。

随速度的增大而逐渐减小。当时,加速度为零,速度达到最大值。

因此,提高车速的办法是:加大额定功率,减小阻力。

再如图所示,电梯中有质量相同的a、b两球,用轻质弹簧相连,并用细绳系于电梯天花板上。该电梯正以大小为的加速度向上做匀减速运动()。若突然细绳断裂。

让我们来求此时两小球的瞬时加速度。

做出两球受力图,并标出加速度方向(如图所示)。根据牛顿第二定律可以写出。

对a: 对b:

注意到,并注意到悬绳与弹簧的区别:物理学中的细绳常可以看作刚性绳,它受力后形变可以忽略不计,因而取消外力后,恢复过程所用时间可以不计。而弹簧受力后会发生明显的形变,外力取消后,恢复过程需要一定的时间。

因此,绳的张力可以突变,而弹簧的弹力不能突变。细绳断裂后,系在a上方的一段绳立即松开,拉力立即消失。而由于弹簧弹力不能突变,张力和皆保持不变。

因而,b受合外力不变,方向仍向下。而a的即时加速度,方向也向下。

五、惯性参照系。

在第一单元中,我们提到过,运用运动学规律来讨论物体间的相对运动并计算物体的相遇时间时,参照系可以任意选择,视研究问题方便而定。运动独立性原理的应用所涉及的,就是这一类问题。但是,在研究运动与力的关系时,即涉及到运动学的问题时,参照系就不能任意选择了。

下面两个例子中,我们可以看到,牛顿运动定律只能对某些特定的参照系才成立,而对于正在做加速运动的参照系不再成立。

如图所示,甲球从高处开始自由下落。在甲出发的同时,在地面上正对。

甲球有乙球正以初速做竖直上抛运动。

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