牛顿运动定律及其应用牛顿运动定律及其应用

中国首家新课标免费资源网（不必注册，免费下载）请记住我们的网址：牛顿运动定律及其应用一.牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。伽利略斜面实验是牛顿第一定律的实验基础。惯性的大小只跟物体的质量有关，与其它因素均无关。二.牛顿第二定律：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。F合=ma注意：a.牛顿第二定律中的F应该是物体受到的合外力。b.同向——加速度的方向跟合外力的方向相同c.同时——加速度的大小随着合外力的大小同时变化d.同体——三.牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，同时出现，同时消失，分别作用在两个不同的物体上。F=-F′一、图像类问题例1、如图所示，两光滑斜面的总长度相等，两球由静止从顶端下滑，若球在图上转折点无能量损失，则下列判断正确的是（）A、两球同时落地B、b球先落地C、两球落地时速率相等D、a球先落地BC例1、物A、B、C均静止在同一水平面上，它们的质量分别为mA,mB,mC，得到三个物体的加速度a与其所受拉力F的关系如图所示，图中A、B两直线平行，则下列由图线判断的关系式正确的是（）A、μA=μB=μCB、mA=mBmCC、mAmBmCD、μAμB=μCBD例3、如图甲示，质量分别为m1=1kg和m2=2kg的AB两物块并排放在光滑水平面上，若对A、B分别施加大小随时间变化的水平外力F1和F2，若F1=（9-2t）NF2=（3+2t）N,则⑴经多少时间t0两物块开始分离？⑵在同一坐标乙中画出两物块的加速度a1和a2随时间变化的图象⑶“a-t”图线下的“面积”在数值上应等于什么？⑷试计算A、B两物块分离后2s的速度各多大？F1F2BA甲t/sa/ms-22408632156410乙BABA1kg2kgF2=（3+2t）NF1=（9-2t）N解：⑴对整体：F1+F2=(m1+m2)aa=12/3=4m/s2设两物块间的作用力为T，对A:F1-T=m1aT=F1-m1a=5–2t当T=0时，两物块分离，∴t0=2.5s，（分离前两物块的加速度相同为4m/s2）⑵分离后，对Aa1=F1/m1=(9-2t)m/s2对Ba2=F2/m2=(1.5+t)m/s2t2.5s画出两物块的a-t图线如图示（见前页）⑶“a-t”图线下的“面积”在数值上等于速度的变化Δv⑷由⑶算出图线下的“面积”即为两物块的速度∴VA=（4.5+2.5）×4/2=14m/sVB=（4×2.5）+（4+6）×2/2=20m/s例２、人和雪橇的总质量为75kg，沿倾角θ=37°且足够长的斜坡向下运动，已知雪橇所受的空气阻力与速度成正比，比例系数k未知，从某时刻开始计时，测得雪橇运动的v-t图象如图中的曲线AD所示，图中AB是曲线在A点的切线，切线上一点B的坐标为（4,15），CD是曲线AD的渐近线，g取10m/s2，试回答和求解：⑴雪橇在下滑过程中，开始做什么运动，最后做什么运动？⑵当雪橇的速度为5m/s时，雪橇的加速度为多大？⑶雪橇与斜坡间的动摩擦因数μ多大？t/sV/ms-15401510DABCt/sV/ms-15401510DABC解：⑴由图线可知，雪橇开始以5m/s的初速度作加速度逐渐减小的变加速运动，最后以10m/s作匀速运动⑵t=0，v0=5m/s时AB的斜率等于加速度的大小a=Δv/Δt=10/4=2.5m/s2⑶t=0v0=5m/sf0=kv0由牛顿运动定律mgsinθ-μmgcosθ–kv0=ma①t=4svt=10m/sft=kvtmgsinθ-μmgcosθ–kvt=0②解①②得k=37.5Ns/mμ=0.125二、斜面类问题例1.如图示，两物块质量为M和m，用绳连接后放在倾角为θ的斜面上，物块和斜面的动摩擦因素为μ，用沿斜面向上的恒力F拉物块M运动，求中间绳子的张力.MmθF由牛顿运动定律，解：画出M和m的受力图如图示：N1Mgf1Tmgf2N2T对M有F-T-Mgsinθ-μMgcosθ=Ma（1）对m有T-mgsinθ-μmgcosθ=ma（2）∴a=F/(M+m)-gsinθ-μgcosθ（3）（3）代入（2）式得T=m(a+gsinθ+μgcosθ)=mF／(M+m)由上式可知：T的大小与运动情况无关T的大小与θ无关T的大小与μ无关推广、如图所示，置于水平面上的相同材料的m和M用轻绳连接，在M上施一水平力F(恒力)使两物体作匀加速直线运动，对两物体间细绳拉力正确的说法是：（）(A)水平面光滑时，绳拉力等于mF/(M＋m)；(B)水平面不光滑时，绳拉力等于mF/(M＋m)；(C)水平面不光滑时，绳拉力大于mF/(M＋m)；(D)水平面不光滑时，绳拉力小于mF/(M＋m)。MmF解：由上题结论：T的大小与μ无关，应选ABAB例2、如图所示，质量为m的光滑小球A放在盒子B内，然后将容器放在倾角为a的斜面上，在以下几种情况下，小球对容器B的侧壁的压力最大的是（）(A)小球A与容器B一起静止在斜面上；(B)小球A与容器B一起匀速下滑；(C)小球A与容器B一起以加速度a加速上滑；(D)小球A与容器B一起以加速度a减速下滑.CD例3.一质量为M、倾角为θ的楔形木块，静止在水平桌面上，与桌面的动摩擦因素为μ，一物块质量为m，置于楔形木块的斜面上，物块与斜面的接触是光滑的，为了保持物块相对斜面静止，可用一水平力F推楔形木块，如图示，此水平力的大小等于。θmM解：对于物块，受力如图示：mgN1物块相对斜面静止，只能有向左的加速度，所以合力一定向左。由牛顿运动定律得mgtanθ=maa=gtanθ对于整体受力如图示：fFθ(M+m)gN2由牛顿运动定律得F–f=(m+M)af=μ(m+M)g∴F=f+(m+M)a=(m+M)g(μ+tanθ)(m+M)g(μ+tanθ)例4、如图，有一斜木块，斜面是光滑的，倾角为θ，放在水平面上，用竖直放置的固定挡板A与斜面夹住一个光滑球，球质量为m，要使球对竖直挡板无压力，球连同斜木块一起应向(填左、右)做加速运动，加速度大小是.解:画出小球的受力图如图示:mgN合力一定沿水平方向向左,F=mgtanθ∴a=gtanθ左gtanθ例5、一物体放置在倾角为θ的斜面上，斜面固定于加速上升的电梯中，加速度为a，如图所示．在物体始终相对于斜面静止的条件下，下列说法中正确的是()（A）当θ一定时，a越大，斜面对物体的正压力越小（B）当θ一定时，a越大，斜面对物体的摩擦力越大（C）当a一定时，θ越大，斜面对物体的正压力越小（D）当a一定时，θ越大，斜面对物体的摩擦力越小θa解:分析物体受力,画出受力图如图示:mgNf将加速度分解如图示:ayaax由牛顿第二定律得到f-mgsinθ=masinθN-mgcosθ=macosθ∴f=m(g＋a)sinθN=m(g＋a)cosθ若不将加速度分解,则要解二元一次方程组.BC例６、如图示，倾斜索道与水平方向夹角为θ，已知tanθ=3/4，当载人车厢匀加速向上运动时，人对厢底的压力为体重的1.25倍，这时人与车厢相对静止，则车厢对人的摩擦力是体重的（）A.1/3倍B.4/3倍C.5/4倍D.1/4倍θa解：将加速度分解如图示，aaxayθ由a与合力同向关系，分析人的受力如图示：NfmgN-mg=mayay=0.25gf=max=may/tgθ=0.25mg×4/3=mg/3A例７、如图所示,一质量为M的楔形木块放在水平桌面上，它的顶角为90°，两底角为α和β；a、b为两个位于斜面上质量均为m的小木块.已知所有接触面都是光滑的.现发现a、b沿斜面下滑，而楔形木块静止不动，这时楔形木块对水平桌面的压力等于（）A.Mg+mgB.Mg+2mgC.Mg+mg(sinα+sinβ)D.Mg+mg(cosα+cosβ)Ａ例８.有一长为40m、倾角为30°的斜面，在斜面中点，一物体以12m/s的初速度和-6m/s2的加速度匀减速上滑，问经多少时间物体滑到斜面底端？（g=10m/s2)vCAB解：题目中未知有无摩擦，应该先加判断，若无摩擦，则a=-gsin30°=-5m/s2，可见物体与斜面间有摩擦，上滑过程受力如图示：mgNf-mgsin30°-f=ma1∴f=0.1mgS1=-v2/2a1=144/12=12mt1=-v/a1=12/6=2s下滑过程受力如图示：mgNfmgsin30°-f=ma2∴a2=4m/s2S2=L/2+S1=32mS2=1/2a2t22saSt443222222∴t总=t1+t2=6s二、弹簧类问题例１、匀速上升的升降机顶部悬殊有一轻质弹簧，弹簧下端挂有一小球，若升降机突然停止，在地面上的观察者看来，小球在继续上升的过程中（）A．速度逐渐减小B．速度先增大后减小C．加速度逐渐增大D．加速度逐渐减小ＡＣ例２、在运动的升降机中天花板上用细线悬挂一个物体A，下面吊着一个轻质弹簧秤（弹簧秤的质量不计），弹簧秤下吊着物体B，如下图所示，物体A和B的质量相等，都为m＝5kg，某一时刻弹簧秤的读数为40N，设g=10m/s2，则细线的拉力等于_____，若将细线剪断，在剪断细线瞬间物体A的加速度是，方向______；物体B的加速度是；方向_____。80N18m/s2向下2m/s2向下AB例３、竖直光滑杆上套有一个小球和两根弹簧，两弹簧的一端各与小球相连，另一端分别用销钉MN固定于杆上，小球处于静止状态.若拔去销钉M的瞬间，小球的加速度大小为12m/s2，若不拔去销钉M而拔去销钉N的瞬间，，小球的加速度可能为(取g=10m/s2)()A．22m/s2，方向竖直向上B．22m/s2，方向竖直向下C．2m/s2，方向竖直向上D．2m/s2，方向竖直向下BCNM解：见下页NM12（1）若上面的弹簧压缩有压力，则下面的弹簧也压缩，受力如图示：k1x1k2x2mg静止时有k2x2=k1x1+mg拔去Mk2x2-mg=12m拔去Nk1x1+mg=ma∴a=22m/s2方向向下NM12（2）若下面的弹簧伸长有拉力，则上面的弹簧也伸长，受力如图示：k1x1k2x2mg静止时有k1x1=k2x2+mg拔去Mk2x2+mg=12m拔去Nk1x1-mg=ma∴a=2m/s2方向向上例4、质量均为m的物体A和B用劲度系数为k的轻弹簧连接在一起,将B放在水平桌面上,A用弹簧支撑着,如图示,若用竖直向上的力拉A,使A以加速度a匀加速上升,试求:(1)经过多少时间B开始离开桌面(2)在B离开桌面之前,拉力的最大值BAmm解：(1)开始时弹簧压缩x=mg/kBAmmFB开始离开桌面时，弹簧伸长x=mg/kA匀加速上升了S=2x=2mg/k由匀加速运动公式2t21Saakmg2t得(2)在B离开桌面之前,对A物体:F-mg-T=ma当T=mg时B离开桌面∴Fmax=2mg+ma例5：如图示：竖直放置的弹簧下端固定，上端连接一个砝码盘B，盘中放一个物体A，A、B的质量分别是M=10.5kg、m=1.5kg，k=800N/m,对A施加一个竖直向上的拉力，使它做匀加速直线运动，经过0.2秒A与B脱离，刚脱离时刻的速度为v=1.2m/s，取g=10m/s2,求A在运动过程中拉力的最大值与最小值。BAx1解：对整体kx1=(M+m)gF+kx-(M+m)g=(M+m)a脱离时，A、B间无相互作用力，对Bkx2-mg=max2x1-x2=1/2at2a=v/t=6m/s2Fmax=Mg+Ma=168NFmin=(M+m)a=72N练习、如图示，倾角30°的光滑斜面上，并排放着质量分别是mA=10kg和mB=2kg的A、B两物块，一个劲度系数k=400N/m的轻弹簧一端与物块B相连，另一端与固定挡板相连，整个系统处于静止状态，现对A施加一沿斜面向上的力F，使物块A沿斜面向上作匀加速运动，已知力F在前0.2s内为变力，0.2s后为恒力，g取10m/s2，求F的最大值和最小值。30°ABF解：开始静止时弹簧压缩x