2022年高中物理复习专题之绳子弹簧和杆产生的弹力特点绳拉物问题牛顿第二定律分析整体法与隔离法 2.pdf
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1、绳拉物问题【问题综述】此类问题的关键是:1.准确判断谁是合运动,谁是分运动;实际运动是合运动2.根据运动效果寻找分运动;3.一般情况下,分运动表现在:沿绳方向的伸长或收缩运动;垂直于绳方向的旋转运动。4.根据运动效果认真做好运动矢量图,是解题的关键。5.对多个用绳连接的物体系统,要牢记在绳的方向上各点的速度大小相等。6.此类问题还经常用到微元法求解。1 汽车通过绳子拉小船,则()A、汽车匀速则小船一定匀速B、汽车匀速则小船一定加速C、汽车减速则小船一定匀速D、小船匀速则汽车一定减速分析:( 1)如图甲,被分解的速度应是实际的速度,即小船上系绳那一点的水平速度,而不应是沿绳子方向的分运动的运动,
2、故甲图是错误的(2)如乙图, v2还有沿绳方向的速度分量,还需再将v2分解,才能符合实际效果。但此法麻烦复杂。( 2)如丙图,将船在水平方向的运动分解为两个分运动,一个分运动沿绳方向,根据运动的合成与分解的独立性原理,当这个分运动消失,表现为另一个分运动,可见是以滑轮为圆心的圆周运动,故另一个分运动方向与绳方向垂直。由图可知v1=vcos,v1不变, 当增大时, v 增大, 故 B 正确; v 不变, 当增大时, v1减小, 故 D 正确;注意它的逆推断不一定,故C 错2:如图,汽车拉着重物G,则(AcD )A、汽车向左匀速,重物向上加速B、汽车向左匀速,重物所受绳拉力小于重物重力C、汽车向左
3、匀速,重物所受绳拉力大于于重物重力D、汽车向右匀速,重物向下减速3:如左图,若已知物体A 的速度大小为vA,求重物B 的速度大小vB? vA/cos4:如右图,若角大于 角,则汽车A 的速度大于汽车 B 的速度5 如图所示, A、B 两物体用细绳相连,在水平面上运动, 当=45 度,=30 度时,物体 A 的速度为2 m/s,vBvAA B G A B v1v2v v1v2v v1v2v 甲丙乙精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 14 页这时 B 的速度为。6质量分别为m和 M的两个物体跨过定滑轮如图所示,在M沿光滑水平面运
4、动的过程中,两物体速度的大小关系为( A )AV1V2 BV1V2CV1=V27如图所示,汽车以v05.0m/s 的速度在水平路面上开动,通过绳子牵引重物 P。若汽车从A 点开到 B 点, AB 20m。求: (1)此过程中重物P 的平均加速度; (2)若 H4m,物体 P 的平均速度。(1)A 点沿绳子的速度: V0*cos60=2.5 m/s B 点沿绳子的速度: V0*cos30=2.5 3 m/s所用时间从汽车上算汽车是匀直运动t=20/5=4s a=(2.5 3 -2.5 )/4 m/s2 我不化成小数了(2)H=4m 绳子走的距离:长绳子减短绳子S=8-(8/3)*3平均速度: T
5、=S/t= 8-(8/3)*3 /4 结果我不化了解开绳拉物体问题的“死结”物体与轻绳连接这一种模型是高中物理中的一种常见模型,有关物体在绳子作用下的运动的问题是一种常见问题。下面主要就这类问题的主要情形及同学们易出错的地方加以分析剖析。一、有关运动的合成和分解问题绳拉物体问题在运动的合成与分解这一部分非常常见,处理这类问题应牢记两个原则。当物体的运动方向沿绳子方向(与绳子平行)时,物体的速度与绳子的速度相同。【例 1】如右图所示,A、B两物体通过一条跨过定滑轮的绳子相连接。A沿斜面下滑,B沿水平面滑动。由于A、B的运动方向均沿绳子的方向,所以两物体的速度均和与它们相连接的绳子的速度相同。因而
6、A、B两物体的速度大小相等。当物体的运动方向不沿绳子方向(与绳子不平行)时,物体的速度与绳子的速度不相同,此类问题应该用运动的合成和分解的知识解答。【例2】如右图所示,人用绳子通过定滑轮拉物体A,当人以速度0v匀速前进时,求物体A的速度。首先要分析物体A的运动与人拉绳的运动之间有什么关系。物体A的运动(即绳的末端的运动)可看作两个分运动的合成:一是沿绳的方向被牵引,绳长缩短,绳长缩短的速度即等于0v;二是垂直于绳以定滑轮为圆心的摆动,它不改变绳长。这样就可以求得物体A的速度0cosAvv。当物体A向左移动,将逐渐变大,Av逐渐变大。虽然人做匀速运动,但物体A却在做变速运动。【例3】光滑水平面上
7、有A、B两个物体,通过一根跨过定滑轮的A B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页轻绳子相连,如右图所示,它们的质量分别为Am和Bm。当水平力F拉着A且绳子与水平方向的夹角为45A,30B时,A、B两物体的速度之比是多少?【解析】在本题中,由于A、B的速度方向均不沿绳子方向,所以两物体的速度均不等于绳子伸长或缩短的速度。设沿绳子方向的分速度大小为v,则由速度的合成与分解可得:coscos45AAvvv,coscos30BBvvv可得:32ABvv。二、有关物体速度的突变问题对于物体的速度方向与绳子不平行的此类问题,由
8、前面的分析可知,物体的速度可分解为沿绳子方向的分速度和垂直于绳子方向的分速度。那么当绳子突然停止伸长或缩短时,沿绳子方向的分速度突变为零,而垂直于绳子方向的分速度保持不变。【例 4】如右图所示, 有一质量为m的小球P与穿过光滑水平板中央小孔O的轻绳相连,用力拉着绳子另一端使P在水平板内绕O做半径为a、角速度为1的匀速圆周运动。求:(1)此时P的速率多大?(2)若将绳子从这个状态迅速放松后又拉直,使P绕O做半径为b的匀速圆周运动,从放松到拉直这段过程经过了多长时间?(3)P做半径为b的圆周运动的角速度2?【解析】(1)根据线速度与角速度的关系可知:11va(2)如右图,绳子放松后,小球保持1v的
9、速度沿切线做匀速直线运动,从放开到拉紧这段位移为x。22xba又因为1xv t则可得:2211xbatva。(3)在拉直过程中,P的速度1v可分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向的两个分速度。当绳子突然拉直时, 由于绳子弹力的作用,使沿绳子方向的分速度突变为零,而垂直于绳子方向的分速度2v保持不变,所以小球P将以速度2v做半径为b的匀速圆周运动。所以有:21cosvv,其中22vb,cosab。则可解得:2212ab【点评】本题的第(3)问是同学经常出错的地方,错误的原因就在于,没有注意到小球的速度在绳精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3
10、 页,共 14 页子拉直的瞬间会发生突变,而错误地认为小球的速率仍然为1v。一、滑块问题1如图所示,有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上,木板质量为M=4kg ,长为 L=1.4m;木板右端放 着 一 小 滑 块 , 小 滑 块 质 量 为 m=1kg , 其 尺 寸 远 小 于 L 。 小 滑 块 与 木 板 之 间 的 动 摩 擦 因 数 为0 4102.(/)gms( 1)现用恒力 F作用在木板 M上,为了使得m能从 M上面滑落下来,问:F大小的范围是什么?(2)其它条件不变,若恒力F=22.8牛顿,且始终作用在M上,最终使得m能从 M上面滑落下来。问:m在M上面滑动的时间是多大?解析
11、:(1)小滑块与木板间的滑动摩擦力fNmg小滑块在滑动摩擦力f作用下向右匀加速运动的加速度afmgm s124/木板在拉力 F和滑动摩擦力f作用下向右匀加速运动的加速度aFfM2() /使m能从 M上面滑落下来的条件是aa21即NgmMFmfMfF20)(/)(解得(2)设 m在M上滑动的时间为t,当恒力 F=22.8N ,木板的加速度aFfMms224 7() /./)小滑块在时间t内运动位移Sa t1122/木板在时间 t内运动位移Sa t2222/因SSL21即sttt24.12/42/7 .422解得2长为 1.5m 的长木板B 静止放在水平冰面上,小物块 A 以某一初速度从木板B 的
12、左端滑上长木板B,直到 A、B 的速度达到相同,此时A、B 的速度为0.4m/s,然后 A、B 又一起在水平冰面上滑行了8.0cm后停下 若小物块A 可视为质点, 它与长木板B 的质量相同, A、B 间的动摩擦因数1=0.25求: (取g=10m/s2)(1)木块与冰面的动摩擦因数(2)小物块相对于长木板滑行的距离(3)为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度应为多大?解析: (1)A、 B 一起运动时,受冰面对它的滑动摩擦力,做匀减速运动,加速度2221.0m/s2vags解得木板与冰面的动摩擦因数2=0.10 (2)小物块A 在长木板上受木板对它的滑动摩擦力,做匀减速运动
13、,加速度a1=1g=2.5m/s2小物块 A 在木板上滑动, 木块 B 受小物块 A 的滑动摩擦力和冰面的滑动摩擦力,做匀加速运动, 有 1mgAvB 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页2(2m)g=ma2 解得加速度a2=0.50m/s2设小物块滑上木板时的初速度为v10,经时间 t 后 A、B 的速度相同为v由长木板的运动得v=a2t,解得滑行时间20.8svta小物块滑上木板的初速度v10=va1t=2.4m/s 小物块 A 在长木板B 上滑动的距离为22120112110.96m22sssvta ta t(
14、3)小物块A 滑上长木板的初速度越大,它在长木板B 上相对木板滑动的距离越大,当滑动距离等于木板长时,物块A 达到木板B 的最右端,两者的速度相等(设为v),这种情况下A 的初速度为保证不从木板上滑落的最大初速度,设为v0有220121122v ta ta tL012vva tva t由以上三式解得,为了保证小物块不从木板的右端滑落,小物块滑上长木板的初速度不大于最大初速度0122()3.0m/svaaL动力学中的传送带问题一、传送带模型中要注意摩擦力的突变滑动摩擦力消失滑动摩擦力突变为静摩擦力滑动摩擦力改变方向二、传送带模型的一般解法确定研究对象;分析其受力情况和运动情况,(画出受力分析图和
15、运动情景图),注意摩擦力突变对物体运动的影响;分清楚研究过程,利用牛顿运动定律和运动学规律求解未知量。难点疑点: 传送带与物体运动的牵制。牛顿第二定律中a 是物体对地加速度,运动学公式中S是物体对地的位移,这一点必须明确。分析问题的思路:初始条件相对运动判断滑动摩擦力的大小和方向分析出物体受的合外力和加速度大小和方向由物体速度变化再分析相对运动来判断以后的受力及运动状态的改变。一、水平放置运行的传送带1如图所示,物体A 从滑槽某一高度滑下后又滑上粗糙的水平传送带,传送带静止不动时,A 滑至传送带最右端的速度为v1,需时间t1,若传送带逆时针转动,A 滑至传送带最右端的速度为v2,需时间t2,则
16、()A1212,vvttB1212,vvttC1212,vvttD1212,vvtt2如图 7 所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v1沿顺时针方向转动,传送带右端有一与传送带等高的光滑水平面,一物体以恒定速度v2沿直线向左滑向传送带后,经过一段时间又反回光滑水平面,速率为v2,则下列说法正确的是: ()A只有 v1= v2时,才有 v2= v1B 若 v1 v2时 , 则 v2= v2C若 v1 30rad/s 时,水平位移不变,说明物体在AB 之间一直加速,其末速度3/Bsvm st. 根据2202tvvas当 0 10rad/s 时,2202BgLvv当 30rad/s时,2202
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