高一物理物体在变力作用下分析和计算精选文档.ppt

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1、高一物理物体在变力作用下分析和计算本讲稿第一页，共十二页解解解解:画出物体受力图如图示画出物体受力图如图示画出物体受力图如图示画出物体受力图如图示:由牛顿第二定律由牛顿第二定律由牛顿第二定律由牛顿第二定律保持保持保持保持F F的方向不变的方向不变的方向不变的方向不变,使使使使F F减小减小减小减小,则加速度则加速度则加速度则加速度a a一定变大一定变大一定变大一定变大B例例例例1.1.如图所示如图所示如图所示如图所示,位于光滑固定斜面上的小物体位于光滑固定斜面上的小物体位于光滑固定斜面上的小物体位于光滑固定斜面上的小物体P P受到一水平向右受到一水平向右受到一水平向右受到一水平向右的推力的作用

2、的推力的作用的推力的作用的推力的作用.已知物块已知物块已知物块已知物块P P沿斜面加速下滑沿斜面加速下滑沿斜面加速下滑沿斜面加速下滑.现保持现保持现保持现保持F F的方向不变的方向不变的方向不变的方向不变,使其减小使其减小使其减小使其减小,则加速度则加速度则加速度则加速度 A.A.一定变小一定变小一定变小一定变小 B.B.一定变大一定变大一定变大一定变大 C.C.一定不变一定不变一定不变一定不变 D.D.可能变小可能变小可能变小可能变小,可能变大可能变大可能变大可能变大,也可能不变也可能不变也可能不变也可能不变FPNmgFa本讲稿第二页，共十二页例例例例2.2.如图，弹簧的一端固定在足够长的平

3、板上，弹簧的另一端拴如图，弹簧的一端固定在足够长的平板上，弹簧的另一端拴如图，弹簧的一端固定在足够长的平板上，弹簧的另一端拴如图，弹簧的一端固定在足够长的平板上，弹簧的另一端拴一滑块，平板和滑块的质量相等。现同时对平板和滑块施加大小一滑块，平板和滑块的质量相等。现同时对平板和滑块施加大小一滑块，平板和滑块的质量相等。现同时对平板和滑块施加大小一滑块，平板和滑块的质量相等。现同时对平板和滑块施加大小相等的水平力相等的水平力相等的水平力相等的水平力F F，则平板和滑，则平板和滑，则平板和滑，则平板和滑块的加速度、速度如何变化？块的加速度、速度如何变化？块的加速度、速度如何变化？块的加速度、速度如何

4、变化？设一切摩擦均不计设一切摩擦均不计设一切摩擦均不计设一切摩擦均不计,弹簧始终弹簧始终弹簧始终弹簧始终在弹性限度之内。在弹性限度之内。在弹性限度之内。在弹性限度之内。FF首先滑块和木板分别向左、右运动首先滑块和木板分别向左、右运动首先滑块和木板分别向左、右运动首先滑块和木板分别向左、右运动它们的加速度和速度大小始终相等，它们的加速度和速度大小始终相等，它们的加速度和速度大小始终相等，它们的加速度和速度大小始终相等，方向相反方向相反方向相反方向相反加速度大小的变化规律是先减小后增大；加速度大小的变化规律是先减小后增大；加速度大小的变化规律是先减小后增大；加速度大小的变化规律是先减小后增大；速度

5、大小的变化规速度大小的变化规速度大小的变化规速度大小的变化规律是先增大后减小直到速度减小到零律是先增大后减小直到速度减小到零律是先增大后减小直到速度减小到零律是先增大后减小直到速度减小到零然后滑块和木板分别向右、左运动然后滑块和木板分别向右、左运动然后滑块和木板分别向右、左运动然后滑块和木板分别向右、左运动它们的加速度和速度大小始终相它们的加速度和速度大小始终相它们的加速度和速度大小始终相它们的加速度和速度大小始终相等，方向相反等，方向相反等，方向相反等，方向相反加速度大小的变化规律是先减小后增大；加速度大小的变化规律是先减小后增大；加速度大小的变化规律是先减小后增大；加速度大小的变化规律是先

6、减小后增大；速度大小的变化速度大小的变化速度大小的变化速度大小的变化规律是先增大后减小直到速度减小到零规律是先增大后减小直到速度减小到零规律是先增大后减小直到速度减小到零规律是先增大后减小直到速度减小到零速度变化（增大还是减小）取决于合力（加速度）方向与速度方向的夹角；速度变化的快慢取决于加速度（合力和质量）的大小本讲稿第三页，共十二页例例例例3.3.如图甲示，质量分别为如图甲示，质量分别为如图甲示，质量分别为如图甲示，质量分别为mm1 1=1kg=1kg 和和和和mm2 2=2kg=2kg 的的的的A BA B两物块并排两物块并排两物块并排两物块并排放在光滑水平面上，若对放在光滑水平面上，若

7、对放在光滑水平面上，若对放在光滑水平面上，若对A A、B B分别施加大小随时间变化的水平外分别施加大小随时间变化的水平外分别施加大小随时间变化的水平外分别施加大小随时间变化的水平外力力力力 F F1 1 和和和和 F F2 2 ，若，若，若，若 F F1 1=（9-2t9-2t）N FN F2 2=（3+2t3+2t）N,N,则则则则 经多少时间经多少时间经多少时间经多少时间t t 0 0两物块开始分离？两物块开始分离？两物块开始分离？两物块开始分离？在同一坐标乙中画出两物块的加速度在同一坐标乙中画出两物块的加速度在同一坐标乙中画出两物块的加速度在同一坐标乙中画出两物块的加速度a a1 1和和

8、和和a a2 2随时间变化的图象随时间变化的图象随时间变化的图象随时间变化的图象速度的定义为速度的定义为速度的定义为速度的定义为v=S/tv=S/t，“v-t”v-t”图线下的图线下的图线下的图线下的“面积面积面积面积”在数值上等在数值上等在数值上等在数值上等于位移于位移于位移于位移SS；加速度的定义为；加速度的定义为；加速度的定义为；加速度的定义为a=a=v/t v/t，则，则，则，则“a-t”a-t”图线下的图线下的图线下的图线下的“面积面积面积面积”在数值上应等于什么？在数值上应等于什么？在数值上应等于什么？在数值上应等于什么？试计算试计算试计算试计算A A、B B两物块分离后两物块分离

9、后两物块分离后两物块分离后2s2s的的的的速度各多大？速度各多大？速度各多大？速度各多大？ABF1F2解：解：解：解：设经过时间设经过时间设经过时间设经过时间t,t,物体物体物体物体A A和和和和B B分离，分离，分离，分离，此时它们之间的弹力为零，此时它们之间的弹力为零，此时它们之间的弹力为零，此时它们之间的弹力为零，它们它们它们它们的加速度相等的加速度相等的加速度相等的加速度相等即即即即解出解出解出解出t=2.5st=2.5s本讲稿第四页，共十二页分离后（分离后（分离后（分离后（t2.5s),t2.5s),物体物体物体物体A A和和和和B B的加速度分别为的加速度分别为的加速度分别为的加速

10、度分别为t/sa/ms-22 4086 3 2 1 5 6 4 10分离前分离前分离前分离前,物体物体物体物体A A和和和和B B的加速度相同为的加速度相同为的加速度相同为的加速度相同为画出两物块的画出两物块的画出两物块的画出两物块的a-t a-t 图线如右图示图线如右图示图线如右图示图线如右图示“a-t”a-t”图线下的图线下的图线下的图线下的“面积面积面积面积”在数值上等于速度的变化在数值上等于速度的变化在数值上等于速度的变化在数值上等于速度的变化v v 由由由由算出图线下的算出图线下的算出图线下的算出图线下的“面积面积面积面积”即为两物块的速度即为两物块的速度即为两物块的速度即为两物块的

11、速度 本讲稿第五页，共十二页例例例例4.4.一根劲度系数为一根劲度系数为一根劲度系数为一根劲度系数为k k，质量不计的轻弹簧，上端，质量不计的轻弹簧，上端，质量不计的轻弹簧，上端，质量不计的轻弹簧，上端固定，下端系一质量为固定，下端系一质量为固定，下端系一质量为固定，下端系一质量为mm的物体，有一木板将物体的物体，有一木板将物体的物体，有一木板将物体的物体，有一木板将物体托住，并使弹簧保持原长，如图所示现让木板由托住，并使弹簧保持原长，如图所示现让木板由托住，并使弹簧保持原长，如图所示现让木板由托住，并使弹簧保持原长，如图所示现让木板由静止以加速度静止以加速度静止以加速度静止以加速度a a（a

12、gag）匀加速向下运动，求经过）匀加速向下运动，求经过）匀加速向下运动，求经过）匀加速向下运动，求经过多长时间木板与物体分离？多长时间木板与物体分离？多长时间木板与物体分离？多长时间木板与物体分离？解：设物体与木板一起匀加速运动的距离为解：设物体与木板一起匀加速运动的距离为解：设物体与木板一起匀加速运动的距离为解：设物体与木板一起匀加速运动的距离为x x时，木板与物体分离，它们时，木板与物体分离，它们时，木板与物体分离，它们时，木板与物体分离，它们之间的弹力为零之间的弹力为零之间的弹力为零之间的弹力为零mgN Nkxkxa联立联立联立联立两式解出两式解出两式解出两式解出必须清楚面接触物体分离条

13、件接触面间的弹力为零本讲稿第六页，共十二页例例例例5.5.如图所示，在竖直立在水平面的轻弹簧上面如图所示，在竖直立在水平面的轻弹簧上面如图所示，在竖直立在水平面的轻弹簧上面如图所示，在竖直立在水平面的轻弹簧上面固定着一块质量不计的薄板，在薄板上放一个重固定着一块质量不计的薄板，在薄板上放一个重固定着一块质量不计的薄板，在薄板上放一个重固定着一块质量不计的薄板，在薄板上放一个重物，并且用手将重物往下压，然后突然将手撤去，物，并且用手将重物往下压，然后突然将手撤去，物，并且用手将重物往下压，然后突然将手撤去，物，并且用手将重物往下压，然后突然将手撤去，重物即被弹射出去，则在弹射过程中（即重物与重物

14、即被弹射出去，则在弹射过程中（即重物与重物即被弹射出去，则在弹射过程中（即重物与重物即被弹射出去，则在弹射过程中（即重物与弹簧脱离之前），重物的运动情况是：弹簧脱离之前），重物的运动情况是：弹簧脱离之前），重物的运动情况是：弹簧脱离之前），重物的运动情况是：A.A.一直加速一直加速一直加速一直加速 B.B.先加速，再减速先加速，再减速先加速，再减速先加速，再减速 C.C.先减速，再加速先减速，再加速先减速，再加速先减速，再加速 D.D.匀加速匀加速匀加速匀加速FB模型化归“竖直方向的弹簧振子”解：撤去外力解：撤去外力解：撤去外力解：撤去外力F F后，物体先从极端位置到平衡位置做加速度减小的变后

15、，物体先从极端位置到平衡位置做加速度减小的变后，物体先从极端位置到平衡位置做加速度减小的变后，物体先从极端位置到平衡位置做加速度减小的变加速运动；然后从平衡位置到物体和弹簧分离（此时弹簧处于原长）加速运动；然后从平衡位置到物体和弹簧分离（此时弹簧处于原长）加速运动；然后从平衡位置到物体和弹簧分离（此时弹簧处于原长）加速运动；然后从平衡位置到物体和弹簧分离（此时弹簧处于原长）位置，做加速度增大的变减速运动最后物体离开弹簧做竖直上抛位置，做加速度增大的变减速运动最后物体离开弹簧做竖直上抛位置，做加速度增大的变减速运动最后物体离开弹簧做竖直上抛位置，做加速度增大的变减速运动最后物体离开弹簧做竖直上抛

16、运动此后发生周期性的过程（不计空气阻力）运动此后发生周期性的过程（不计空气阻力）运动此后发生周期性的过程（不计空气阻力）运动此后发生周期性的过程（不计空气阻力）本讲稿第七页，共十二页由匀加速运动公式由匀加速运动公式由匀加速运动公式由匀加速运动公式(2)(2)在在在在B B离开桌面之时离开桌面之时离开桌面之时离开桌面之时,拉力拉力拉力拉力F F具有最大值具有最大值具有最大值具有最大值F Fmm，对整体有，对整体有，对整体有，对整体有 例例例例6.6.质量均为质量均为质量均为质量均为mm的物体的物体的物体的物体A A和和和和B B用劲度系数为用劲度系数为用劲度系数为用劲度系数为k k的轻弹的轻弹的

17、轻弹的轻弹簧连接在一起簧连接在一起簧连接在一起簧连接在一起,将将将将B B放在水平桌面上放在水平桌面上放在水平桌面上放在水平桌面上,A,A用弹簧支撑着用弹簧支撑着用弹簧支撑着用弹簧支撑着,如图示如图示如图示如图示,若用竖直向上的力拉若用竖直向上的力拉若用竖直向上的力拉若用竖直向上的力拉A,A,使使使使A A以加速度以加速度以加速度以加速度a a匀加匀加匀加匀加速上升速上升速上升速上升,试求试求试求试求:(1):(1)经过多少时间经过多少时间经过多少时间经过多少时间B B开始离开桌面开始离开桌面开始离开桌面开始离开桌面 (2)(2)在在在在B B离开桌面之前离开桌面之前离开桌面之前离开桌面之前,

18、拉力的最大值拉力的最大值拉力的最大值拉力的最大值BA解：解：解：解：(1)(1)开始时弹簧压缩开始时弹簧压缩开始时弹簧压缩开始时弹簧压缩B B开始离开桌面时，弹簧伸长开始离开桌面时，弹簧伸长开始离开桌面时，弹簧伸长开始离开桌面时，弹簧伸长A A匀加速上升了匀加速上升了匀加速上升了匀加速上升了得得得得本讲稿第八页，共十二页例例例例7 7如图所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧如图所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧如图所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧如图所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内放一个物体质量都不计，盘内放一个物体质量都不计，盘内放一个物体质量都不计，盘内放一个物体P P处

19、于静止，处于静止，处于静止，处于静止，P P的质的质的质的质量量量量m=12kgm=12kg，弹簧的劲度系数，弹簧的劲度系数，弹簧的劲度系数，弹簧的劲度系数k=300N/mk=300N/m。现在给。现在给。现在给。现在给P P施加一个竖直向上的力施加一个竖直向上的力施加一个竖直向上的力施加一个竖直向上的力F F，使，使，使，使P P从静止开始向上从静止开始向上从静止开始向上从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在做匀加速直线运动，已知在做匀加速直线运动，已知在做匀加速直线运动，已知在t=0.2st=0.2s内内内内F F是变力，在是变力，在是变力，在是变力，在0.2s0.2s以后以后以后以后F

20、F是恒力，是恒力，是恒力，是恒力，g=10m/sg=10m/s2 2,则则则则F F的最小值和最的最小值和最的最小值和最的最小值和最大值是多少？大值是多少？大值是多少？大值是多少？F解：因为在解：因为在解：因为在解：因为在t=0.2st=0.2s内内内内F F是变力，在是变力，在是变力，在是变力，在t=0.2st=0.2s以后以后以后以后F F是恒力，所以在是恒力，所以在是恒力，所以在是恒力，所以在t=0.2st=0.2s时，时，时，时，P P离开秤盘。此时离开秤盘。此时离开秤盘。此时离开秤盘。此时P P受到盘的支持力为零，由于盘和弹簧的质量都受到盘的支持力为零，由于盘和弹簧的质量都受到盘的支

21、持力为零，由于盘和弹簧的质量都受到盘的支持力为零，由于盘和弹簧的质量都不计，所以此时弹簧处于原长。在不计，所以此时弹簧处于原长。在不计，所以此时弹簧处于原长。在不计，所以此时弹簧处于原长。在0 00.2s0.2s这段时间内这段时间内这段时间内这段时间内P P向上运动的向上运动的向上运动的向上运动的距离：距离：距离：距离：由匀加速运动公式由匀加速运动公式由匀加速运动公式由匀加速运动公式加速度加速度加速度加速度本讲稿第九页，共十二页.题后反思：与弹簧关联的物体，运动状态变化时，弹簧的长度（形变量）随之变化，物体所受弹力也相应变化物体的位移和弹簧长度的变化之间存在一定的几何关系，这一几何关系常常是解

22、题的关键当当当当P P与盘分离时拉力与盘分离时拉力与盘分离时拉力与盘分离时拉力F F最大，最大，最大，最大，F Fmaxmax=m(a+g)=360N.=m(a+g)=360N.当当当当P P开始运动时拉力最小，此时对物体开始运动时拉力最小，此时对物体开始运动时拉力最小，此时对物体开始运动时拉力最小，此时对物体P P和秤盘组成的整体有和秤盘组成的整体有和秤盘组成的整体有和秤盘组成的整体有F Fminmin=ma=240N=ma=240N本讲稿第十页，共十二页解：因为在解：因为在解：因为在解：因为在t=0.2st=0.2s内内内内F F是变力，在是变力，在是变力，在是变力，在t=0.2st=0.

23、2s以后以后以后以后F F是恒力，所以在是恒力，所以在是恒力，所以在是恒力，所以在t=0.2st=0.2s时，时，时，时，P P离开秤盘。此时离开秤盘。此时离开秤盘。此时离开秤盘。此时P P受到盘的支持力为零，由于盘的质受到盘的支持力为零，由于盘的质受到盘的支持力为零，由于盘的质受到盘的支持力为零，由于盘的质量量量量mm1 1=1.5kg=1.5kg，所以此时弹簧处于压缩状态。设在，所以此时弹簧处于压缩状态。设在，所以此时弹簧处于压缩状态。设在，所以此时弹簧处于压缩状态。设在0-0.2s0-0.2s这段时这段时这段时这段时间内间内间内间内P P向上运动的距离为向上运动的距离为向上运动的距离为向

24、上运动的距离为x,x,对物体对物体对物体对物体P P，当与盘刚分离时，据牛顿第二定，当与盘刚分离时，据牛顿第二定，当与盘刚分离时，据牛顿第二定，当与盘刚分离时，据牛顿第二定律可得：律可得：律可得：律可得：例例例例8.8.一弹簧秤的秤盘质量一弹簧秤的秤盘质量一弹簧秤的秤盘质量一弹簧秤的秤盘质量mm1 1=1.5kg=1.5kg，盘内放一质量，盘内放一质量，盘内放一质量，盘内放一质量为为为为mm2 2=10.5kg=10.5kg的物体的物体的物体的物体P P，弹簧质量不计，其劲度系，弹簧质量不计，其劲度系，弹簧质量不计，其劲度系，弹簧质量不计，其劲度系数为数为数为数为k=800N/mk=800N/

25、m，系统处于静止状态，如图所示。，系统处于静止状态，如图所示。，系统处于静止状态，如图所示。，系统处于静止状态，如图所示。现给现给现给现给P P施加一个竖直向上的力施加一个竖直向上的力施加一个竖直向上的力施加一个竖直向上的力F F，使，使，使，使P P从静止开始向从静止开始向从静止开始向从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初上做匀加速直线运动，已知在最初上做匀加速直线运动，已知在最初上做匀加速直线运动，已知在最初0.2s0.2s内内内内F F是变化是变化是变化是变化的，在的，在的，在的，在0.2s0.2s后是恒定的，求后是恒定的，求后是恒定的，求后是恒定的，求F F的最大值和最小值各的最大

26、值和最小值各的最大值和最小值各的最大值和最小值各是多少？（是多少？（是多少？（是多少？（g=10m/sg=10m/s2 2）F对于盘和物体对于盘和物体对于盘和物体对于盘和物体P P整体应用牛顿第二定律可得：整体应用牛顿第二定律可得：整体应用牛顿第二定律可得：整体应用牛顿第二定律可得：本讲稿第十一页，共十二页联立联立联立联立两式解出两式解出两式解出两式解出由匀加速运动公式由匀加速运动公式由匀加速运动公式由匀加速运动公式联立联立联立联立两式解出两式解出两式解出两式解出a=6m/sa=6m/s2 2当当当当P P与盘分离时拉力与盘分离时拉力与盘分离时拉力与盘分离时拉力F F最大，最大，最大，最大，F Fmaxmax=m=m2 2(a+g)=168N.(a+g)=168N.当当当当P P开始运动时拉力最小，此时对物体开始运动时拉力最小，此时对物体开始运动时拉力最小，此时对物体开始运动时拉力最小，此时对物体P P和秤盘组成的整体有和秤盘组成的整体有和秤盘组成的整体有和秤盘组成的整体有F Fminmin=（mm1 1+m+m2 2)a=72N)a=72N本讲稿第十二页，共十二页