高中物理复习--连接体问题
高三物理 连接体专题复习
连接体专题复习1. 连接体:多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由弹簧、绳子、细杆联系)在一起构成的物体系统称为连接体。
连接体一般具有相同的运动情况(速度、加速度)。
2. 解决连接体问题的两种方法3. 整体法、隔离法应注意的问题(1)不涉及系统内力时,优先考虑应用整体法,即“能整体、不隔离”。
(2)同样应用“隔离法”,也要先隔离“简单”的物体,如待求量少、或受力少、或处于边缘处的物体。
(3)将“整体法”与“隔离法”有机结合、灵活应用。
(4)各“隔离体”间的关联力,表现为作用力与反作用力,对整体系统则是内力特别提醒 当系统内各物体的加速度不同时,一般不直接用整体法,要采用隔离法解题。
例1 如图所示,在建筑工地,民工兄弟用两手对称水平施力将两长方体水泥制品夹紧并以加速度a 竖直向上匀加速搬起,其中A 的质量为m ,B 的质量为2m ,水平作用力为F ,A 、B 之间的动摩擦因数为μ,在此过程中,A 、B 间的摩擦力为( ) A.μF B.12m (g +a )C.m (g +a )D.32m (g +a )例2 质量为2 kg 的木板B 静止在水平面上,可视为质点的物块A 从木板的左侧沿木板上表面水平冲上木板,如图甲所示。
A 和B 经过1 s 达到同一速度,之后共同减速直至静止,A 和B 的v -t 图象如图乙所示,重力加速度g =10 m/s 2,求:(1)A 与B 上表面之间的动摩擦因数μ1; (2)B 与水平面间的动摩擦因数μ2; (3)A 的质量。
例3如图所示,质量为m1和m2的两物块放在光滑的水平地面上。
用轻质弹簧将两物块连接在一起。
当用水平力F作用在m1上时,两物块均以加速度a做匀加速运动,此时,弹簧伸长量为x;若用水平力F′作用在m1上时,两物块均以加速度a′=2a做匀加速运动,此时弹簧伸长量为x′。
则下列关系正确的是() A.F′=2F B.x′>2xC.F′>2FD.x′<2x例4如图所示,质量分别为m、M的两物体P、Q保持相对静止,一起沿倾角为θ的固定光滑斜面下滑,Q的上表面水平,P、Q之间的动摩擦因数为μ,则下列说法正确的是()A. P处于超重状态B. P受到的摩擦力大小为μmg,方向水平向右C. P受到的摩擦力大小为mg sin θcos θ,方向水平向左D. P受到的支持力大小为mg sin 2θ例5(多选)如图所示,质量分别为m A、m B的A、B两物块用轻质弹簧连接放在倾角为θ的斜面上,用始终平行于斜面向上的拉力F拉B物块,使它们沿斜面匀加速上升,A、B与斜面间的动摩擦因数均为μ,为了减小弹簧的形变量,可行的办法是()A.减小A物块的质量B.增大B物块的质量C.增大倾角θD.增大动摩擦因数μ针对训练1.如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是f m。
高中物理常见连接体问题总结知识分享
常见连接体问题(一)“死结”“活结”1.如图甲所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为10 kg 的物体,∠ACB=30°;图乙中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,EG与水平方向也成30°,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量也为10 kg 的物体.g取10 m/s2,求(1)细绳AC段的张力FAC与细绳EG的张力FEG之比;(2)轻杆BC对C端的支持力;(3)轻杆HG对G端的支持力.(二)突变问题2。
在动摩擦因数μ=0.2的水平质量为m=1kg的小球,小球与水平轻弹簧及与竖直方向成θ=45°角的不可伸长的轻绳一端相连,如图所示,此时小球处于静止平衡状态,且水平面对小球的弹力恰好为零,当剪断轻绳的瞬间,取g=10m/s2,求:(1)此时轻弹簧的弹力大小(2)小球的加速度大小和方向.(三)力的合成与分解3.如图所示,用一根细线系住重力为、半径为的球,其与倾角为的光滑斜面劈接触,处于静止状态,球与斜面的接触面非常小,当细线悬点固定不动,斜面劈缓慢水平向左移动直至绳子与斜面平行的过程中,下述正确的是().A.细绳对球的拉力先减小后增大B.细绳对球的拉力先增大后减小C.细绳对球的拉力一直减小D.细绳对球的拉力最小值等于G(四)整体法4.如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接。
在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平方向成θ角,则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是()A.N=m1g+m2g-FsinθB.N=m1g+m2g-FcosθC.f=FcosθD.f=Fsinθ(五)隔离法5.如图所示,水平放置的木板上面放置木块,木板与木块、木板与地面间的摩擦因数分别为μ1和μ2。
已知木块质量为m,木板的质量为M,用定滑轮连接如图所示,现用力F匀速拉动木块在木板上向右滑行,求力F的大小?6.跨过定滑轮的绳的一端挂一吊板,另一端被吊板上的人拉住,已知人的质量为70 kg,吊板的质量为10 kg,绳及定滑轮的质量,滑轮的摩擦均可不计,取重力加速度g=10 m/s2,当人以440 N的力拉绳时,人与吊板的加速度a和人对吊板的压力F分别为()A.a=1 m/s2,FN=260 NB.a=1 m/s2,FN=330 NC.a=3 m/s2,FN=110 ND.a=3 m/s2,FN=50 N7.如图所示,静止在水平面上的三角架的质量为M,它中间用两根质量不计的轻质弹簧连着一质量为m的小球,当小球上下振动,三角架对水平面的压力为零的时刻,小球加速度的方向与大小是()A.向下,mMgB.向上,gC.向下,gD.向下,m gmM)(+(六)综合8. 如图所示,一夹子夹住木块,在力F作用下向上提升,夹子和木块的质量分别为m、M,夹子与木块两侧间的最大静摩擦均为f,若木块不滑动,力F的最大值是()答案1。
2024年新高一物理初升高衔接《动力学的连接体问题和临界问题》含答案解析
专题03动力学的连接体问题和临界问题【必备知识】一、动力学的连接体问题1.连接体两个或两个以上相互作用的物体组成的整体叫作连接体。
如几个物体叠放在一起,或并排挤放在一起,或用绳子、弹簧、细杆等连在一起。
2.外力和内力如果以物体组成的系统为研究对象,则系统之外的物体对系统的作用力为该系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为该系统的内力。
3.处理连接体问题的方法(1)整体法:把整个系统作为一个研究对象来分析的方法。
不必考虑系统内力的影响,只考虑系统受到的外力。
(2)隔离法:把系统中的各个部分(或某一部分)隔离,作为一个单独的研究对象来分析的方法。
此时系统的内力就有可能成为该研究对象的外力,在分析时要特别注意。
一般选择将受力较少的物体进行隔离。
(3)整体法与隔离法的选用求解各部分加速度都相同的连接体问题时,要优先考虑整体法,如果还需要求物体之间的作用力,再用隔离法。
求解连接体问题时,随着研究对象的转移,往往两种方法交叉运用。
一般的思路是先用其中一种方法求加速度,再用另一种方法求物体间的作用力或系统所受合力。
无论运用整体法还是隔离法,解题的关键还是在于对研究对象进行正确的受力分析。
二、动力学的临界问题在动力学问题中,经常会遇到某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的情况(如恰好滑动、刚好脱离),这类问题称为临界问题。
临界状态是物理过程发生变化的转折点,在这个转折点上,系统的某些物理量达到极值,临界点的两侧,物体的受力情况、运动情况一般要发生改变。
1.关键词语:在动力学问题中出现的“最大”“最小”“刚好”“恰能”等词语,一般都暗示了临界状态的出现,隐含了相应的临界条件。
2.临界问题的常见类型及临界条件(1)接触与脱离的临界条件:两物体间的弹力恰好为零。
(2)相对静止或相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大静摩擦力。
(3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限的,绳子断裂的临界条件是实际张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是张力为零。
高三物理牛顿运动定律应用——连接体问题ppt课件
的是
()
•
A 若水平面光滑,物块 A对B的作用力大小为F
D
•
B 若水平面光滑,物块 A对B的作用力大小为2F/3
•
C 若物块A与地面无摩擦,B与地面的动摩擦因数为μ,则物块A对B的作用力大小
为μmg。
•
D若物块A与地面无摩擦,B与地面的动摩擦因数为μ,则物块A对B的作用力大小
为(F+2 μmg)/3
牛顿第二定律应用 ——连接体问题
;.
1
连接体问题
一、连接体 当两个或两个以上的物体通过绳、杆、弹簧相连,或多个物体直接叠放在一起的系统——
连接体
二、处理方法——整体法与隔离法
系统运动状态相同 整体法
问题不涉及物体间的内力 使用原则
系统各物体运动状态不同 隔离法
问题涉及物体间的内力
2
平面均光滑 m1
F
A
B
5
斜面光滑 θ
6
斜面粗糙
θ 对整体分析:F-(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=ma 对m1分析:T-m1gsinθ-μm1gcosθ=m1a
7
沿光滑斜面一起下滑 θ
8
沿粗糙 斜面一起下滑
θ 练习:17练1、2题, P50 / 4题 P52 例1
9
P52触类旁通1 质量为M,倾角为θ的楔形木块,静止在水平桌面上,与桌面间的动摩擦因数为μ,一质
量为m的木块置于楔形木块上,物块与斜面的接触面光滑,为了保持物体相对斜面静止, 可用一水平力F推楔形木块,如图所示,求此水平力的大小为多少?
对m分析:a=gtanθ 对整体分析:
F=(M+m)a+μ(M+m)g = (M+m)g(μ+tangθ)
专题16 连接体问题 (原稿版)
得
隔离T-F1-μm1g=m1a
得
三、板块连接体模型归纳
整体:a=F/(m1+m2)
隔离m1:f=m1a
得f=m1F/(m1+m2)
整体:a=g(sinθ-μ2cosθ)
方向沿斜面向下
隔离m1:m1gsinθ-f=m1a
得f=μ2m1gcosθ
方向沿斜面向上
若μ2=0则f=0
绳子平行于倾角为α的斜面,A物块恰好能静止在斜面上,不考虑两物块与斜面之间的摩擦。若互换两物块
位置,按图乙放置,然后释放物块,斜面仍保持静止。则下列说法正确的是( )
A.轻绳的拉力等于Mg
B.轻绳的拉力小于mg
C.A物块运动的加速度大小为(1﹣sinα)g
D.A物块运动的加速度大小为
1.如图所示,物块1、2间用刚性轻质杆连接,物块3、4间用轻质弹簧相连,物块1、3质量均为m,2、4质量均为m0,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将两木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4。重力加速度大小为g,则有( )
9.如图所示,m1=1kg,m2=2kg,m1和m2之间的动摩擦因数μ1=0.2,水平面光滑要使m1和m2之间不发生相对运动,则:F最大不得超过( )(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2)
A.2 NB.4NC.6ND.8N
10.(多选)如图所示,用力F拉着三个物体在光滑的水平面上一起运动,现在中间物体上加上一个小物体,在原拉力F不变的条件下四个物体仍一起运动,那么连接物体的绳子张力和未放小物体前相比( )
【典例2】
(多选)如图,倾角为θ的斜面体固定在水平地面上,现有一带支架的滑块正沿斜面加速下滑。支架上用细
高三物理复习:连接体问题课件
A.A、B 的加速度相同
B.细线上的拉力一定大于 mg
C.细线上的拉力等于 2Mmg M m
D.天花板对定滑轮的拉力等于(M+m)g
A B
加速度不同的连接体——(轻绳模型)
加速度不同的连接体——(轻杆模型)
2.(轻杆模型)(多选)如图所示,用轻杆连接的静力学中的连接体——(轻绳模型)
1.(轻绳模型)(多选)如图,体积相同、质量分别为 5m 和 3m 的 A、B 两个小球用轻质细绳 2
连接,A 又用轻质细绳 1 悬挂在天花板上的 O 点,两小球在相同的水平恒定风力作用下, 处于如图所示的静止状态。其中,轻质细绳 2 与竖直方向的夹角β=53°(cos53°=0.6),下列 1悬说.(轻挂法绳在正模天型花确)板的(上多是的选(O)点如,图两,小体球)积在相相同同、的质水量平分恒别定为风5力m作和用3m下的,A处、于B两如个图小所球示用的轻静质止细状绳态2。连其接中,,A轻又质用细轻绳质2细与绳竖1 A.细绳 2 中的张力大直小方向为的4夹角2 βm=g53°(cos53°=0.6),下列说法正确的是( ) B.作用在每一个小球上的水B. 作平用风在力A每.的一细个大绳小小2中球为的上张的4m力水g大平小风为力4的m大g小为4mg C.细绳 1 中的张力大小为 8mg C.细绳1中的张力大小为8mg D.细绳 1 与竖直方向的夹角α=4D5.°细绳1与竖直方向的夹角α=45°
进而为后面的传送带模型和板块模型搭好台阶
轻绳连接: 轻杆连接: 轻弹簧连接:
细 绳
①力可以发生突变,但速度不能发生突变。
②轻绳、轻杆、轻弹簧两端有重物或固定时,在外 界条件变①化力时可以,发生轻突变绳,但、速轻度不杆能发的生突弹变力。 可能发生突变, 但轻弹簧的弹力不可以突变。
高中物理课件(人教版2019必修第一册)专题 连接体问题(课件)
F FBA
FAN
mA
mg
B
FmB
FN FAB
mg
解:(隔离法)对A、B分别进行受力分析
对B: FAB mBa 对A: F FBA mAa
a F mA mB
FAB
mB mA mB
F
【例题1】两个物体A和B,质量分别为mA和mB,互相接触放在光滑水平地面上,如 图所示,对物体A施以水平的推力F,则物体A对物体B的作用力是?
(3)竖直加速上升(不考虑阻力), FT =? F
mF/(m+M)
M
(4)斜面光滑,加速上升, FT =?
mF/(m+M)
m
F M m
结论
如图所示,一起做匀加速运动的物体系统,若外力F作用于1(质量为m1)上,则1和2的相互
作用力F12=
m2 F m1 m2
,若作用于2(质量为m2)上,则F12=
连接体共同加速专题,解决此类问题的方法是整体法和隔离法 (一)整体法 1.整体法是指把连接体内所有物体组成一个系统作为整体考虑,分析其受 力情况,对整体列方程求解。 2.整体法可以求系统的加速度或外界对系统的作用力。整体法不涉及系统 间物体相互作用的内力。 3.若系统内各个物体具有相同的加速度a,整体所受到的合力为F,牛顿第 二定律整体法的方程为:F=(m1+m2+m3+…+mn)a
m1 F m1 m2
。此“协议”与有无摩
擦无关(若有摩擦,两物体与接触面间的动摩擦因数必须相同),与两物体间有无连接物
、何种连接物(轻绳、轻杆、轻弹簧)无关,与物体系统处于平面、斜面、竖直无关。
四.连接体问题的分析方法——整体法与隔离法
项目
高一物理连接体答题技巧
高一物理连接体答题技巧
连接体是指两个或两个以上的物体通过相互作用而组成的系统。
在解答高一物理连接体问题时,可以采用整体法和隔离法:
- 整体法:只分析内力,不分析外力。
在用整体法时,需要将几
个物体看作一个整体,并用圆圈将它们圈起来,以提醒自己只分析外力。
列出整体的平衡方程后,就可以分析选择题中涉及外力的选项。
- 隔离法:分析内力(也分析外力)。
通常需要隔离受力最少的
物体,进行受力分析后列出平衡方程,结合整体的方程就可以完整地
解答连接体问题。
在解答连接体平衡问题时,若有四个外力,且它们两两互相垂直,可以直接列平衡方程;若有四个或者四个以上外力,则需要进行正交分解,再列平衡方程。
(完整word版)高中物理复习--连接体问题
连结体运动问题一、教法建议【解题指导】 “连结体运动”是在生活和生产中常有的现象,也是运用牛顿运动定律解答的一种重要题型。
在“连结体运动”的教课中,需要给学生叙述两种解题方法──“整体法”和“隔绝法”。
如图 1-15 所示:把质量为 M 的的物体放在圆滑 的水平 高台上,用一条能够忽视质量并且不变形的细.. ..绳绕过定滑轮把它与质量为 m 的物体连结起来,求:物体 M 和物体 m 的运动加快度各是多大?⒈ “整体法”解题采纳此法解题时,把物体M 和 m 看作一个整体 ,它们的..总质量为 ( M+m )。
把经过细绳连结着的 M 与 m 之间的相互作使劲看作是内力 ,既然水平高台是圆滑无阻力的,那么这个..整体所受的外力 就只有 mg 了。
又因细绳不发生形变, 所以 M..与 m 应拥有共同的加快度 a 。
现将牛顿第二定律用于此题,则可写出以下关系式:mg=(M+m)a所以,物体 和物体所共有的加快度为:amgMmM m⒉ “隔绝法”解题采纳此法解题时,要把物体M 和 m 作为两个物体隔走开 分别进行受力剖析,所以经过细绳连结着的M 与 m 之间的相. 互作使劲 T 一定标出,并且对 M 和 m 独自 来看都是外力(如 . .. .. 图 1-16 所示)。
依据牛顿第二定律对物体M 可列出下式: T=Ma①依据牛顿第二定律对物体m 可列出下式: mg-T=ma ② 将①式代入②式: mg-Ma=mamg=(M+m)a所以物体和物体所共有的加快度为:amgMmmM最后我们还有一个建议:讨教师给学生讲完上述的例题后,让学生自己独立推导如图 1-17 所示的另一个例题:用细绳连结绕过定滑轮的物体 M 和 m ,已知 M>m ,可忽视阻力,求物体M 和 m 的共同加快度 a 。
假如学生能不在老师提示的状况下独立地导出:aM mg ,就表示学Mm生已经初步地掌握了 “连结体运动的解题方法了。
(假如教师是采纳小测试的方式进行观察的, 还可统计一下: 采纳“整体法” 解题的学生有多少?采纳 “隔绝法”解题的学生有多少?进而认识学生的思想习惯。
高中物理复习:连接体问题、板块模型、传送带模型
高中物理复习:连接体问题、板块模型、传送带模型考点一连接体问题[知能必备]1.连接体问题模型弹力连接、摩擦力连接、轻绳连接、轻杆连接、弹簧连接.2.解题方略:要充分利用“加速度相等”这一条件或题中特定条件,交替使用整体法与隔离法解题.可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力.即“先整体求加速度,后隔离求内力”.[典例剖析](多选)如图,三个质量均为1 kg的物体A、B、C叠放在水平桌面上,B、C用不可伸长的轻绳跨过一光滑轻质定滑轮连接,A与B之间、B与C之间的接触面以及轻绳均与桌面平行,A与B之间、B与C之间以及C与桌面之间的动摩擦因数分别为0.4、0.2和0.1,重力加速度g取10 m/s2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.用力F沿水平方向拉物体C,以下说法正确的是()A.拉力F小于11 N时,不能拉动CB.拉力F为17 N时,轻绳的拉力为4 NC.要使A、B保持相对静止,拉力F不能超过23 ND.A的加速度将随拉力F的增大而增大【思路点拨】解此题关键有两点:(1)利用整体法和隔离法选取研究对象,进行正确受力分析,注意摩擦因数的不同及摩擦力的大小和方向.(2)正确判断“相对滑动”的临界条件.解析:AC当C物体即将运动时,C物体水平方向受桌面给C的向右的摩擦力f桌,绳子向右的拉力T,B给C向右的摩擦力f BC,其中f桌=0.1(m A+m B+m C)g=3 N,f BC=0.2(m A +m B)=4 N,当即将滑动时应有F=f桌+f BC+T,T=f BC=4 N,可解得F=11 N,故A正确;因此B和C的加速度大小相等,在A和B即将发生相对滑动,对A受力分析可得,f AB=0.4m A g =m A a,对AB整体受力分析可得T-f BC=(m A+m B)a,对C物体受力分析可得F-T-f BC-f 桌=m C a ,联立解得F =23 N ,说明A 和B 发生相对滑动的临界力大小为F =23 N ,故C 正确;当F =17 N 时,A 和B 没有发生相对滑动,此时对AB 整体T -f BC =(m A +m B )a 1,对C 物体受力分析F -T -f BC -f 桌=m C a 1,联立解得T =8 N ,故B 错误;当拉力增大,A 和B 发生相对滑动时,则A 物体受到滑动摩擦力,加速度为a =0.4g =4 m/s 2,加速度不变,D 错误.[题组精练]1.如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上,有质量相等的两物块用轻绳连接,用沿斜面的力F =40 N 使两物块一起向上加速运动.则轻绳的拉力为( )A .10 NB .20 NC .30 ND .40 N解析:B 以两物块为研究对象,利用牛顿第二定律,有F -2mg sin 30°=2ma ,以靠下的物块为研究对象,设轻绳的拉力为F T ,根据牛顿第二定律,有F T -mg sin 30°=ma ,代入数据,解得F T =20 N ,ACD 错误,B 正确.2.(2021·苏州一模)如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m 、2m和3m 的三个木块,其中质量为2m 和3m 的木块间用一不可伸长的水平轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为F T .现用水平拉力F 拉质量为3m 的木块,使三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确的是( )A .质量为2m 的木块受到四个力的作用B .当F 逐渐增大到F T 时,轻绳刚好被拉断C .当F 逐渐增大到1.5F T 时,轻绳还不会被拉断D .轻绳刚要被拉断时,质量为m 和2m 的木块间的摩擦力为23F T 解析:C 质量为2m 的木块受五个力的作用,A 项错误;当绳的拉力为F T 时,对m 和2m 有F T =3ma ,此时对整体有F =6ma ,可得F =2F T ,故B 项错误,C 项正确;轻绳刚要被拉断时,质量为m 和2m 的木块间的摩擦力为13F T ,故D 项错误. 3.如图所示,一根不可伸长的轻绳一端系住小球,另一端固定在光滑直角斜劈顶端O 点,轻绳与斜面平行,斜劈底面水平.使小球和斜劈做下列运动,下面5种运动中,小球对斜面的压力可能为零的是( )①一起水平向左加速; ②一起水平向右加速;③一起竖直向上加速; ④一起竖直向下加速;⑤绕过O点的竖直轴一起匀速转动.A.①②③B.②③⑤C.②④⑤D.①③④解析:C①若一起水平向左加速,小球受合外力水平向左,斜面对小球的支持力的水平分力与绳子拉力的水平分力的合力水平向左,因此支持力不可能为零,①错误;②一起水平向右加速,当绳子拉力的竖直分量恰好等于重力时,斜面的支持力为零,绳子拉力的水平分力就是合外力,②正确;③一起竖直向上加速,绳子拉力与支持力的合力竖直向上,大于重力,绳子拉力不可能为零,因此支持力不可能为零,③错误;④一起竖直向下加速,当加速度等于g时,绳子拉力减小为零时,此时斜面的支持力也为零,④正确;⑤绕过O点的竖直轴一起匀速转动,合力指向转轴,当角速度足够大时,绳子拉力的竖直分量恰好等于重力时,斜面的支持力为零,⑤正确.考点二板块模型[知能必备]1.审题建模:求解时应先仔细审题,弄清楚题目的含义、分析清楚每一个物体的受力情况、运动情况.2.求加速度:准确求出各物体在各运动过程的加速度(注意两过程的连接处加速度可能突变).3.做好两分析[典例剖析](经典高考题)如图所示,质量相等的物块A和B叠放在水平地面上,左边缘对齐.A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A,A立即获得水平向右的初速度,在B 上滑动距离L后停下.接着敲击B,B立即获得水平向右的初速度,A、B都向右运动,左边缘再次对齐时恰好相对静止,此后两者一起运动至停下.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.求:(1)A 被敲击后获得的初速度大小v A ;(2)在左边缘再次对齐的前、后,B 运动加速度的大小a B 、a B ′;(3)B 被敲击后获得的初速度大小v B .【解题策略】(1)读题审题:①A 与B 、B 与地面间的动摩擦因数均为μ――→想到地面与B 间的摩擦力是A 与B 间的摩擦力的2倍②左边缘再次对齐时恰好相对静止――→想到B 与A 的位移差等于第一次A 的位移(2)情境转化:①敲击A 后―→A 做匀减速直线运动②敲击B 后―→B 做匀减速直线运动、A 做匀加速直线运动③A 、B 相对静止后―→A 、B 整体做匀减速直线运动解析:(1)由牛顿运动定律知,A 加速度的大小a A =μg由匀变速直线运动得2a A L =v 2A 解得v A =2μgL (2)设A 、B 的质量均为m对齐前,B 所受合外力大小F =3μmg由牛顿运动定律F =ma B ,得a B =3μg对齐后,A 、B 整体所受合外力大小F ′=2μmg由牛顿运动定律F ′=2ma B ′,得a B ′=μg(3)经过时间t ,A 、B 达到共同速度v ,位移分别为x A 、x B ,A 加速度的大小等于a A 则v =a A t ,v =v B -a B tx A =12a A t 2,x B =v B t -12a B t 2 且x B -x A =L解得v B =22μgL答案:(1)2μgL (2)3μg μg (3)22μgL解答“板块”问题时要注意:“一个转折、两个关联”(1)一个转折:即滑块与长木板达到相同的速度时或滑块离开长木板时的受力情况以及运动状态的变化为转折点.(2)两个关联:即发生转折前后滑块和长木板的受力情况以及滑块与长木板的位移之间的关联,必要时要通过作草图把握关系.当有外力作用在木板上的物块或木板上时,一般用动力学观点借助牛顿运动定律和运动学公式就能求解,做好两物体的受力分析和运动过程分析是解决此类问题的关键点和突破口.[题组精练]1.如图所示,静止在水平地面上的木板(厚度不计)质量为m1=1 kg,与地面间的动摩擦因数μ1=0.2,质量为m2=2 kg 且可看成质点的小物块与木板和地面间的动摩擦因数均为μ2=0.4,以v0=4 m/s的水平速度从左端滑上木板,经过t=0.6 s滑离木板,g取10 m/s2,以下说法正确的是() A.木板的长度为1.68 mB.小物块离开木板时,木板的速度为1.6 m/sC.小物块离开木板后,木板的加速度大小为2 m/s2,方向水平向右D.小物块离开木板后,木板与小物块将发生碰撞解析:D由于μ2m2g>μ1(m1+m2)g,对木板由牛顿第二定律得μ2m2g-μ1(m1+m2)g=m1a1,解得a1=2 m/s2,即物块在木板上以a2=μ2g=4 m/s2向右减速滑行时,木板以a1=2 m/s2向右加速运动,在0.6 s时,物块的速度v2=1.6 m/s,木板的速度v1=1.2 m/s,B错误;物块滑离木板时,物块位移为x2=v0+v22t=1.68 m,木板位移x1=v12t=0.36 m,两者相对位移为x=x2-x1=1.32 m,即木板长度为1.32 m,A错误;物块离开木板后,木板做减速运动,加速度大小为a1′=2 m/s2,方向水平向左,C错误;分离后,在地面上物块会滑行x2′=v222a2=0.32m,木板会滑行x1′=v212a1′=0.36 m,所以两者会相碰,D正确.2.如图甲所示,一长方体木板B放在水平地面上,木板B的右端放置着一个小铁块A,在t=0时刻,同时突然给A、B初速度,其中A的初速度大小为v A=1 m/s,方向水平向左;B的初速度大小为v B=14 m/s,方向水平向右,木板B运动的vt图像如图乙所示.已知A、B的质量相等,A与B及B与地面之间均有摩擦(动摩擦因数不等),A与B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,A始终没有滑出B,取重力加速度g=10 m/s2.(提示:t=3 s时刻,A、B达到共同速度v=2 m/s;3 s时刻至A停止运动前,A向右运动的速度始终大于B的速度)求:(1)小铁块A向左运动相对地面的最大位移;(2)B运动的时间及B运动的位移大小.解析:(1)由题图乙可知,0~3 s内A做匀变速运动,速度由v A=-1 m/s变为v=2 m/s则其加速度大小为a A =v -v A t 1=2-(-1)3m/s 2=1 m/s 2,方向水平向右. 当A 水平向左运动速度减为零时,向左运动的位移最大,则s =v 2A 2a A=0.5 m. (2)设A 与B 之间的动摩擦因数为μ1,由牛顿第二定律得μ1mg =ma A则μ1=a A g=0.1 由题图乙可知,0~3 s 内B 做匀减速运动,其速度由v B =14 m/s 变为v =2 m/s则其加速度大小为a B =v B -v t 1=14-23m/s 2=4 m/s 2 方向水平向左设B 与地面之间的动摩擦因数为μ2,由牛顿第二定律得μ1mg +2μ2mg =ma B则μ2=a B -μ1g 2g=0.15 3 s 之后,B 继续向右做匀减速运动,由牛顿第二定律得2μ2mg -μ1mg =ma B ′则B 的加速度大小为a B ′=2μ2g -μ1g =2 m/s 2方向水平向左3 s 之后运动的时间为t 2=v a B ′=22s =1 s 则B 运动的时间为t =t 1+t 2=4 s0~4 s 内B 的位移x B =v B +v 2t 1+v 2t 2=25 m ,方向水平向右. 答案:(1)0.5 m (2)4 s 25 m3.(2021·山东省泰安市高三检测)如图所示,水平面上有一长度为L 的平板B ,其左端放置一小物块A (可视为质点),A 和B 的质量均为m ,A 与B 之间、B 与水平面之间的动摩擦因数均为μ=0.50,开始时A 和B 都静止,用一个水平推力作用到平板B 上,使A 和B 恰好能保持相对静止一起向右匀加速运动.当位移为x 时,将原来的推力撤去并同时用另一水平推力作用到A 上,使A 保持原来的加速度继续匀加速运动,直到脱离平板.已知重力加速度为g .求:(1)平板B 的最大速度;(2)物块A 脱离平板时的速度大小v .解析:(1)设A 和B 一起做匀加速运动的加速度大小为a ,对A ,有μmg=ma解得a=0.5g将原推力撤去时平板B的速度最大,得v2m=2ax解得B的最大速度v m=gx(2)推力作用到A上之后,A保持匀加速运动,有x A=v m t+12at2v=v m+atv2-v2m=2ax A平板B做匀减速运动,有μ·2mg-μmg=ma′解得a′=0.5g讨论两种情况:(a)物块A脱离平板时平板未停下,则对B,有x B=v m t-12a′t2A、B的位移关系满足x A-x B=L联立可解得t=2L g代入数据可得A脱离平板时的速度v=gx+0.5gL此时B的速度满足v B=v m-a′t>0可解得相应的条件为L<2x(b)物块A脱离平板时平板停下,则对B,有v2m=2a′x BA、B的位移关系同样满足x A-x B=L解得A脱离平板时的速度v=2gx+gL相应的条件为L≥2x答案:(1)gx(2)见解析考点三传送带模型[知能必备]1.模型特征一个物体以速度v0(v0≥0)在另一个匀速运动的物体上运动的力学系统可看作“传送带”模型,如图(a)(b)(c)所示.2.解题关键(1)关注两个时刻①初始时刻:物体相对于传送带的速度或滑动方向决定了该时刻的摩擦力方向.②物体与传送带速度相等的时刻:摩擦力的大小、方向或性质(滑动摩擦力或静摩擦力)可能会发生突变.(2)注意过程分解①摩擦力突变点是加速度突变点,也是物体运动规律的突变点,列方程时要注意不同过程中物理量莫混淆.②摩擦力突变点对应的状态是前一过程的末状态,也是后一过程的初状态,这是两个过程的连接点.(3)物体在倾斜传送带上运动,物体与传送带速度相同后需比较tan θ与μ的大小关系:μ>tan θ,速度相等后一起匀速;μ<tan θ,速度相等后物体的加速度向下,根据v与a的方向关系即可判定运动情况.[典例剖析]如图所示,一水平传送带以4 m/s的速度逆时针传送,水平部分长L=6 m,其左端与一倾角为θ=30°的光滑斜面平滑相连,斜面足够长,一个可视为质点的物块无初速度地放在传送带最右端,已知物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,g取10 m/s2.求物块从放到传送带上到第一次滑回传送带最远端所用的时间.【解题指导】解析:物块在传送带上,根据牛顿第二定律得,μmg=ma解得a =μg =2 m/s 2设经过时间t 1物块的速度与传送带的速度相同,则有:v =at 1,解得t 1=v a =42 s =2 s ; 经过的位移x 1=v 22a=4 m<6 m , 在传送带上匀速运动的时间t 2=L -x 1v =0.5 s物块在斜面上的加速度a ′=mg sin 30°m=5 m/s 2, 在斜面上的运动时间t 3=2v a ′=85s =1.6 s , 返回传送带在传送带上减速到零(即第一次滑回传送带最远端)的时间t 4=v a =42s =2 s 则t =t 1+t 2+t 3+t 4=6.1 s.答案:6.1 s传送带问题的分析技巧(1)理清物体与传送带间的相对运动方向及摩擦力方向是解决传送带问题的关键.(2)传送带问题还常常涉及临界问题,即物体与传送带达到相同速度,这时会出现摩擦力改变的临界状态,对这一临界状态进行分析往往是解题的突破口.[题组精练]1.如图所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v 1运行.初速度大小为v 2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A 处滑上传送带.若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v t 图像(以地面为参考系)如图乙所示.已知v 2>v 1,则( )A .t 2时刻,小物块离A 处的距离达到最大B .t 2时刻,小物块相对传送带滑动的距离达到最大C .0~t 2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向右后向左D .0~t 3时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用解析:B 0~t 1时间内小物块向左做匀减速直线运动,t 1时刻小物块向左速度减为零,此时离A 处的距离达到最大,故A 错误;t 2时刻前小物块相对传送带向左运动,之后小物块相对传送带静止,t 2时刻小物块相对传送带滑动的距离达到最大,故B 正确;0~t 2时间内小物块先减速,后反向加速,小物块受到大小不变,方向始终向右的摩擦力作用,故C 错误;t 2时刻小物块向右速度增加到与传送带相等,t 2时刻之后小物块与传送带保持相对静止随水平传送带一起匀速运动,摩擦力消失,故D 错误.2.(2021·湖北荆州二模)如图所示为货场使用的传送带的模型,传送带倾斜放置,与水平面夹角为θ=37°,传送带AB 足够长,传送皮带轮以大小为v =2 m/s 的恒定速率顺时针转动.一包货物以v 0=12 m/s 的初速度从A 端滑上倾斜传送带,若货物与皮带之间的动摩擦因数μ=0.5,且可将货物视为质点.(g =10 m/s 2,已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)(1)求货物刚滑上传送带时加速度为多大?(2)经过多长时间货物的速度和传送带的速度相同?这时货物相对于地面运动了多远?(3)从货物滑上传送带开始计时,货物再次滑回A 端共用了多长时间?解析:(1)设货物刚滑上传送带时加速度为a 1,货物受力如图所示:根据牛顿第二定律得沿传送带方向:mg sin θ+F f =ma 1垂直传送带方向:mg cos θ=F N又F f =μF N由以上三式得:a 1=g (sin θ+μcos θ)=10×(0.6+0.5×0.8) m/s 2=10 m/s 2,方向沿传送带向下.(2)货物速度从v 0减至传送带速度v 所用时间设为t 1,位移设为x 1,则有:t 1=v -v 0-a 1=1 s ,x 1=v 0+v 2t 1=7 m. (3)当货物速度与传送带速度相等时,由于mg sin θ>μmg cos θ,此后货物所受摩擦力沿传送带向上,设货物加速度大小为a 2,则有mg sin θ-μmg cos θ=ma 2,得:a 2=g (sin θ-μcos θ)=2 m/s 2,方向沿传送带向下.设货物再经时间t 2,速度减为零,则t 2=0-v -a 2=1 s 货物沿传送带向上滑的位移x 2=v +02t 2=1 m 则货物上滑的总距离为x =x 1+x 2=8 m.货物到达最高点后将沿传送带匀加速下滑,下滑加速度大小等于a 2.设下滑时间为t 3,则x =12a 2t 23,代入解得t 3=2 2 s. 所以货物从A 端滑上传送带到再次滑回A 端的总时间为t =t 1+t 2+t 3=(2+22) s. 答案:(1)10 m/s 2,方向沿传送带向下 (2)1 s 7 m (3)(2+22) s3. (2021·安徽省马鞍山市高三下学期二模)有一水平足够长的传送带,以3 m/s 的速度沿顺时针方向匀速运转,传送带右端与倾角为37°的粗糙固定斜面底端B 平滑连接,一质量为1 kg 的小滑块从斜面上A 点由静止释放,经过一段时间后,最终停在传送带与斜面的连接处.小滑块与斜面、传送带之间的动摩擦因数均为0.5,A 、B 间距离为4 m .重力加速度g =10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:(1)小滑块从释放到第一次到达B 点经历的时间;(2)小滑块第三次通过B 点的速度大小;(3)从释放到最终停止,小滑块运动的总路程.解析:(1)小滑块从A 点由静止释放向下运动mg sin θ-μmg cos θ=ma 1得a 1=2 m/s 2s AB =12a 1t 21得t 1=2 s(2)小滑块第一次滑上传送带的速度为v =a 1t 1=4 m/s此后先向左匀减速,而后向右匀加速,v =4 m/s>v 0=3 m/s ,当滑块和传送带速度相同时开始匀速,所以滑块返回B 点时速度为v 0=3 m/s滑块沿斜面向上运动的加速度为ma 2=mg sin θ+μmg cos θ解得a 2=10 m/s 2滑块第一次以初速度v 0冲上斜面后上升的最大距离x 1,滑块第三次到B 时速度为v 1,则v 20=2a 2x 1v 21=2a 1x 1联立得v 1=v 0 15=355m/s (3)滑块第一次以v 滑上传送带,向左运动的位移为s 1=v 22μg=1.6 m 滑块第二次以初速度v 1滑上传送带,由于v 1<v 0,滑块从传送带上返回B 点时速度大小仍为v 1,由第(2)问的分析知,此后滑块每次滑下斜面的速度大小是滑上斜面速度的 15 v 1=v 015 v 2=v 0⎝⎛⎭⎫152 v 3=v 0⎝⎛⎭⎫153 ……滑块第一次滑上斜面之后在斜面上的总路程s 2=2v 202a 2+2v 212a 2+2v 222a 2+… 联立可得s 2=1.125 m滑块第三次滑上传送带之后在传送带上的总路程s 3=2v 212μg +2v 222μg +2v 232μg+… 联立可得s 3=0.45 m小滑块运动的总路程s 总=s AB +2s 1+s 2+s 3=8.775 m答案:(1)2 s (2)355m/s (3)8.775 m 限时规范训练(三) 连接体问题、板块模型、传送带模型建议用时60分钟,实际用时________一、单项选择题 1.如图所示,质量分别为3 kg 、5 kg 的P 、Q 两滑块,用轻弹簧连接后置于光滑水平地面上.现用大小F =8 N 的水平拉力拉Q ,使P 、Q 一起向右做匀加速直线运动.则此过程中弹簧的弹力大小为( )A .3 NB .4 NC .5 ND .8 N解析:A 对PQ 的整体,由牛顿第二定律F =(m P +m Q )a ,对P ,T =m P a, 解得T =3 N ,故选项A 正确.2.(2021·山东省聊城市高三下学期模拟)车厢中用细线悬挂小球,通过细线的倾斜程度来检测车辆在行进过程中的加速度.如图所示,质量相同的两个光滑小球通过轻质细线分别系于车的顶部,左侧小球与车厢左侧壁接触,两细线与竖直方向的夹角相同,拉力大小分别为T 1和T 2.下列说法正确的是( )A .车可能正在向左做加速运动B .两细线的拉力T 1=T 2C .当汽车加速度增大时,T 1变小D .当汽车加速度减小时,T 2增大解析:B 对右边小球进行受力分析,沿细线方向斜右上方的拉力,和竖直向下的重力.设细线与竖直方向夹角为θ,根据牛顿第二定律有ma =mg tan θ,T 2=mg cos θ,加速度水平向右,可以判断小车可能向右加速,或者向左减速,故A 错误;同理,对左边小球受力分析,可得ma =F N -T 1sin θ,T 1=mg cos θ,联立可得T 1=T 2,故B 正确;根据上面选项的分析,可知当汽车加速度增大时, T 1不变,故C 错误;根据上面选项的分析,可知当汽车加速度减小时,小球2的细线的夹角变小,T 2变小.故D 错误.3.如图所示,在平直公路上行驶的厢式货车内,用轻绳AO 、BO 在O 点悬挂质量为5 kg 的重物,轻绳AO 、BO 与车顶部夹角分别为30°、60°.在汽车加速行驶过程中,为保持重物悬挂在O 点位置不动,重力加速度为g ,厢式货车的最大加速度( )A.g 2B .3g 3 C.3g 2 D .3g解析:B 对小球受力分析可得F A sin 30°+F B sin 60°=mg ,F B cos 60°-F A cos 30°=ma ,联立解得12·⎝⎛⎭⎫233mg -33F A -32F A =ma ,整理得33mg -233F A =ma ,当F A =0时,a 取得最大值a =33g .故选B 项. 4.如图所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v 1=2 m/s 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v 2=5 m/s 沿直线向左滑向传送带后,经过一段时间又返回光滑水平面,速率为v 2′,物体与传送带间的动摩擦因数为0.2,则下列说法正确的是( )A .返回光滑水平面时的速率为v 2′=2 m/sB .返回光滑水平面时的速率为v 2′=5 m/sC .返回光滑水平面的时间为t =3.5 sD .传送带对物体的摩擦力先向右再向左解析:A 因为传送带足够长,且顺时针转动,又因为v 1<v 2,则物体会先向左减速直到速度为0,再向右加速,最后匀速,则物体返回光滑水平面时的速率为v 2′=2 m/s ,故A 正确,B 错误;由牛顿第二定律得a =f m =μmg m =μg =2 m/s 2,则物体减速的时间为t 1=v 2a=2.5 s ,物体减速的位移为x 1=12at 21=6.25 m ,物体反向加速的时间为t 2=v 1a=1 s ,反向加速的位移为x 2=12at 22=1 m ,物体匀速的时间为t 3=x 1-x 2v 1=2.625 s ,故物体返回光滑水平面的时间为t =t 1+t 2+t 3=6.125 s ,故C 错误;由于物体是先向左减速,后反向加速,最后匀速返回,所以传送带对物体的摩擦力先向右后为0,故D 错误.5.质量为1 kg 的木板B 静止在水平面上,可视为质点的物块A 从木板的左侧沿木板上表面水平冲上木板,如图甲所示.A 和B 经过1 s 达到同一速度,之后共同减速直至静止,A 和B 运动的v t 图像如图乙所示,取g =10 m/s 2,则物块A 的质量为( )A .1 kgB .2 kgC .3 kgD .6 kg解析:C 由图像可知,物块在0~1 s 内的加速度大小为a 1=2 m/s 2,以物块为研究对象,由牛顿第二定律得μ1mg =ma 1,解得:μ1=0.2,木板在0~1 s 内的加速度大小为a 2=2 m/s 2,在1 s ~3 s 内物块与木板相对静止,一起做匀减速运动,加速度大小为a 3=1 m/s 2,AB 同速后整体为研究对象,由牛顿第二定律得:μ2(M +m )g =(M +m )a 3,解得:μ2=0.1,再以B 为研究对象,在0~1 s 内水平方向受到两个滑动摩擦力,由牛顿第二定律得:μ1mg -μ2(M +m )g =Ma 2代入数据解得A 的质量m =3 kg.6.用货车运输规格相同的两层水泥板,底层水泥板固定在车厢内,为防止货车在刹车时上层水泥板撞上驾驶室,上层水泥板按如图所示方式放置在底层水泥板上.货车以3 m/s 2的加速度启动,然后以12 m/s 匀速行驶,遇紧急情况后以8 m/s 2的加速度刹车至停止.已知每块水泥板的质量为250 kg ,水泥板间的动摩擦因数为0.75,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g =10 m/s 2,则( )A .启动时上层水泥板所受摩擦力大小为1875 NB .刹车时上层水泥板所受摩擦力大小为2000 NC .货车在刹车过程中行驶的距离为9 mD .货车停止时上层水泥板相对底层水泥板滑动的距离为0.6 m解析:C 摩擦力提供给水泥板最大的加速度为a ′=μg =7.5 m/s 2启动时,加速度小于最大加速度,上层水泥板所受摩擦力为静摩擦力,大小为f =ma =250×3 N =750 N ,A 错误;刹车时,加速度大于最大加速度,上层水泥板所受摩擦力为滑动摩擦力,其大小为f =μmg=1875 N ,B 错误;货车在刹车过程中行驶的距离为s =v 22a=9 m ,C 正确;货车停止时间为t =v a =1.5 s ,该时间内,上层水泥板滑动的距离为s ′=v t -12μgt 2=18-8.4375=9.5625 m ,货车停止时上层水泥板相对底层水泥板滑动的距离为Δs =s ′-s =0.5625 m ,D 错误.7.(2021·山东济宁高三检测)如图所示,三个物体A 、B 和C 的质量分别为2m 、m 和m ,A 、B 叠放在水平桌面上,A 通过跨过光滑定滑轮的轻绳与C 相连,定滑轮左端的轻绳与桌面平行,A 、B 间的动摩擦因数为μ(μ<1),B 与桌面间的动摩擦因数为μ3,A 、B 、桌面之间的最大静摩擦力等于相对应的滑动摩擦力,重力加速度为g ,下列说法正确的是( )A .三个物体A 、B 、C 均保持静止B .轻绳对定滑轮的作用力大小为2mgC .若A 、B 之间发生相对滑动,则需满足μ<0.2D .若A 、B 之间未发生相对滑动,则A 受到的摩擦力大小为1+2μ3mg 解析:C 物块A 与B 之间的最大静摩擦力f 1=2μmg ,物块B 与桌面间的最大静摩擦力f 2=3mg ×μ3=μmg ,显然f 2<f 1,由于μ<1,即μmg <mg ,物块B 一定与桌面间发生相对滑动,A 错误;由于物块C 加速下降,绳子拉力T <mg ,因此轻绳对定滑轮的作用力大小F =2T <2mg ,B 错误;若A 与B 间恰好将发生相对滑动时,A 与B 的加速度恰好相等,此时对物块B :f 1-f 2=ma ,对A 、B 整体:T -f 2=3ma ,对物块C: mg -T =ma ,解得μ=0.2,因此若A 、B 之间发生相对滑动,则需满足μ<0.2,C 正确;若A 、B 之间未发生相对滑动,则对整体mg -f 2=4ma ,对物块B :f -f 2=ma ,可得A 受到的摩擦力大小f =1+3μ4mg ,D 错误. 8.(2021·湖北省八市高三下学期3月联考)如图所示,传送带以10 m/s 的速度逆时针匀速转动,两侧的传送带长都是16 m ,且与水平方向的夹角均为37°.现有两个滑块A 、B (可视为质点)从传送带顶端同时由静止滑下,已知滑块A 、B 的质量均为1 kg ,与传送带间动摩擦因数均为0.5,取重力加速度g =10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.下列说法正确的是( )A .滑块A 先做匀加速运动后做匀速运动B .滑块A 、B 同时到达传送带底端C .滑块A 、B 到达传送带底端时的速度大小相等D .滑块A 在传送带上的划痕长度为5 m解析:D 两滑块都以10 m/s 的初速度沿传送带下滑,且mg sin 37°>μmg cos 37°,故传送带对两滑块的滑动摩擦力均沿斜面向上,大小也相等,故两滑块沿斜面向下的加速度大小相同,为a =g sin 37°+μg cos 37°=10 m/s 2,滑块A 先加速,加速到传送带速度所需位移为x 1=v 202a =5 m<16 m ,所需时间为t 1=v 0a=1 s ,加速到传送带速度后,由于mg sin 37°>μmg cos 37°,故不能和传送带保持相对静止,摩擦力反向,之后加速度为a ′=g sin 37°-μg cos 37°=2 m/s 2,加速到传送带底端L -x 1=v 0t 2+12a ′t 22,解得时间t 2=1 s ,到达底端共用时t =t 1+t 2=2 s ,B 滑块一直以加速度a ′加速至传送带底端L =12a ′t ′2,解得t ′=4 s ,AB 错误;A 到达底端时的速度为v A =v 0+a ′t 2=10 m/s +2×1 m/s =12 m/s ,B 到达底端时的速度为v B =a ′t ′=2×4 m/s =8 m/s ,C 错误;加速到传送带速度之时的相对位移为Δx 1=v 0t 1-x 1=10×1 m -5 m =5 m ,加速到传送带速度以后,相对位移为Δx 2=11-v 0t 2=1 m ,滑块比传送带速度快,会覆盖之前的划痕,滑块A 在传送带上的划痕长度为5 m ,D 正确.二、多项选择题9.如图甲所示,一水平传送带沿顺时针方向旋转,在传送带左端A 处轻放一可视为质点的小物块,小物块从A 端到B 端的速度—时间变化规律如图乙所示,t =6 s 时恰好到达B 点,重力加速度g 取10 m/s 2,则( )。
高三物理高考二轮复习专题课件:连接体问题
要点总结
• 整体法与隔离法在较为复杂的问题中常常需要有 机地结合起来联合、交叉运用,这将会更快捷有 效.
在选用整体法和隔离法时可依据所求进行 选择,若所求力为外力则应用整体法; 若所求力为内力则用隔离法,但在具体 应用时,绝大多数题目要求两种方法结 合应用,且应用顺序也较为固定,即求 外力时,先隔离后整体;求内力时,先 整体后隔离.先整体或先隔离的目的都 是为了求解共同的加速度.
• (2009· 高考安徽理综)在2008年北京残奥会开幕式上运动员手 拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚韧 不拔的意志和自强不息的精神.为了探求上升过程中运动员与 绳索和吊椅间的作用,可将过程简化.一根不可伸缩的轻绳跨 过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动
员拉住,如图所示.设运动员的质量为65kg,吊椅的质量为
课堂小结
本节课重点学习了连接体问题的解决对策——整体法和隔离法。 包括整体法和隔离法的选取原则、运用整体法和隔离法解题的基本步 骤、用整体法和隔离法解决连接体问题的注意事项。通过学习知道隔 离法与整体法,不是相互对立的,一般问题的求解中,随着研究对象的转 化,往往两种方法交叉运用,相辅相成.所以,两种方法的取舍,并无绝对 的界限,必须具体分析,灵活运用.无论哪种方法均以尽可能避免或减少 非待求量(即中间未知量的出现,如非待求的力,非待求的中间状态或过 程等)的出现为原则。
展望高考
• 连接体问题在高考命题中由来已久,考查频率较高 ,考查要求为‖级,多以选择题的形式出现,着 重考查考生的综合分析能力,起初多是以平衡态下 的连接体问题呈现在卷面上,随着高考对考生能力 要求的不断提高,近几年加强了对非平衡态下连接 体的考查力度。
一、知识点回顾——连接体
高中物理必修一牛顿运动定律——连接体问题
高中物理必修一牛顿运动定律——连接体问题1.如图所示,质量为M的小车放在光滑的水平面上,小车上用细线悬吊一质量为m的小球,M>m,用一力F水平向右拉小球,使小球和车一起以加速度a向右运动时,细线与竖直方向成θ角,细线的拉力为F1.若用一力F′水平向左拉小车,使小球和其一起以加速度a′向左运动时,细线与竖直方向也成θ角,细线的拉力为F′1.则()A.a′=a,F′1=F1B.a′>a,F′1=F1C.a′<a,F′1=F1D.a′>a,F′1>F12.如图所示,一块足够长的轻质长木板放在光滑水平地面上,质量分别为m A=1 kg和m B =2 kg的物块A、B放在长木板上,A、B与长木板间的动摩擦因数均为μ=0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.现用水平拉力F拉A,取重力加速度g=10 m/s2.改变F的大小,B的加速度大小可能为()A.1 m/s2B.2.5 m/s2C.3 m/s2D.4 m/s23.如图所示,甲、乙两个物块用平行于斜面的细线连接。
用沿斜面向上的拉力F拉甲物块,使甲、乙两物块一起沿光滑斜面向上做匀加速运动。
某时刻撤去拉力F,则撤去拉力的一瞬间,下列说法正确的是()A.甲、乙都受三个力作用B.甲、乙的速度相同C.甲的加速度大于乙的加速度D.甲受到的合力一定沿斜面向下,乙受到的合力可以沿斜面向上4.我国航天员要在天宫1号航天器实验舱的桌面上测量物体的质量,采用的方法如下:质量为m1的标准物A的前后连接有质量均为m2的两个力传感器.待测质量的物体B连接在后传感器上.在某一外力作用下整体在桌面上运动,如图所示.稳定后标准物A 前后两个传感器的读数分别为F 1、F 2,由此可知待测物体B 的质量为( )A.F 1(m 1+2m 2)F 1-F 2B.F 2(m 1+2m 2)F 1-F 2C.F 2(m 1+2m 2)F 1D.F 1(m 1+2m 2)F 25.质量为M 的皮带轮工件放置在水平桌面上,一细绳绕过皮带轮的皮带槽,一端系一质量为m 的重物,另一端固定在桌面上.如图所示,工件与桌面、绳之间以及绳与桌面边缘之间的摩擦都忽略不计,桌面上绳与桌面平行,则重物下落过程中,工件运动的加速度为( )A.2mg M +4m B.2mg M +2mC.mg2MD.mgM +m6.如图所示,用力F 拉A 、B 、C 三个物体在光滑水平面上运动,现在中间的B 物体上加一块橡皮泥,它和中间的物体一起运动,且原拉力F 不变,那么加上物体以后,两段绳的拉力T a 和T b 的变化情况是( )A .T a 增大B .T b 增大C .T a 减小D .T b 减小7.(多选)如图所示,甲图为光滑水平面上质量为M 的物体,用细线通过定滑轮与质量为m 的物体相连,由静止释放M ;乙图为同一物体M 在光滑水平面上用细线通过定滑轮受到竖直向下拉力F 的作用,拉力F 的大小与m 的重力相等,由静止释放M ,开始时M 距桌边的距离相等,则( )A .甲、乙两图中M 的加速度相等,均为mgMB .甲、乙两图中细线受到的拉力相等C .甲图中M 到达桌边用的时间较长,速度较小D .甲图中M 的加速度为a M =mg M +m,乙图中M 的加速度为a M ′=mgM8.如图所示,质量均为m 的A 、B 两物体叠放在竖直弹簧上并保持静止,用大小等于mg 的恒力F 向上拉B ,运动距离h 时,B 与A 分离.下列说法正确的是( )A .B 和A 刚分离时,弹簧长度等于原长 B .B 和A 刚分离时,它们的加速度为gC .弹簧的劲度系数等于mgh D .在B 与A 分离之前,它们做匀加速直线运动9.如图所示,光滑水平面上,质量分别为m 、M 的木块A 、B 在水平恒力F 作用下一起 以加速度a 向右做匀加速运动,木块间的轻质弹簧劲度系数为k ,原长为L 0,则此时木块A 、B 间的距( )A .L 0+Ma kB .L 0+makC .L 0+MFk (M +m )D .L 0+F -mak10.质量为2m 的物体A 和质量为m 的物体B 相互接触放在水平面上,如图所示。
高三一轮复习牛顿运动定律:连接体问题
必修 第一册 第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律----连接体问题知识梳理1.连接体:多个相互关联的物体连接(叠放,并排或由绳子、细杆联系)在一起的物体组称为连接体. 特点:连接体一般具有相同的运动情况(速度相同、加速度相同).2.连接体的解题方法:整体法与隔离法(1)整体法:当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时,可以把系统内的所有物体看成一个整体,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法.注意:采用整体法时只分析外力,不分析内力.(2)隔离法:当求系统内物体间相互作用的内力时,常把某个物体从系统中隔离出来,单独进行分析,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法. 3.求内力时,必须用隔离法;求外力时,一般用整体法比较简单。
4.整体法应用的条件:只要几个物体的加速度相同(加速度大小,方向相同)5.物体的加速度不同(加速度大小相等,方向不同)时,定量计算时,一般用隔离法;定性分析时可以用整体法。
典例1:(1)如图所示,质量分别为 A m 、B m 的A 、B 两物块用轻线连接放在光滑的水平面上,用水平拉力F 拉A ,使它们匀加速运动,求轻线上的张力T=?(2)如图所示,质量分别为 A m 、B m 的A 、B 两物块用轻线连接放在水平面上,用水平拉力F 拉甲,使它们匀加速运动,A 、B 与水平面的动摩擦因数均为μ,求轻线上的张力T=?(3)如图所示,质量分别为m A 、m B 的A 、B 两物块用轻线连接放在倾角为θ的斜面上,用始终平行于斜面向上的拉力F 拉A ,使它们沿斜面匀加速上升,A 、B 与斜面的动摩擦因数均为μ,求轻线上的张力T=?结论:典例2:μ=0(光滑) μ≠0 (粗糙) μ≠0 (粗糙)倾角θFABFABFAB结论:物体A 、B 间的相互作用力为:F m m m F BA BAB +=①物体间的相互作用力F AB 与接触面的粗糙程度(只要动摩擦因数μ相同)无关; ②物体间的相互作用力F AB 与接触面的倾斜程度无关。
高中物理必修1相互作用连接体问题
B θAF 连接体问题一、连接体:当两个或两个以上的物体通过绳、杆、弹簧相连,或多个物体直接叠放在一起的系统 二、处理方法——整体法与隔离法 1、连接体整体运动状态相同:1、如图所示,光滑水平面上有质量分别为m 1和m 2的甲、乙两木块,两木块中间用一原长为L 、劲度系数为k 的轻质弹簧连接起来,现用一水平力F 向左推木块乙,当两木块一起匀加速运动时,两木块之间的距离是( )A .km m Fm L )(212++B .km m Fm L )(211+-C .km Fm L 21-D .km Fm L 12+2、如图所示,质量为M 的斜面A 置于粗糙水平地面上,动摩擦因数为μ,物体B 与斜面间无摩擦。
在水平向左的推力F 作用下,A 与B 一起做匀加速直线运动,两者无相对滑动。
已知斜面的倾角为θ,物体B 的质量为m ,则它们的加速度a 及推力F 的大小为( ) A 、 )sin ()(,sin θμθ++==g m M F g a B 、θθcos )(,cos g m M F g a +== C 、)tan ()(,tan θμθ++==g m M F g a D 、 g m M F g a )(,cot +==μθ3、 如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m 、2m 的A 、B 两个物体,A 、B 间的最大静摩擦力为μmg ,现用水平拉力F 拉B ,使A 、B 以同一加速度运动,则拉力F 的最大值为( )A .μmgB .2μmgC .3μmgD .4μmg4、如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m 、2m 和3m 的三个木块,其中质量为2m 和3m 的木块间用一不可伸长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为F T .现用水平拉力F 拉质量为3m 的木块,使三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确的是( ) A .质量为2m 的木块受到四个力的作用 B .当F 逐渐增大到F T 时,轻绳刚好被拉断 C .当F 逐渐增大到1.5F T 时,轻绳还不会被拉断D .轻绳刚要被拉断时,质量为m 和2m 的木块间的摩擦力为2/3F T5、如图3-3-4所示,用水平力F 拉着三个物体A 、B 、C 在光滑的水平面上一起运动.现在中间物体上另置一小物体,且拉力不变,那么中间物体两端绳的拉力大小T a 和T b 的变化情况是 ( ) A .T a 增大,T b 减小 B .T a 增大,T b 增大 C .T a 减小,T b 增大D .T a 减小,T b 减小6、如图所示,小车的质量为M ,人的质量为m ,人用恒力F 拉绳,若人与车保持相对静止,且地面为光滑的,又不计滑轮与绳的质量,则车对人的摩擦力不可能是( )A .0B .(m -Mm +M)F ,方向向右 C .(m -M m +M )F ,方向向左 D .(M -mm +M)F ,方向向右 7.(多选)如图所示,质量为2m 的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上,并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为1m 的物体,与物体1相连接的绳与竖直方向成θ角,则( ) A. 车厢的加速度为θsin gB. 绳对物体1的拉力为θcos 1gmC. 底板对物体2的支持力为g m m )(12-D. 物体2所受底板的摩擦力为θtan 2g m8、两个质量相同的物体1和2紧靠在一起放在光滑水平桌面上,如图所示。
连接体问题——高考物理热点模型(解析版)
连接体问题模型概述1.连接体:两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体.如几个物体叠放在一起,或并排放在一起,或用绳子、细杆等连在一起,在求解连接体问题时常用的方法为整体法与隔离法.2.常见类型①物物叠放连接体:两物体通过弹力、摩擦力作用,具有相同的速度和加速度②轻绳连接体:轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等.③轻杆连接体:轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度和加速度.④弹簧连接体:在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度、加速度不一定相等;在弹簧形变最大时,两端连接体的速度、加速度相等.3.方法:整体法与隔离法,正确选取研究对象是解题的关键.①整体法:若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求系统内各物体之间的作用力,则可以把它们看作一个整体,根据牛顿第二定律,已知合外力则可求出加速度,已知加速度则可求出合外力.②隔离法:若连接体内各物体的加速度不相同,则需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.③若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即“先整体求加速度,后隔离求内力”.4.力的“分配”地面光滑两物块在力F 作用下一起运动,系统的加速度与每个物块的加速度相同,若外力F 作用于m 1上,则m 1和m 2的相互作用力F 弹=m 2m 1+m 2F ,若作用于m 2上,则F 弹=m 1m 1+m 2F 。
此“分配”与有无摩擦无关(若有摩擦,两物体与接触面间的动摩擦因数必须相同),与两物体间有无连接物、何种连接物(轻绳、轻杆、轻弹簧)无关,而且无论物体系统处于平面、斜面还是竖直方向,此“分配”都成立。
5.关联速度连接体轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度大小总是相等。
下面三图中A 、B 两物体速度和加速度大小相等,方向不同。
关联速度连接体做加速运动时,由于加速度的方向不同,一般分别选取研究对象,对两物体分别列牛顿第二定律方程,用隔离法求解加速度及相互作用力。
高中物理连接体问题习题汇总
高中物理连接体问题汇总一、选择题(共5题)1、质量分别是m 和 2 m 的两个物体用一根轻质弹簧连接后再用细绳悬挂,m在上,2m在下,细绳连接在m上,并悬挂于天花板。
稳定后将细绳剪断,则剪断的瞬间,下列说法正确的是(g 是重力加速度)()A .质量为m 的物体加速度是 0B .质量为2 m 的物体加速度是gC .质量为m 的物体加速度是 3 gD .质量为2 m 的物体加速度是 3 g2、质量为 3kg 的物体 A 静止于竖直的轻弹簧上,质量为2kg 的物体 B 用细线悬挂,A 、B 间相互接触但无压力,取重力加速度g=10N/kg。
某时刻将细线剪断,则细线剪断瞬间()A .弹簧的弹力大小为50NB . A 的加速度为零C . B 对 A 的压力大小为12ND . B 的加速度大小为5m/s23、A 、 B 两木块间连一轻弹簧,A在上B在下, A 、 B 质量相等,一起静止地放在一块光滑木板上,重力加速度为g 。
若将此木板突然抽去,在此瞬间, A 、 B 两木块的加速度分别是()A .aA =0, aB=2gB .aA =g, aB=gC .aA =0, aB=0D .aA =g,aB=2g4、如图所示,光滑水平面上有叠放在一起的长方形物体 A 和 B ,A在上,B在下,质量均为m ,它们之间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g 。
现在物体 A 上施加一水平外力F ,下列说法不正确的是()A .B 受到的摩擦力可能等于F/2B . B 受到的摩擦力一定等于μmgC .当 F=5μmg/3时, A 、 B 还没相对滑动D .当F=7μmg/3时, A 、 B 一定相对滑动5、质量为1KG的木板静止在光滑水平面上,一个小木块(可视为质点)质量也为1KG,以初速度V=4m/s从木板的左端开始向右滑,木块与木板之间的动摩擦因数为 0.2 ,要使木块不会从木板右端滑落,则木板的长度至少为()A .5mB .4mC .3mD .2m二、填空题(共2题)1、如图所示,质量分别为 10kg 和5kg 的长方形物体A 和B 静止叠放在水平桌面上。
高中物理连接体问题精选(含答案)
(2)若使物块 不与 相碰,则 应满足什么条件?
(3)若 时,求物块 由最初位置上升的最大高度?
(4)若在(3)中物块 由最高位置下落,拉紧轻绳后继续下落,求物块 拉紧轻绳后下落的最远距离?
题型四 通过弹簧的连接体问题
例题5如图,质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B相连,弹簧的劲度系数为k,A、B都处于静止状态。一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体A,另一端连一轻挂钩。开始时各段绳都处于伸直状态,A上方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上升一质量为m3的物体C并从静止状态释放,已知它恰好能使B离开地面但不继续上升。若将C换成另一个质量为(m1+m3)的物体D,仍从上述初始位置由静止状态释放,则这次B刚离地时D的速度的大小是多少?已知重力加速度为g。
变式10如图所示,用半径为0.4m的电动滚轮在长薄铁板上表面压轧一道浅槽.薄铁板的长为2.8m、质量为10kg.已知滚轮与铁板、铁板与工作台面间的动摩擦因数分别为0.3和0.1.铁板从一端放人工作台的滚轮下,工作时滚轮对铁板产生恒定的竖直向下的压力为100N ,在滚轮的摩擦作用下铁板由静止向前运动并被压轧出一浅槽.已知滚轮转动的角速度恒为5rad/s,g取10m/s2.
4.两个质量相同的小球用不可伸长的细线连结,置于场强为E的匀强电场中,小球1和小球
2均带正电,电量分别为q1和q2(q1>q2)。将细线拉直并使之与电场方向平行,如图所示。
若将两小球同时从静止状态释放,则释放后细线中的张力T为(不计重力及两小球间的库
仑力)()
A. B.
C. D.
5.如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m、2m和3m的三个木块,其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为FT。现用水平拉力F拉质量为3m的木块,使三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确的是( )
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如图1-15所示:把质量为M的的物体放在光滑的水平高台上,用一条可以忽略质量而且不变形的细绳绕过定滑轮把它与质量为m的物体连接起来,求:物体M和物体m的运动加速度各是多大?⒈“整体法”解题采用此法解题时,把物体M和m看作一个整体,它们的总质量为(M+m)。
把通过细绳连接着的M与m之间的相互作用力看作是内力,既然水平高台是光滑无阻力的,那么这个整体所受的外力就只有mg了。
又因细绳不发生形变,所以M与m应具有共同的加速度a。
现将牛顿第二定律用于本题,则可写出下列关系式:mg=(M+m)a所以,物体M和物体m所共有的加速度为:⒉“隔离法”解题采用此法解题时,要把物体M和m作为两个物体隔离开分别进行受力分析,因此通过细绳连接着的M与m之间的相互作用力T必须标出,而且对M和m单独来看都是外力(如图1-16所示)。
根据牛顿第二定律对物体M可列出下式:T=Ma ①根据牛顿第二定律对物体m可列出下式:mg-T=ma ②将①式代入②式:mg-Ma=ma mg=(M+m)a所以物体M和物体m所共有的加速度为:最后我们还有一个建议:请教师给学生讲完上述的例题后,让学生自己独立推导如图1-17所示的另一个例题:用细绳连接绕过定滑轮的物体M和m,已知M>m,可忽略阻力,求物体M和m的共同加速度a。
:【思路整理】⒈既然采用“整体法”求连接体运动的加速度比较简便?为什么还要学习“隔离法”解题呢?这有两方面的原因:①采用“整体法”解题只能求加速度a,而不能直接求出物体M与m之间的相互作用力T。
采用“隔离法”解联立方程,可以同时解出a与T。
因此在解答比较复杂的连接体运动问题时,还是采用“隔离法”比较全面。
②通过“隔离法”的受力分析,可以复习巩固作用力和反作用力的性质,能够使学生加深对“牛顿第三定律”的理解。
⒉在“连接体运动”的问题中,比较常见的连接方式有哪几种?比较常见的连接方式有三种:①用细绳将两个物体连接,物体间的相互作用是通过细绳的“张力”体现的。
在“抛砖引玉”中所举的两个例题就属于这种连接方式。
②两个物体通过“摩擦力”连接在一起。
③两个物体通互相接触推压连接在一起,它们间的相互作用力是“弹力”。
⒊“连接体运动”问题是否只限于两个物体的连接?不是。
可以是三个或更多物体的连接。
在生活中我所见的一个火车牵引着十几节车厢就是实际的例子。
但是在中学物理解题中,我们比较常见的例题、习题和试题大多是两个物体构成的连接体。
只要学会解答两个物体构成的连接体运动问题,那么解答多个物体的连接体运动问题也不会感到困难,只不过列出的联立方程多一些,解题的过程麻烦一些。
二、解题范例例题1:如图1-18所示:在光滑的水平桌面上放一物体A,在A上再放一物体B,物体A和B间有摩擦。
施加一水平力F于物体B,使它相对于桌面向右运动。
这时物体A相对于桌面A. 向左运B. 向右运C. 不动D. 运动,但运动方向不能判断。
【思维基础】解答本题重要掌握“隔离法”,进行受力分析。
分析思路:物体A、B在竖直方向是受力平衡的,与本题所要判断的内容无直接关系,可不考虑。
物体B在水平方向受两个力:向右的拉力F,向左的A施于B的摩擦力f,在此二力作用下物体B相对于桌面向右运动。
物体A在水平方向只受一个力:B施于A的向右的摩擦力f,因此物体A应当向右运动。
注1、水平桌面是光滑的,所以对物体A没有作用力。
注2、物体A与物体B间的相互摩擦力是作用力和反作用力,应当大小相等、方向相反、同生同灭,分别作用于A和B两个物体上。
答案:(B)例题2:如图1-19所示:两个质量相同的物体1和2紧靠在一起,放在光滑水平桌面上,如果它们分别受到水平推力F1和F2,且F1>F2,则物体1施于物体2的作用力的大小为:A. F1B. F2C. (F1+F2)D. (F1-F2)【思维基础】:解答本题不应猜选答案(这是目前在一些中学生里的不良倾向),而应列出联立方程解出答案,才能作出正确选择。
因此掌握“隔离法”解题是十分重要的。
分析思路:已知物体1和2的质量相同,设它们的质量都为m;设物体1和2之间相互作用着的弹力为N;设物体1和2运动的共同加速度为a。
则运用“隔离法”可以列出下列两个方程:F1-N=ma ①N-F2=ma ②∵①、②两式右端相同∴F1-N=N-F2 2N=F1+F2 得出:N=(F1+F2) 答案:(C)【模仿学习】为了提高学生的解题能力,我们还需要讲述综合性例题进行指导。
例题3:一条细绳(忽略质量)跨过定滑轮在绳子的两端各挂有物体A和B(如图1-20所示),它们的质量分别是mA=0.50kg,mB=0.10kg。
开始运动时,物体A距地面高度hA=0.75m,物体B距地面高度hB=0.25m,求:物体A 落地后物体B上升的最大高度距地面多少米?启发性问题:⒈在本题中细绳连接着物体A和B一块运动,这是一种什么类型的动力学问题?⒉在运动过程中物体A和B的加速度大小相同吗?求它们的加速度有几种方法?⒊当物体A落到地面时物体B开始作什么性质的运动?⒋有人说物体B上升的最大高度H=hA+hB,你认为是否正确?为什么?⒌在求解过程中本题需要运用哪些关系式?(请你先把所需的关系式写在纸上,然后通过解题和对照后面答案看看是否写完全了。
)分析与说明:⒈本题属于“连接体运动问题”。
⒉物体A和B的加速度大小是相同的。
求它们的加速度有两种方法──“整体法”和“隔离法”。
由于本题不需要求出细绳的张力,所以采用“整体法”求加速度比较简便。
⒊当物体A落到地面时,因为物体B有向上运动的速度,所以物体B不会立即停止运动,而是开始作竖直上抛运动直至升到最大高度。
物体A落地时的末速度VAt与物体B作竖直上抛运动的初速度VB0是大小相等的(但方向相反)。
⒋认为物体B上升的最大高度H=hA+hB是不正确的。
这种错误是由于没有考虑到物体B作竖直上抛运动继续上升的高度h上。
所以物体B距地面的最大高度H=hA+hB+h上才是正确的。
从下列“求解过程”中可以看到解答本题所需用的关系式。
求解过程:先用整体法求出物体A 和B 共同的加速度。
)/(5.68.910.050.010.050.0)(2S m g m m m m a am m g m g m B A B A B A B A =⨯+-=+-=+=-再求物体A 落到地面时的末速度: (可暂不求出数值)因为物体A 和B 是连接体运动,所以物体A 落地时的末速度与物体B 作竖直上抛运动的初速度大小相等。
根据高一学过的匀变速运动规律Vt2-V02=2aS ,当Vt=0, V0=VB0, a=g, S=h 上可导出下式:综上所述可知物体B 距地面的最大高度是由下列三部分合成的:物体B 原来距地面的高度hB=0.25m 物体B 被物体A 通绳拉上的高度hA=0.75m物体作竖直上抛运动继续上升的高度h 上=0.50m所以物体B 距地面的最大高度为:H=hB+hA+h 上=0.25m+0.75m+0.50m=1.5m解题后的思考:物体B 所达到的最大高度是保持不住的,因为上抛至最高处时就会按自由落体的方式下落,因此物体B 停止运动后,最终的距地面高度h=hA+hB=0.75m+0.25m=1m ,但这不是物体B 在运动过程中曾经达到的最大高度。
补充说明:“竖直上抛运动”是一种匀减速运动,它的初速度V0是竖直向上的;它的加速度是重力加速度g ,方向是竖直向下的;当物体的运动速度减为零时也就达到了最大高度。
有关这类问题我们还将在下章中进行深入的讨论。
【举一反三】上面所讲的例题虽然具有典型性和综合性,但是灵活性还不够。
为了进一步提高分析问题的能力,我们讲授下列例题,加强学生的思维锻炼。
例题4:如图1-21之(a),(b)所示:将m1=4kg 的木块放在m2=5kg 的木块上,m2放在光滑的水平面上。
若用F1=12N 的水平力拉m1时,正好使m1相对于m2开始发生滑动;则需用多少牛顿的水平力(F2)拉m2时,正好使m1相对于m2开始滑动?“准备运动”(解题所需的知识与技能):解答本题的关键在于──“受力分析”和“运动分析”。
根据题意可分析出物体m1和m2之间必有相互作用着的摩擦力f 。
因此图1-22之(c),(d)所示的就是(a),(b)两种状态的受力分析图。
又因m2是置于光滑水平面上的,所以由m1和m2所构成的连接体在受到外力作用时一定会产生加速度。
由于(c),(d)图示的受力形式不同,所产生的加速度a'和a“也不同。
(还请读者注意题文中的“正好”二字,因此二物体相对滑动的瞬间仍可当作具有共同的加速度。
)解题的过程:根据前面的图(c)用隔离法可以列出下面两个方程:F1-f=m1a'①f=m2a'②由①、②两式相加可得:F1=(m1+m2)a'③根据前面图(d)用隔离法可以列出下面两个方程:F2-f=m2a“④f=m1a“⑤由④、⑤两式相加可得:F2=(m1+m2)a“⑥由③、⑥两式相除可得:⑦由②、⑤两式相除可得:即:⑧根据:⑦、⑧两式可以写出:⑨将已知量m1=4kg,m2=5kg,F1=12N代入⑨式:解出答案:F2=15N“整理运动”(解题后的思考):⒈你想到了物体m1和m2之间必存在着摩擦力吗?⒉你想到了在(a),(b)两种情况下物体m1和m2都作加速运动吗?为什么在(a),(b)两种情况下运动的加速度不相等?在解题过程中你有什么体会?你还能想出其它的解法吗?三、解题步骤⒈若连结体内(即系统内)各物体具有相同的加速度时,首先应该把这个连接体当成一个整体(可看作一个质点),分析它受到的外力和运动情况,再根据牛顿第二定律求出加速度;若要求连接体内各物体相互作用的内力,这时可把某个物体隔离出来,对它单独进行受力和运动情况的分析,再根据牛顿第二定律列式求解。
若连接体内各物体的加速度大小或方向不相同时,一般采用隔离法。
如果不要求系统内物体间的相互作用力,也可采用整体法,步骤如下:(1)分析系统受到的外力;(2)分析系统内各物体加速度的大小和方向;(3)建立直角坐标系;(4)列方程求解。
【练习与检测】选择题1. 如图1-23所示,质量分别为m1=2kg,m2=3kg的二个物体置于光滑的水平面上,中间用一轻弹簧秤连接。
水平力F1=30N和F2=20N分别作用在m1和m2上。
以下叙述正确的是:A. 弹簧秤的示数是10N。
B. 弹簧秤的示数是50N。
C. 在同时撤出水平力F1、F2的瞬时,m1加速度的大小13m/S2。
D. 若在只撤去水平力F1的瞬间,m1加速度的大小为13m/S2。
2. 如图1-24所示的装置中,物体A在斜面上保持静止,由此可知:A. 物体A所受摩擦力的方向可能沿斜面向上。
B. 物体A所受摩擦力的方向可能沿斜面向下。