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    游乐场中有一种叫“空中飞椅”的设施,其基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上,绳子下端连接座椅,人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋,若将人和座椅看成质点,简化为如图所示的模型,其中P为处于水平面内的转盘,可绕竖直转轴OO′转动,已知绳长为l,质点的质量为m,转盘静止时悬绳与转轴间的距离为d.让转盘由静止逐渐加速转动,经过一段时间后质点与转盘一起做匀逮圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角为θ,不计空气阻力及绳重,绳子不可伸长,则质点从静止到做匀速圆周运动的过程中,绳子对质点做的功为(  )
    A.
    1
    2
    mg(d+lsinθ)tanθ+mgl(1-cosθ)
    B.
    1
    2
    mgdtanθ+mgl(1-cosθ)
    C.
    1
    2
    mg(d+lsinθ)tanθ
    D.
    1
    2
    mgdtanθ
    魔方格

    本题信息:2011年太原模拟物理单选题难度一般 来源:未知
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本试题 “游乐场中有一种叫“空中飞椅”的设施,其基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上,绳子下端连接座椅,人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋,若将人和座椅看成...” 主要考查您对

向心力

惯性

动能定理

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 向心力
  • 惯性
  • 动能定理

向心力的定义:

在圆周运动中产生向心加速度的力。


向心力的特性:

1、向心力
总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小,大小,方向总是指向圆心(与线速度方向垂直),方向时刻在变化,是一个变力。向心力可以由某个具体力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供。
2、轻绳模型
Ⅰ、轻绳模型的特点:
①轻绳的质量和重力不计;
②可以任意弯曲,伸长形变不计,只能产生和承受沿绳方向的拉力;
③轻绳拉力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻绳模型在圆周运动中的应用
小球在绳的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动的临界问题:
①临界条件:小球通过最高点,绳子对小球刚好没有力的作用,由重力提供向心力:

②小球能通过最高点的条件:(当时,绳子对球产生拉力)
③不能通过最高点的条件:(实际上小球还没有到最高点时,就脱离了轨道)
3、轻杆模型:
Ⅰ、轻杆模型的特点:
①轻杆的质量和重力不计;
②任意方向的形变不计,只能产生和承受各方向的拉力和压力;
③轻杆拉力和压力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻杆模型在圆周运动中的应用
轻杆的一端连着一个小球在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点时,轻杆对小球产生弹力的情况:
①小球能通过最高点的临界条件:(N为支持力)
②当时,有(N为支持力)
③当时,有(N=0)
④当时,有(N为拉力)


知识点拨:
向心力是从力的作用效果来命名的,因为它产生指向圆心的加速度,所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反,任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力,或某个力的分力,还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。对一个物体进行受力分析的时候,是不需要画向心力的,向心力是效果力。


知识拓展:
对于向心力的理解,同学们可以切身的体会一下。两个同学手拉手,甲同学原地,乙同学绕着甲同学转,甲同学给乙同学的拉力就是向心力,当拉力大于向心力的时候,乙同学向心(甲同学)运动,当拉力小于向心力的时候,乙同学做离心运动。

惯性:

1.定义:物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。牛顿第一定律又叫惯性定律。
2.惯性的性质:
(1)惯性是物体的固有属性:一切物体都具有惯性。
(2)惯性与运动状态无关:不论物体处于怎样的运动状态,惯性总是存在的。当物体本来静止时,它一直 “想”保持这种静止状态。当物体运动时,它一直“想” 以那一时刻的速度做匀速直线运动。
(3)惯性与是否受力无关。
3.惯性的表现形式:
惯性的具体表现形式有两种:
①当物体不受外力或所受合外力为零时,惯性表现为保持原来的运动状态不变。
②当物体受到外力作用时,惯性表现为改变运动状态的难易程度,物体惯性越大,它的运动状态越难改变。
4.惯性的量度:
惯性的大小与物体运动的速度无关,与物体是否受力无关,仅与质量有关,质量是物体惯性大小的唯一量度。质量大的物体所具有的惯性大,质量小的物体所具有的惯性小。
5.惯性与质量:
质量是物体惯性大小的唯一量度,一个物体惯性的大小意味着改变物体运动状态的难易程度。对质量的理解:
(1)从物质角度理解:质量为物体所含物质的多少:
(2)从惯性角度理解:质量是决定物体惯性大小的唯一因素。

惯性大小的判定方法:

惯性是物体的固有属性,与物体的运动情况及受力情况无关,质量是惯性大小的唯一量度。有的同学总是认为“惯性与速度有关,物体的运动速度大惯性就大,速度小惯性就小”。理由是物体的速度大时不容易停下来,速度小时就容易停下来。这说明这部分同学没能将“运动状态改变的难易程度”与“物体从运动到静止的时间长短”区分开来。事实上,要比较物体运动状态变化的难与易,不仅要考虑物体速度变化的快与慢,还要考虑引起运动状态变化的外因——外力。具体来说有两种方法:一是外力相同时比较运动状态变化的快慢;二是在运动状态变化快慢相同的情况下比较所需外力的大小。对于质量相同的物体,无论其速度大小如何,在相同阻力的情况下,相同时间内速度变化量是相同的,这说明改变它们运动状态的难易程度是相同的。所以它们的惯性相同,与它们的速度无关。
知识拓展:

关于惯性观点的辨析:

错误观点:1:物体惯性的大小与物体的受力情况、运动情况、所处位置有关。 惯性是物体本身想要保持运动状态不变的特性,它是物体本身的固有属性,与物体的受力情况、运动情况、所处位置等无关。惯性的大小用质量来量度。不同质量的物体的惯性不同,它们保持状态不变的“本领”不同,质量越大的物体,其状态变化越困难,说明它保持状态不变的“本领”越强,它的惯性越大。

错误观点2:惯性是一种力。运动不需要力来维持,但当有力对物体作用时,力将“迫使”其改变运动状态。这时惯性表现为:若要物体持续地改变运动状态,就必须持续地对物体施加力的作用,一旦某时刻失去力的作用,物体马上保持此时的运动状态不再改变。因此惯性不是力,保持运动状态是物体的本能。“物体受到惯性力”、“由于惯性的作用”、“产生惯性”、“克服惯性”、“消除惯性”等说法是不正确的。

错误观点3:惯性就是惯性定律。惯性是一切物体都具有的固有属性,而惯性定律是物体不受外力作用时所遵守的一条规律。

错误观点4:物体的速度越大.物体的惯性越大。惯性是物体本身的固有属性,与物体的运动情况无关。有的同学认为“惯性与物体的运动速度有关,速度大,惯性就大,速度小,惯性就小”。其理由是物体运动速度大时不容易停下来,运动速度小时就容易停下来,这种认识是错误的。产生这种错误认识的原因是没有正确理解“惯性大小表示物体运动状态改变的难易程度”这句话。事实上,在受力情况完全相同时,质量相同的物体,在任意相同的时间内,速度的变化量是相同的。所以质量是惯性大小的唯一量度。

动能定理:


动能定理的应用方法技巧:

 1.应用动能定理解题的基本思路
(1)选取研究对象,明确并分析运动过程。
(2)分析受力及各力做功的情况,求出总功:
 
(3)明确过程始、末状态的动能
(4)列方程,必要时注意分析题目潜在的条件,列辅助方程进行求解。
2.应用动能定理应注意的几个问题
(1)明确研究对象和研究过程,找出始末状态的速度。
(2)要对物体正确地进行受力分析,明确各力做功的大小及正负情况(待求的功除外)。
(3)有些力在物体运动过程中不是始终存在的。若物体运动过程中包括几个阶段,物体在不同阶段内的受力情况不同,在考虑外力做功时需根据情况区分对待。
3.几种应用动能定理的典型情景
(1)应用动能定理求路程在多阶段或往返运动中,如果摩擦力或介质阻力大小不变,方向与速度方向关系恒相反,则在整个过程中克服摩擦力或介质阻力所做的功等于力与路程的乘积,从而可将物体在摩擦力或介质阻力作用下通过的路程与动能定理联系起来。
(2)应用动能定理求解多过程问题物体在某个运动过程中包含几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程),此时可以分段考虑,也可以对全过程考虑,但如能对整个过程根据动能定理列式求解,则可以使问题简化。根据题意灵活地选取研究过程,可以使问题变得简单。有时取全过程简单,有时取某一阶段简单。原则是尽量使做功的力减少,各个力的功计算方便,或使初、未动能等于零。
(3)用动能定理求变力的功变力的功无法用公式直接求解,有时该力也不是均匀变化的,无法用高中知识表达平均力,此时可以考虑用动能定理间接求解。涉及功、能的极值问题在涉及功、能的极值问题中,有些极值的形成是南运动形式的临界状态造成的。如竖直平面内圆周运动的最高点、平抛运动等。有些极值的形成是由题设条件造成的。在解决涉及功、能的极值问题时,一种思路是分析运动形式的临界状态,将临界条件转化为物理方程来求解;另一种思路是将运动过程的方程解析式化,利用数学方法求极值。


知识拓展:

 1.总功的计算物体受到多个外力作用时,计算合外力的功,一般有如下三种方法:
(1)先由力的合成与分解法或根据牛顿第二定律求出合力,然后由计算。采用此法计算合力的总功时,一是要求各力同时作用在物体上。二是要求合外力是恒力。
(2)由计算各个力对物体做的功,然后将各个外力所做的功求代数和。当多阶段运动过程中不同阶段物体所受外力不同,即外力分阶段作用在物体上时常用此法求外力的总功。
(3)外力做的总功等于物体动能的变化量,在物体初、末状态已知的情况下可考虑从动能变化量来确定合外力做的功。
2.系统动能定理
动能定理实质上是一个质点的功能关系,是针对单体或可看做单个物体的物体系而言的。所谓能看成单个物体的物体系,简单来说就是物体系内各物体之间的相对位置不变,从而物体系的各内力做功之和为零.物体系的动能变化就取决于所有外力做的总功了。
但是对于不能看成单个物体的物体系或不能看成质点的物体,可将其看成是由大量质点组成的质点系,对质点系组成的系统应用动能定理时,就不能仅考虑外力的作用,还需考虑内力所做的功。即:

如人在从地面上竖直跳起的过程中,只受到了重力、地面支持力两个力的作用,而人从下蹲状态到离开地面的过程中,支持力不对人做功,重力对人做负功,但人的动能增加了,原因就在于此过程中人不能被看成单一的质点,人体内肌肉、骨骼之间的内力对人也做功。再如光滑水平面上由静止释放两带异种电荷的小球,对两小球组成的系统来说,没有外力对它们做功,但它们的动能却增加了,原因也在于它们的内力对它们做了功。
3.动能、动能的变化与动能定理的比较:


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