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高中三年级物理

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    质量为60 kg的消防队员从一根固定的竖直金属杆上由静止滑下,经2.5 s落地。消防队员受到的竖直向上的摩擦力变化情况如图所示,取g=10 m/s2。在消防队员下滑的过程中:
    (1)他向下加速与减速的加速度大小分别多大?
    (2)他落地时的速度多大?
    (3)他克服摩擦力做的功是多少?

           


    本题信息:2011年上海模拟题物理计算题难度极难 来源:马凤霞
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本试题 “质量为60 kg的消防队员从一根固定的竖直金属杆上由静止滑下,经2.5 s落地。消防队员受到的竖直向上的摩擦力变化情况如图所示,取g=10 m/s2。在消防队员下滑...” 主要考查您对

从受力确定运动情况

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  • 从受力确定运动情况

从受力确定运动情况:

1、知道物体受到的全部作用力,应用牛顿第二定律求加速度,再应用运动学公式求出物体的运动情况。
2、分析这两点问题的关键是抓住受力情况和运动情况的桥梁——加速度。
3、由物体的受力情况求解物体的运动情况的一般方法和步骤:
①确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力图;
②根据力的合成与分解的方法,求出物体所受的合外力(包括大小和方向);
③根据牛顿第二定律列方程,求出物体的加速度;
④结合给定的物体运动的初始条件,选择运动学公式,求出所需的运动参量,并分析讨论结果是否正确合理。


动力学中临界、极值问题的解决方法:

(1)在运用牛顿运动定律解决动力学有关问题时,常常会讨论相互作用的物体是否会发生相对滑动,相互接触的物体是否会发生分离等,这类问题就是临界问题。临界问题是指物体的运动性质发生突变,要发生而尚未发生改变时的状态。此时运动物体的特殊条件往往是解题的突破口。本部分中常出现的临界条件为:
①绳子或杆的弹力为零;
②相对静止的物体间静摩擦力达到最大,通常在计算中取最大静摩擦力等于滑动摩擦力;
③接触面间弹力为零,但接触物体的速度、加速度仍相等。临界状态往往是极值出现的时刻,题目中常出现隐含临界状态的词语,如“最大”“最小”“最短”“恰好”等.
(2)解决临界问题的关键是要分析出临界状态,例如两物体刚好要发生相对滑动时,接触面上必出现最大静摩擦力,两个物体要发生分离时,相互之间的作用力——弹力必定为零。
(3)解决临界问题的一般方法
①极限法:题设中若出现“最大”“最小…‘刚好”等这类词语时,一般就隐含着临界问题,解决这类问题时,常常是把物理问题(或物理过程)引向极端,进而使临界条件或临界点暴露出来,达到快速解决有关问题的目的。
②假设法:有些物理问题在变化过程中可能会出现临界问题,也可能不出现临界问题,解答这类问题,一般要用假设法。
③数学推理法:根据分析的物理过程列出相应的数学表达式,然后由数学表达式讨论出临界条件。

变加速运动过程的分析方法:

力可以改变速度的大小,也可以改变速度的方向。在牛顿运动定律的应用中,常常会出现物体在变力作用下,对物体的运动情况作出定性判断。处理此类问题的关键是抓住力或加速度与速度之间的方向关系,即同向加速,反向减速,而至于加速度变大或变小,只是影响速度改变的快慢,如在分析自由下落的小球,下落一段时间与弹簧接触后的运动情况时,从它开始接触弹簧到弹簧被压缩到最短的过程中,加速度和速度的变化情况讨论如下(过程图示如图).

①小球接触弹簧上端后受两个力作用:向下的重力和向上的弹力,在接触后的前一阶段,重力大于弹力,合力向下,因为弹力F=kx不断增大,所以合力不断变小,故加速度也不断减小,由于加速度与速度同向,因此速度不断变大。
②当弹力逐渐增大到与重力大小相等时,合外力为零,加速度为零,速度达到最大。(注意:此位置是两个阶段的转折点)
③后一阶段,即小球到达上述平衡位置之后,由于惯性仍继续向下运动,但弹力大于重力,合力向上,且逐渐变大,因而加速度逐渐变大,方向向上,小球做减速运动,因此速度逐渐减小到零,到达最低点时,弹簧的压缩量最大。


功:

1、功的定义:力和作用在力的方向上通过的位移的乘积。是描述力对空间积累效应的物理量,是过程量。
2、功的两个必要因素:作用在物体上的力;物体在力的方向上发生的位移。
3、功的定义式:W=Fscosα,其中F是恒力,s是作用点的位移,α是力与位移间的夹角(功的单位焦耳,简称焦,符号J)。
4、功的计算
①恒力的功可根据W=FScosα进行计算,本公式只适用于恒力做功;
②根据W=P·t,计算一段时间内平均做功;
③利用动能定理计算力的功,特别是变力所做的功;
④根据功是能量转化的量度反过来可求功。


力做功情况的判定方法:

一个力对物体做不做功,是做正功还是做负功,判断的方法是:
(1)看力与位移之间的夹角,或者看力与速度之间的夹角:为锐角时,力对物体做正功;为钝角时,力对物体做负功;为直角时,力对物体不做功。
(2)看物体间是否有能量转化:若有能量转化,则必定有力做功。此方法常用于相连的物体做曲线运动的情况。

变力做功的求法:

公式只适用于求恒力做功,即做功过程中F的大小、方向始终不变。而实际问题中变力做功是常见的,如何解答变力做功问题是学习中的一个难点。不能机械地套用这一公式,必须根据有关物理规律通过变换或转化来求解。
1.用求变力做功如果物体受到的力方向不变,且大小随位移均匀变化,可用求变力F所做的功。其平均值大小 为,其中F1是物体初态时受到的力的值,F2是物体末态时受到的力的值。如在求弹簧弹力所做的功时,再如题目中假定木桩、钉子等所受阻力与击入深度成正比的情况下,都可以用此法求解。
2.用微元法(或分段法)求变力做功变力做功时,可将整个过程分为几个微小的阶段,使力在每个阶段内不变,求出每个阶段内外力所做的功,然后再求和。当力的大小不变而方向始终与运动方向间的夹角恒定时,变力所做的功形:其中s是路程。
3.用等效法求变力做功若某一变力做的功等效于某一恒力做的功,则可以应用公式来求。这样,变力做功问题就转化为了恒力做功问题。
4.用图像法求变力做功存F—l图像中,图线与两坐标轴所围“面积”的代数和表示F做的功,“面积”有正负,在l轴上方的“面积”为正,在l轴下方的“面积”为负。
5.应用动能定理求变力做功
如果我们所研究的问题中有多个力做功,其中只有一个力是变力,其余的都是恒力,而且这些恒力所做的功比较容易计算,研究对象本身的动能变化量也比较容易计算时,用动能定理就可以求出这个变力所做的功。
6.利用功能关系求变力做功
在变力做功的过程中,当有重力势能、弹性势能以及其他形式的能量参与转化时,可以考虑用功能关系求解。因为做功的过程就是能量转化的过程,并且转化过程中能量守恒。
7.利用W=Pt求变力做功
这是一种等效代换的观点,用W=Pt计算功时,必须满足变力的功率是恒定的。若功率P是变化的,则需用计算,其中当P随时间均匀变化时,


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