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高中三年级物理

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    如图所示,在高出水平地面h=1.8 m的光滑平台上放置一质量M=2 kg、由两种不同材料连接成一体的薄板A,其右段长度l1=0.2 m且表面光滑,左段表面粗糙.在A最右端放有可视为质点的物块B,其质量m=1kg,B与A左段间动摩擦因数μ=0.4。开始时二者均静止,先对A施加F=20 N水平向右的恒力,待B脱离A(A尚未露出平台)后,将A取走。B离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离x=1.2 m(取g=10 m/s2)。求:
    (1)B离开平台时的速度vB
    (2)B从开始运动到刚脱离A时,B运动的时间tB和位移xB
    (3)A左段的长度l2

    本题信息:2012年专项题物理计算题难度极难 来源:马凤霞
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本试题 “如图所示,在高出水平地面h=1.8 m的光滑平台上放置一质量M=2 kg、由两种不同材料连接成一体的薄板A,其右段长度l1=0.2 m且表面光滑,左段表面粗糙.在A最右端...” 主要考查您对

平抛运动

从受力确定运动情况

动能定理

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  • 平抛运动
  • 从受力确定运动情况
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平抛运动的定义:

将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,不考虑空气阻力,物体只在重力作用下所做的运动,叫做平抛运动。


平抛运动的特性:

以抛出点为坐标原点,水平初速度V0,竖直向下的方向为y轴正方向,建立如图所示的坐标系,在该坐标系下,对任一时刻t:

①位移
分位移(水平方向),(竖直方向);
合位移(φ为合位移与x轴夹角)。
②速度
分速度(水平方向),Vy=gt(竖直方向);
合速度(θ为合速度V与x轴夹角)。
③平抛运动时间:(取决于竖直下落的高度)。
④水平射程:(取决于竖直下落的高度和初速度)。


类平抛运动:

 (1)定义当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时,物体做类平抛运动。
 (2)类平抛运动的分解方法
  ①常规分解法:将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向(即沿合力的方向)的匀加速直线运动,两分运动彼此独立,互不影响,且与合运动具有等时性。
  ②特殊分解法:对于有些问题,可以过抛出点建立适当的直角坐标系,将加速度分解为,,初速度分解为,然后分别在x、y方向上列方程求解。
(3)类平抛运动问题的求解思路
根据物体受力特点和运动特点判断该问题属于类平抛运动问题——求出物体运动的加速度——根据具体问题选择用常规分解法还是特殊分解法求解。
(4)类抛体运动
当物体在巨力作用下运动时,若物体的初速度不为零且与外力不在一条直线上,物体所做的运动就是类抛体运动。
在类抛体运动中可采用正交分解法处理问题,基本思路为:
 ①建立直角坐标系,将外力、初速度沿这两个方向分解。
 ②求出这两个方向上的加速度、初速度。
 ③确定这两个方向上的分运动性质,选择合适的方程求解。


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。


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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