题目内容

如图所示，一辆有四分之一圆弧的小车停在不光滑的水平地面上，质量为m的小球从静止开始由车的顶端无摩擦滑下，且小车始终保持静止状态，地面对小车的静摩擦力最大值是（）

A．

B．

C．mg
D．

【答案】分析：因为小球只有重力做功故小球机械能守恒，由机械能守恒可求得任一位置时的速度，由向心力公式可求得小球受到的支持力；
对小车受力分析可求得静摩擦力的最大值．
解答：

解：设圆弧半径为R，当小球运动到重力与半径夹角为θ时，速度为v．
根据机械能守恒定律和牛顿第二定律有：

mv²=mgRcosθ
N-mgcosθ=m

解得小球对小车的压力为：N=3mgcosθ
其水平分量为N_x=3mgcosθsinθ=

mgsin2θ
根据平衡条件，地面对小车的静摩擦力水平向右，大小为：f=N_x=

mgsin2θ
可以看出：当sin2θ=1，即θ=45°时，地面对车的静摩擦力最大，其值为f_max=

mg；
故选A．
点评：本题中需要分别对小球和小车进行分析，找出两者间的关系；
本题的难点在于对极值的分析，需要根据题意建立出摩擦力的表达式，再由数学知识求出极值．

练习册系列答案

．
②若当时电网中交变电流的频率变为60Hz电压变为210V，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比

偏小

（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（2）某同学在验证牛顿第二定律的实验中，实验装置如图2所示．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz．开始实验时，细线上挂适当的钩码，释放小车后，小车做匀加速运动，与小车相连的纸带上被打出一系列小点．
①实验中，该同学测出拉力F（钩码重力）和小车质量M，根据a=

计算出加速度．发现绝大多数情况下，根据公式计算出的加速度要比利用纸带测出的加速度大．若该同学实验操作过程没有错误，试分析其原因．（至少写两点）

没有平衡摩擦力

、

钩码质量没有远小于M

．
②另一同学在完成同样的实验时，每次实验在吊挂之处逐次增加一个质量为50g的砝码，利用纸带测出每次小车的加速度，如果小车质量为100g，细绳质量可忽略，则如图3，下列曲线何者最适合描述小车加速度随着吊挂砝码个数的变化

．

（1）图1是一辆连有纸带的小车做匀变速直线运动时，打点计时器所打的纸带的一部分．打点频率为50Hz，图中A、B、C、D、E、F…是按时间顺序先后确定的计数点（每两个计数点间有四个实验点未画出）．用刻度尺量出AB、DE之间的距离分别是2.40cm和0.84cm．
①那么小车的加速度大小是

0.52

m/s²，方向与小车运动的方向相

反

．
②若当时电网中交变电流的频率变为60Hz，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比

小

（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（2）用如图2所示装置来验证动量守恒定律，质量为m_B的钢球B放在小支柱N上，B球离地面高度为H；质量为m_A的钢球A用细线拴好悬挂于O点，当细线被拉直时O点到球心的距离为L，且细线与竖直线之间夹角为α，球A由静止释放，摆到最低点时恰与球B发生正碰，碰撞后，A球运动到最高点时，细线与竖直线之间夹角为β，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D，用来记录球B的落点．
①用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后两球A、B的动量（设两球A、B碰前的动量分别为P_A、P_B，碰后动量分别为P_A'、P_B'），则P_A=

让球A多次从同一位置摆下，求B球落点的平均位置．

．

（1）图1是一辆连有纸带的小车做匀变速直线运动时，打点计时器所打的纸带的一部分．打点频率为50Hz，图中A、B、C、D、E、F…是按时间顺序先后确定的计数点（每两个计数点间有四个实验点未画出）．用刻度尺量出AB、DE之间的距离分别是2.40cm和0.84cm，①那么小车的加速度大小是m/s²，方向与小车运动的方向相．
②若当时电网中交变电流的频率变为60Hz电压变为210V，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（2）某同学在验证牛顿第二定律的实验中，实验装置如图2所示．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz．开始实验时，细线上挂适当的钩码，释放小车后，小车做匀加速运动，与小车相连的纸带上被打出一系列小点．
①实验中，该同学测出拉力F（钩码重力）和小车质量M，根据 $数学公式$ 计算出加速度．发现绝大多数情况下，根据公式计算出的加速度要比利用纸带测出的加速度大．若该同学实验操作过程没有错误，试分析其原因．（至少写两点）
、．
②另一同学在完成同样的实验时，每次实验在吊挂之处逐次增加一个质量为50g的砝码，利用纸带测出每次小车的加速度，如果小车质量为100g，细绳质量可忽略，则如图3，下列曲线何者最适合描述小车加速度随着吊挂砝码个数的变化．

（1）图1是一辆连有纸带的小车做匀变速直线运动时，打点计时器所打的纸带的一部分．打点频率为50Hz，图中A、B、C、D、E、F…是按时间顺序先后确定的计数点（每两个计数点间有四个实验点未画出）．用刻度尺量出AB、DE之间的距离分别是2.40cm和0.84cm，①那么小车的加速度大小是 m/s²，方向与小车运动的方向相．
②若当时电网中交变电流的频率变为60Hz电压变为210V，但该同学并不知道，那么做实验的这个同学测得的物体加速度的测量值与实际值相比（选填：“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（2）某同学在验证牛顿第二定律的实验中，实验装置如图2所示．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz．开始实验时，细线上挂适当的钩码，释放小车后，小车做匀加速运动，与小车相连的纸带上被打出一系列小点．
①实验中，该同学测出拉力F（钩码重力）和小车质量M，根据

计算出加速度．发现绝大多数情况下，根据公式计算出的加速度要比利用纸带测出的加速度大．若该同学实验操作过程没有错误，试分析其原因．（至少写两点）
、．
②另一同学在完成同样的实验时，每次实验在吊挂之处逐次增加一个质量为50g的砝码，利用纸带测出每次小车的加速度，如果小车质量为100g，细绳质量可忽略，则如图3，下列曲线何者最适合描述小车加速度随着吊挂砝码个数的变化．

第三部分运动学

第一讲　基本知识介绍

一．基本概念

1．质点

2．参照物

3．参照系——固连于参照物上的坐标系（解题时要记住所选的是参照系，而不仅是一个点）

4．绝对运动，相对运动，牵连运动：v_绝=v_相+v_牵

二．运动的描述

1．位置：r=r(t)

2．位移：Δr=r(t+Δt)－r(t)

3．速度：v=lim_Δt→0Δr/Δt.在大学教材中表述为：v=dr/dt, 表示r对t 求导数

5．以上是运动学中的基本物理量，也就是位移、位移的一阶导数、位移的二阶导数。可是

三阶导数为什么不是呢？因为牛顿第二定律是F=ma,即直接和加速度相联系。（a对t的导数叫“急动度”。）

6．由于以上三个量均为矢量，所以在运算中用分量表示一般比较好

三．等加速运动

v(t)=v₀+at r(t)=r₀+v₀t+1/2 at²

一道经典的物理问题：二次世界大战中物理学家曾经研究，当大炮的位置固定，以同一速度v₀沿各种角度发射，问：当飞机在哪一区域飞行之外时，不会有危险？（注：结论是这一区域为一抛物线，此抛物线是所有炮弹抛物线的包络线。此抛物线为在大炮上方h=v²/2g处，以v₀平抛物体的轨迹。）

练习题：

一盏灯挂在离地板高l₂,天花板下面l₁处。灯泡爆裂，所有碎片以同样大小的速度v 朝各个方向飞去。求碎片落到地板上的半径（认为碎片和天花板的碰撞是完全弹性的，即切向速度不变，法向速度反向；碎片和地板的碰撞是完全非弹性的，即碰后静止。）

四．刚体的平动和定轴转动

1．我们讲过的圆周运动是平动而不是转动

2．角位移φ=φ（t）, 角速度ω=dφ/dt , 角加速度ε=dω/dt

3．有限的角位移是标量，而极小的角位移是矢量

4．同一刚体上两点的相对速度和相对加速度

两点的相对距离不变，相对运动轨迹为圆弧，V_A=V_B+V_AB,在AB连线上

投影：[V_A]_AB=[V_B]_AB,a_A=a_B+a_AB,a_AB=_,aⁿ_AB+_,a^τ_AB,_,a^τ_AB垂直于AB,_,aⁿ_AB=V_AB²/AB

例：A，B，C三质点速度分别V_A，V_B，V_C

求G的速度。

五．课后习题：

一只木筏离开河岸，初速度为V，方向垂直于岸边，航行路线如图。经过时间T木筏划到路线上标有符号处。河水速度恒定U用作图法找到在2T，3T，4T时刻木筏在航线上的确切位置。

五、处理问题的一般方法

（1）用微元法求解相关速度问题

例1：如图所示，物体A置于水平面上，A前固定一滑轮B，高台上有一定滑轮D，一根轻绳一端固定在C点，再绕过B、D，BC段水平，当以恒定水平速度v拉绳上的自由端时，A沿水平面前进，求当跨过B的两段绳子的夹角为α时，A的运动速度。

（v_A＝）

（2）抛体运动问题的一般处理方法

平抛运动
斜抛运动
常见的处理方法

（1）将斜上抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上抛运动

（2）将沿斜面和垂直于斜面方向作为x、y轴，分别分解初速度和加速度后用运动学公式解题

（3）将斜抛运动分解为沿初速度方向的斜向上的匀速直线运动和自由落体运动两个分运动，用矢量合成法则求解

例2：在掷铅球时，铅球出手时距地面的高度为h，若出手时的速度为V₀，求以何角度掷球时，水平射程最远？最远射程为多少？

（α=、 x=）

第二讲运动的合成与分解、相对运动

（一）知识点点拨

力的独立性原理：各分力作用互不影响，单独起作用。
运动的独立性原理：分运动之间互不影响，彼此之间满足自己的运动规律
力的合成分解：遵循平行四边形定则，方法有正交分解，解直角三角形等
运动的合成分解：矢量合成分解的规律方法适用

位移的合成分解 B.速度的合成分解 C.加速度的合成分解

参考系的转换：动参考系，静参考系

相对运动：动点相对于动参考系的运动

绝对运动：动点相对于静参考系统（通常指固定于地面的参考系）的运动

牵连运动：动参考系相对于静参考系的运动

（5）位移合成定理：S_A_对地=S_A_对_B+S_B_对地

速度合成定理：V_绝对=V_相对+V_牵连

加速度合成定理：a_绝对=a_相对+a_牵连

（二）典型例题

（1）火车在雨中以30m/s的速度向南行驶，雨滴被风吹向南方，在地球上静止的观察者测得雨滴的径迹与竖直方向成21^。角，而坐在火车里乘客看到雨滴的径迹恰好竖直方向。求解雨滴相对于地的运动。

提示：矢量关系入图

答案：83.7m/s

（2）某人手拿一只停表，上了一次固定楼梯，又以不同方式上了两趟自动扶梯，为什么他可以根据测得的数据来计算自动扶梯的台阶数？

提示：V人对梯=n1/t1

V梯对地=n/t2

V人对地=n/t3

V人对地= V人对梯+ V梯对地

答案：n=t₂t₃n₁/（t₂-t₃）t₁

(3)某人驾船从河岸A处出发横渡，如果使船头保持跟河岸垂直的方向航行，则经10min后到达正对岸下游120m的C处，如果他使船逆向上游，保持跟河岸成а角的方向航行，则经过12.5min恰好到达正对岸的B处，求河的宽度。

提示：120=V水*600

D=V船*600

答案：200m

（4）一船在河的正中航行，河宽l=100m，流速u=5m/s，并在距船s=150m的下游形成瀑布，为了使小船靠岸时，不至于被冲进瀑布中，船对水的最小速度为多少？

提示：如图船航行

答案：1.58m/s

（三）同步练习

1.一辆汽车的正面玻璃一次安装成与水平方向倾斜角为β₁=30°，另一次安装成倾角为β₂=15°。问汽车两次速度之比为多少时，司机都是看见冰雹都是以竖直方向从车的正面玻璃上弹开？（冰雹相对地面是竖直下落的）

2、模型飞机以相对空气v=39km/h的速度绕一个边长2km的等边三角形飞行，设风速u = 21km/h ，方向与三角形的一边平行并与飞机起飞方向相同，试求：飞机绕三角形一周需多少时间？

3.图为从两列蒸汽机车上冒出的两股长幅气雾拖尾的照片（俯视）。两列车沿直轨道分别以速度v₁=50km/h和v₂=70km/h行驶，行驶方向如箭头所示，求风速。

4、细杆AB长L ，两端分别约束在x 、 y轴上运动，（1）试求杆上与A点相距aL（0＜ a ＜1)的P点运动轨迹；（2）如果v_A为已知，试求P点的x 、 y向分速度v_Px和v_Py对杆方位角θ的函数。

（四）同步练习提示与答案

1、提示：利用速度合成定理，作速度的矢量三角形。答案为：3。

2、提示：三角形各边的方向为飞机合速度的方向（而非机头的指向）；

第二段和第三段大小相同。

参见右图，显然：

v² = + u² － 2v_合ucos120°

可解出 v_合 = 24km/h 。

答案：0.2hour（或12min.）。

3、提示：方法与练习一类似。答案为：3

4、提示：（1）写成参数方程后消参数θ。

（2）解法有讲究：以A端为参照，则杆上各点只绕A转动。但鉴于杆子的实际运动情形如右图，应有v_牵 = v_Acosθ，v_转 = v_A，可知B端相对A的转动线速度为：v_转 + v_Asinθ= 。

P点的线速度必为 = v_相

所以 v_Px = v_相cosθ+ v_Ax ，v_Py = v_Ay － v_相sinθ

答案：（1） + = 1 ，为椭圆；（2）v_Px = av_Actgθ ，v_Py =（1 － a）v_A

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