3.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。

应用牛顿第二定律解题的一般步骤如下

(1)灵活选取研究对象.

(2)将研究对象提取出来,分析物体的受力情况并画受力示意图,分析物体的运动情况并画运动过程简图。

(3)利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度。通常用正交分解法:建立正交坐标,并将有关矢量进行分解。取加速度的方向为正方向,题中各物理量的方向与规定的正方向相同时取正值,反之取负值。

(4)列出方程并求解,检查答案是否完整、合理。

应用牛顿第二定律解题的一般思路可用以下的流程图表示:

无论是已知受力情况求解运动情况,还是已知运动情况求解受情况,加速度始终是联系运动和力的桥梁,解决这类问题进行正确的受力分析和运动过程分析是关键,要养成用画受力图和运动草图的方法来理解题意的习惯。

[范例精析]

例1 如图4-6-1为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带AB始终保持v=4m/s的恒定速率运行,一质量为m=4kg的行李无初速地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以传送带的速度做匀速直线运动.设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,AB间距离l=12m,(g取10m/s2)。(1)求行李做匀加速直线运动的时间;(2)如果提高传送带的运行速率,行李能较快地传送到B处,求行李从A处传到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率。

解析 行李的运动由行李的受力情况决定,而其受力又与它的运动状态有关。由于有相对运动传送带开始给行李一个向右的摩擦力,使行李做加速运动,当传送带与行李速度相等,物体间没有相对运动趋势,摩擦力立即消失,行李做匀速运动。因此本题关键要明确传送带开始做匀速运动的特点,然后根据牛顿运动定律和运动学公式进行计算。对行李受力分析如图4-6-2所示,当行李速度为v时物体与传送带没有相对速度,Ff变为零,物体开始匀速运动。

(1)行李受到的滑动摩擦力Ff=μFN=μmg=maa=μg=1m/s2vt=at,t=4s,x1=8m,还剩下4m是匀速运动,t2=1s,t=5s。

(2)如果行李从AB一直做匀加速运动,则行李运动时间最短。由公式l=at2/2

代入数值得tmin=4.9s,传送带对应的最小运行速率

vmin=atmin=4.9m/s。

拓展 物体在传送带上的运动,往往因运动状态的变化引起受力情况的变化,所以一定要将运动过程分析清楚,同时把受力情况分析清楚。本题目中如果B轮比A轮低,物体刚放上皮带时摩擦力是动力,到物体与皮带速度相同时,就有两种可能:若重力的下滑分力大于最大静摩擦力,物体还会继续加速;若重力的下滑分力小于或等于最大静摩擦力,物体就与皮带一起匀速运动。

例2 如图4-6-3示,一个滑雪运动员沿与水平成30°斜坡滑下,坡长400m,设下滑时运动员下滑时没有使用滑雪杆,他受到的平均阻力(包括摩擦力和空气阻力)为下滑分力的1/5,求运动员从静止开始到达坡底时的速度和时间。

 

解析 这是又是一个已知受力情况,求解运动情况的问题。先应用牛顿第二定律来求运动员的加速度。因重力与加速度不在一条直线上,本题使用正交分解法,沿斜面方向和垂直斜面方向建立如图4-6-4所示的坐标系,列方程:

Fx=F1Ff=mgsinα-Ff=ma      (1)

Fy=FNF2=FNmgcosα=0     (2)

又知Ff=mgsinα/5将上式代入①式得4mgsinα/5=maa=4×10/(5×2)m/s2=4 m/s2

由运动学的规律可求,vt2v02=2axv0=0,∴vt≈22m/s

vtv0=at可得:t=vt/a=22/4=5.5s。

拓展 如果运动员下滑时使用滑雪杆,并且其平均作用效果可以简化为一个沿斜面的恒力F,那么只要把式(1)改为F+F1Ff=ma即可。如果滑雪杆的作用力只能简化为一个与斜面成30°且向下的恒力F,则式(1)应改成Fcosα+F1-Ff=ma(2)应改为

Fsinα+FNmgcosα=0,根据本题题意,Ff=mgsinα/5仍然成立。

[能力训练]

 0  375113  375121  375127  375131  375137  375139  375143  375149  375151  375157  375163  375167  375169  375173  375179  375181  375187  375191  375193  375197  375199  375203  375205  375207  375208  375209  375211  375212  375213  375215  375217  375221  375223  375227  375229  375233  375239  375241  375247  375251  375253  375257  375263  375269  375271  375277  375281  375283  375289  375293  375299  375307  447090 

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