高中物理力学题目(含解析).doc
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高中物理力学题目(含解析).doc
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1、如图2-1所示,一木块放在水平桌面上,在水平方向上共受三个力,F1,F2和摩擦力,处于静止状态。
其中F1=10N,F2=2N。
若撤去力F1则木块在水平方向受到的合外力为()
A.10N向左 B.6N向右 C.2N向左 D.0
【解答】由于木块原来处于静止状态,所以所受摩擦力为静摩擦力。
依据牛二定律有F1-F2-f=0此时静摩擦力为8N方向向左。
撤去F1后,木块水平方向受到向左2N的力,有向左的运动趋势,由于F2小于最大静摩擦力,所以所受摩擦力仍为静摩擦力。
此时-F2+f′=0即合力为零。
故D选项正确。
【小结】摩擦力问题主要应用在分析物体运动趋势和相对运动的情况,所谓运动趋势,一般被解释为物体要动还未动这样的状态。
没动是因为有静摩擦力存在,阻碍相对运动产生,使物体间的相对运动表现为一种趋势。
由此可以确定运动趋势的方向的方法是假设静摩擦力不存在,判断物体沿哪个方向产生相对运动,该相对运动方向就是运动趋势的方向。
如果去掉静摩擦力无相对运动,也就无相对运动趋势,静摩擦力就不存在。
2、如图2-2所示水平放置的粗糙的长木板上放置一个物体m,当用力缓慢抬起一端时,木板受到物体的压力和摩擦力将怎样变化?
【解答】以物体为研究对象,如图2-3物体受重力、摩擦力、支持力。
物体在缓慢抬起过程中先静止后滑动。
静止时可以依据错解一中的解法,可知θ增加,静摩擦力增加。
当物体在斜面上滑动时,可以同错解二中的方法,据f=μN,分析N的变化,知f滑的变化。
θ增加,滑动摩擦力减小。
在整个缓慢抬起过程中y方向的方程关系不变。
依据错解中式②知压力一直减小。
所以抬起木板的过程中,摩擦力的变化是先增加后减小。
压力一直减小。
【小结】物理问题中有一些变化过程,不是单调变化的。
在平衡问题中可算是一类问题,这类问题应抓住研究变量与不变量的关系。
可从受力分析入手,列平衡方程找关系,也可以利用图解,用矢量三角形法则解决问题。
如此题物体在未滑动时,处于平衡状态,加速度为零。
所受三个力围成一闭合三角形。
如图2-4。
类似问题如图2-5用绳将球挂在光滑的墙面上,绳子变短时,绳的拉力和球对墙的压力将如何变化。
从对应的矢量三角形图2-6不难看出,当绳子变短时,θ角增大,N增大,T变大。
图2-7在AC绳上悬挂一重物G,在AC绳的中部O点系一绳BO,以水平力F牵动绳BO,保持AO方向不变,使BO绳沿虚线所示方向缓缓向上移动。
在这过程中,力F和AO绳上的拉力变化情况怎样?
用矢量三角形(如图2-8)可以看出T变小,F先变小后变大。
这类题的特点是三个共点力平衡,通常其中一个力大小、方向均不变,另一个力方向不变,大小变,第三个力大小、方向均改变。
还有时是一个力大小、方向不变,另一个力大小不变,方向变,第三个力大小、方向都改变。
3、如图2-9天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的两个质量相同的小球。
两小球均保持静止。
当突然剪断细绳时,上面小球A与下面小球B的加速度为[ ]
A.a1=ga2=g
B.a1=2ga2=g
C.a1=2ga2=0
D.a1=0a2=g
【解答】分别以A,B为研究对象,做剪断前和剪断时的受力分析。
剪断前A,B静止。
如图2-10,A球受三个力,拉力T、重力mg和弹力F。
B球受三个力,重力mg和弹簧拉力F′
A球:
T-mg-F=0①
B球:
F′-mg=0②
由式①,②解得T=2mg,F=mg
剪断时,A球受两个力,因为绳无弹性剪断瞬间拉力不存在,而弹簧有形米,瞬间形状不可改变,弹力还存在。
如图2-11,A球受重力mg、弹簧给的弹力F。
同理B球受重力mg和弹力F′。
A球:
-mg-F=maA③
B球:
F′-mg=maB④
由式③解得aA=-2g(方向向下)
由式④解得aB=0
故C选项正确。
【小结】
(1)牛顿第二定律反映的是力与加速度的瞬时对应关系。
合外力不变,加速度不变。
合外力瞬间改变,加速度瞬间改变。
本题中A球剪断瞬间合外力变化,加速度就由0变为2g,而B球剪断瞬间合外力没变,加速度不变。
弹簧和绳是两个物理模型,特点不同。
弹簧不计质量,弹性限度内k是常数。
绳子不计质量但无弹性,瞬间就可以没有。
而弹簧因为有形变,不可瞬间发生变化,即形变不会瞬间改变,要有一段时间。
4、甲、乙两人手拉手玩拔河游戏,结果甲胜乙败,那么甲乙两人谁受拉力大?
【解答】甲、乙两人相互之间的拉力是相互作用力,根据牛顿第三定律,大小相等,方向相反,作用在甲、乙两人身上。
【小结】生活中有一些感觉不总是正确的,不能把生活中的经验,感觉当成规律来用,要运用物理规律来解决问题。
5、如图2-12,用绳AC和BC吊起一重物,绳与竖直方向夹角分别为30°和60°,AC绳能承受的最大的拉力为150N,而BC绳能承受的最大的拉力为100N,求物体最大重力不能超过多少?
【解答】以重物为研究对象。
重物受力如图2-13,重物静止,加速度为零。
据牛顿第二定律列方程
TACsin30°-TBCsin60°=0①
TACcos30°+TBCcos60°-G=0②
而当TAC=150N时,TBC=86.6<100N
将TAC=150N,TBC=86.6N代入式②解得G=173.32N。
所以重物的最大重力不能超过173.2N。
6、如图2-14物体静止在斜面上,现用水平外力F推物体,在外力F由零逐渐增加的过程中,物体始终保持静止,物体所受摩擦力怎样变化?
【解答】本题的关键在确定摩擦力方向。
由于外力的变化物体在斜面上的运动趋势有所变化,如图2-15,当外力较小时(Fcosθ<mgsinθ)物体有向下的运动趋势,摩擦力的方向沿斜面向上。
F增加,f减少。
与错解二的情况相同。
如图2-16,当外力较大时(Fcosθ>mgsinθ)物体有向上的运动趋势,摩擦力的方向沿斜面向下,外力增加,摩擦力增加。
当Fcosθ=mgsinθ时,摩擦力为零。
所以在外力由零逐渐增加的过程中,摩擦力的变化是先减小后增加。
【小结】若斜面上物体沿斜面下滑,质量为m,物体与斜面间的摩擦因数为μ,我们可以考虑两个问题巩固前面的分析方法。
(1)F为怎样的值时,物体会保持静止。
(2)F为怎样的值时,物体从静止开始沿斜面以加速度a运动。
受前面问题的启发,我们可以想到F的值应是一个范围。
首先以物体为研究对象,当F较小时,如图2-15物体受重力mg、支持力N、斜向上的摩擦力f和F。
物体刚好静止时,应是F的边界值,此时的摩擦力为最大静摩擦力,可近似看成f静=μN(最大静摩擦力)如图建立坐标,据牛顿第二定律列方程
当F从此值开始增加时,静摩擦力方向开始仍然斜向上,但大小减小,当F增加到FCOSθ=mgsinθ时,即F=mg·tgθ时,F再增加,摩擦力方向改为斜向下,仍可以根据受力分析图2-16列出方程
随着F增加,静摩擦力增加,F最大值对应斜向下的最大静摩擦力。
要使物体静止F的值应为
关于第二个问题提醒读者注意题中并未提出以加速度a向上还是向下运动,应考虑两解,此处不详解此,给出答案供参考。
7、如图2-17,m和M保持相对静止,一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑,则M和m间的摩擦力大小是多少?
【解答】因为m和M保持相对静止,所以可以将(m+M)整体视为研究对象。
受力,如图2-19,受重力(M十m)g、支持力N′如图建立坐标,根据牛顿第二定律列方程
x:
(M+m)gsinθ=(M+m)a①
解得a=gsinθ
沿斜面向下。
因为要求m和M间的相互作用力,再以m为研究对象,受力如图2-20。
根据牛顿第二定律列方程
因为m,M的加速度是沿斜面方向。
需将其分解为水平方向和竖直方向如图2-21。
由式②,③,④,⑤解得f=mgsinθ·cosθ
方向沿水平方向m受向左的摩擦力,M受向右的摩擦力。
【小结】此题可以视为连接件问题。
连接件问题对在解题过程中选取研究对象很重要。
有时以整体为研究对象,有时以单个物体为研究对象。
整体作为研究对象可以将不知道的相互作用力去掉,单个物体作研究对象主要解决相互作用力。
单个物体的选取应以它接触的物体最少为最好。
如m只和M接触,而M和m还和斜面接触。
另外需指出的是,在应用牛顿第二定律解题时,有时需要分解力,有时需要分解加速度,具体情况分析,不要形成只分解力的认识。
8、如图2-22质量为M,倾角为α的楔形物A放在水平地面上。
质量为m的B物体从楔形物的光滑斜面上由静止释放,在B物体加速下滑过程中,A物体保持静止。
地面受到的压力多大?
【解答】分别以A,B物体为研究对象。
A,B物体受力分别如图2-24a,2-24b。
根据牛顿第二定律列运动方程,A物体静止,加速度为零。
x:
Nlsinα-f=0①
y:
N-Mg-Nlcosα=0②
B物体下滑的加速度为a,
x:
mgsinα=ma③
y:
Nl-mgcosα=0④
由式①,②,③,④解得N=Mg+mgcosα
根据牛顿第三定律地面受到的压力为Mg十mgcosα。
【小结】在解决物体运动问题时,在选取研究对象时,若要将几个物体视为一个整体做为研究对象,应该注意这几个物体必须有相同的加速度。
9、如图2-25物体A叠放在物体B上,B置于光滑水平面上。
A,B质量分别为mA=6kg,mB=2kg,A,B之间的动摩擦因数μ=0.2,开始时F=10N,此后逐渐增加,在增大到45N的过程中,则[]
A.当拉力F<12N时,两物体均保持静止状态
B.两物体开始没有相对运动,当拉力超过12N时,开始相对滑动
C.两物体间从受力开始就有相对运动
D.两物体间始终没有相对运动
【解答】首先以A,B整体为研究对象。
受力如图2-26,在水平方向只受拉力F,根据牛顿第二定律列方程
F=(mA+mB)a①
再以B为研究对象,如图2-27,B水平方向受摩擦力
f=mBa②
代入式①F=(6+2)×6=48N
由此可以看出当F<48N时A,B间的摩擦力都达不到最大静摩擦力,也就是说,A,B间不会发生相对运动。
所以D选项正确。
【小结】物理解题中必须非常严密,一点的疏忽都会导致错误。
避免错误发生的最好方法就是按规范解题。
每一步都要有依据。
10、如图2-28,有一水平传送带以2m/s的速度匀速运动,现将一物体轻轻放在传送带上,若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少?
【解答】以传送带上轻放物体为研究对象,如图2-29在竖直方向受重力和支持力,在水平方向受滑动摩擦力,做v0=0的匀加速运动。
据牛二定律:
F=ma
有水平方向:
f=ma①
竖直方向:
N-mg=0②
f=μN③
由式①,②,③解得a=5m/s2
设经时间tl,物体速度达到传送带的速度,据匀加速直线运动的速度公式
vt=v0+at④
解得t1=0.4s
物体位移为0.4m时,物体的速度与传送带的速度相同,物体0.4s后无摩擦力,开始做匀速运动
S2=v2t2⑤
因为S2=S-S1=10-0.4=9.6(m),v2=2m/s
代入式⑤得t2=4.8s
则传送10m所需时间为t=0.4+4.8=5.2s。
【小结】本题是较为复杂的一个问题,涉及了两个物理过程。
这类问题应抓住物理情景,带出解决方法,对于不能直接确定的问题可以采用试算的方法,如本题中错解求出一直做匀加速直线运动经过10m用2s,可以拿来计算一下,2s末的速度是多
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