高中物理全套教案(上) 246页

高中物理全套教案(上)导读：就爱阅读网友为您分享以下“高中物理全套教案(上)”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第1单元直线运动的基本概念1、机械运动：一个物体相对于另一物体位置的改变（平动、转动、直线、曲线、圆周）参考系：假定为不动的物体（1）参考系可以任意选取,一般以地面为参考系（2）同一个物体，选择不同的参考系，观察的结果可能不同（3）一切物体都在运动，运动是绝对的，而静止是相对的2、质点：在研究物体时，不考虑物体的大小和形状，而把物体看成是有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体，这个点叫做质点。（1）246\n高中物理全套教案(上)导读：就爱阅读网友为您分享以下“高中物理全套教案(上)”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第1单元直线运动的基本概念1、机械运动：一个物体相对于另一物体位置的改变（平动、转动、直线、曲线、圆周）参考系：假定为不动的物体（1）参考系可以任意选取,一般以地面为参考系（2）同一个物体，选择不同的参考系，观察的结果可能不同（3）一切物体都在运动，运动是绝对的，而静止是相对的2、质点：在研究物体时，不考虑物体的大小和形状，而把物体看成是有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体，这个点叫做质点。（1）246\n高中物理全套教案(上)导读：就爱阅读网友为您分享以下“高中物理全套教案(上)”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第1单元直线运动的基本概念1、机械运动：一个物体相对于另一物体位置的改变（平动、转动、直线、曲线、圆周）参考系：假定为不动的物体（1）参考系可以任意选取,一般以地面为参考系（2）同一个物体，选择不同的参考系，观察的结果可能不同（3）一切物体都在运动，运动是绝对的，而静止是相对的2、质点：在研究物体时，不考虑物体的大小和形状，而把物体看成是有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体，这个点叫做质点。（1）246\n高中物理全套教案(上)导读：就爱阅读网友为您分享以下“高中物理全套教案(上)”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!第一章运动的描述匀变速直线运动的研究第1单元直线运动的基本概念1、机械运动：一个物体相对于另一物体位置的改变（平动、转动、直线、曲线、圆周）参考系：假定为不动的物体（1）参考系可以任意选取,一般以地面为参考系（2）同一个物体，选择不同的参考系，观察的结果可能不同（3）一切物体都在运动，运动是绝对的，而静止是相对的2、质点：在研究物体时，不考虑物体的大小和形状，而把物体看成是有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体，这个点叫做质点。（1）246\n质点忽略了无关因素和次要因素，是简化出来的理想的、抽象的模型，客观上不存在。（2）大的物体不一定不能看成质点，小的物体不一定就能看成质点。（3）转动的物体不一定不能看成质点，平动的物体不一定总能看成质点。（4）某个物体能否看成质点要看它的大小和形状是否能被忽略以及要求的精确程度。3、时刻：表示时间坐标轴上的点即为时刻。例如几秒初，几秒末。时间：前后两时刻之差。时间坐标轴线段表示时间，第n秒至第n+3秒的时间为3秒（对应于坐标系中的线段）4、位移：由起点指向终点的有向线段，位移是末位置与始位置之差，是矢量。路程：物体运动轨迹之长，是标量。路程不等于位移大小（坐标系中的点、线段和曲线的长度）5、速度：描述物体运动快慢和运动方向的物理量，246\n是矢量。平均速度：在变速直线运动中，运动物体的位移和所用时间的比值，υ=s/t（方向为位移的方向）平均速率：为质点运动的路程与时间之比,它的大小与相应的平均速度之值可能不相同（粗略描述运动的快慢）即时速度：对应于某一时刻（或位置）的速度，方向为物体的运动方向。（tsvt∆∆=→∆0lim）即时速率：即时速度的大小即为速率；【例1】物体M从A运动到B，前半程平均速度为v1，后半程平均速度为v2，那么全直线运动直线运动的条件：a、v0共线参考系、质点、时间和时刻、位移和路程速度、速率、平均速度加速度运动的描述典型的直线运动匀速直线运动s=vt，s-t图，（a＝0）匀变速直线运动特例自由落体（a＝g）竖直上抛（a＝g）v-t图规律atvvt+=0,2021attvs+=asvvt2202=-,tvvst20+=程的平均速度是：（D）A．（v1+v2）/2B．21vv⋅C．212221vv246\nvv++D．21212vvvv+【例2】某人划船逆流而上，当船经过一桥时，船上一小木块掉在河水里，但一直航行至上游某处时此人才发现，便立即返航追赶，当他返航经过1小时追上小木块时，发现小木块距离桥有5400米远，若此人向上和向下航行时船在静水中前进速率相等。试求河水的流速为多大？解析：选水为参考系，小木块是静止的；相对水，船以恒定不变的速度运动，到船“追上”小木块，船往返运动的时间相等，各为1小时；小桥相对水向上游运动，到船“追上”小木块，小桥向上游运动了位移5400m，时间为2小时。易得水的速度为0.75m/s。6、平动：物体各部分运动情况都相同。转动：物体各部分都绕圆心作圆周运动。7、加速度：描述物体速度变化快慢的物理量，a=△v/△t（又叫速度的变化率），是矢量。a的方向只与△246\nv的方向相同（即与合外力方向相同）。（1）加速度与速度没有直接关系：加速度很大，速度可以很小、可以很大、也可以为零（某瞬时）；加速度很小，速度可以很小、可以很大、也可以为零（某瞬时）；（2）加速度与速度的变化量没有直接关系：加速度很大，速度变化量可以很小、也可以很大；加速度很小，速度变化量可以很大、也可以很小。加速度是“变化率”——表示变化的快慢，不表示变化的大小。（3）当加速度方向与速度方向相同时，物体作加速运动，速度增大；若加速度增大，速度增大得越来越快；若加速度减小，速度增大得越来越慢（仍然增大）。当加速度方向与速度方向相反时，物体作减速运动，速度减小；若加速度增大，速度减小得越来越快；若加速度减小，速度减小得越来越慢（仍然减小）。8匀速直线运动和匀变速直线运动【例3】一物体做匀变速直线运动，某时刻速度大小为4m/s，经过1s后的速度的大小为10m/s，那么在这1s内，物体的加速度的大小可能为(6m/s或14m/s)【例4】关于速度和加速度的关系，下列说法中正确的是（B）A．速度变化越大，加速度就越大B．速度变化越快，加速度越大C．加速度大小不变，速度方向也保持不变D．加速度大小不断变小，速度大小也不断变小9、匀速直线运动：tsv=，即在任意相等的时间内物体的位移相等．它是速度为恒矢量的运动，加速度为零的直线运动．匀速s-246\nt图像为一直线：图线的斜率在数值上等于物体的速度。第2单元匀变速直线运动规律匀变速直线运动公式1．常用公式有以下四个atvvt+=02021attvs+=asvvt2202=-tvvst20+=2．匀变速直线运动中几个常用的结论①Δs=aT2，即任意相邻相等时间内的位移之差相等。可以推广到sm-sn=(m-n)aT2②tsvvvtt=+=202/，某段时间的中间时刻的即时速度等于该段时间内的平均速度。22202/tsvvv+=，某段位移的中间位置的即时速度公式（不等于该段位移内的平均速度）。可以证明，无论匀加速还是匀减速，都有2/2/stvv。3．初速度为零（或末速度为零）的匀变速直线运动做匀变速直线运动的物体，如果初速度为零，或者末速度为零，那么公式都可简化为：gtv=，221ats=，asv22=，tvs2=246\n4．初速为零的匀变速直线运动①前1秒、前2秒、前3秒„„内的位移之比为1∶4∶9∶„„②第1秒、第2秒、第3秒„„内的位移之比为1∶3∶5∶„„③前1米、前2米、前3米„„所用的时间之比为1∶2∶3∶„„④第1米、第2米、第3米„„所用的时间之比为1∶12-∶（2-）∶„„对末速为零的匀变速直线运动，可以相应的运用这些规律。5．一种典型的运动经常会遇到这样的问题：物体由静止开始先做匀加速直线运动，紧接着又做匀减速直线运动到静止。用右图描述该过程，可以得出以下结论：①tsatas∝∝∝,1,1②221Bvvvv===6、解题方法指导：解题步骤：（1）确定研究对象。（2）明确物体作什么运动，并且画出运动示意图。（3）分析研究对象的运动过程及特点，合理选择公式，注意多个运动过程的联系。（4）确定正方向，列方程求解。（5）对结果进行讨论、验算。解题方法：（1）公式解析法：假设未知数，建立方程组。本章公式多，且相互联系，一题常有多种解法。要熟记每个公式的特点及相关物理量。（2）图象法：如用v—t图可以求出某段时间的位移大小、可以比较vt/2与vS/2，以及追及问题。用s—t246\n图可求出任意时间内的平均速度。（3）比例法：用已知的讨论，用比例的性质求解。（4）极值法：用二次函数配方求极值，追赶问题用得多。（5）逆向思维法：如匀减速直线运动可视为反方向的匀加速直线运动来求解。综合应用例析【例1】在光滑的水平面上静止一物体，现以水平恒力甲推此物体，作用一段时间后换成相反方向的水平恒力乙推物体，当恒力乙作用时间与恒力甲的作用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的速度为v2，若撤去恒力甲的瞬间物体的速度为v1，则v2∶v1=?【解析】ss‘-=，而tvs21=，tvvs2)(21-+=‘-得v2∶v1=2∶1思考：在例1中，F1、F2大小之比为多少？（答案：1∶3）【例2】一辆汽车沿平直公路从甲站开往乙站，起动加速度为2m/s2，加速行驶5秒，后匀速行驶2分钟，然后刹车，滑行50m，正好到达乙站，求汽车从甲站到乙站的平均速度？解析：起动阶段行驶位移为：s1=2121at„„（1）a1、s1、t1a2、s2、t2匀加速匀速甲t1t2t3乙s1246\n23匀速行驶的速度为：v=at1„„（2）匀速行驶的位移为：s2=vt2„„（3）刹车段的时间为：s3=32tv„„（4）汽车从甲站到乙站的平均速度为：v=smsmsmtttsss/44.9/1351275/10120550120025321321==++++=++++【例3】一物体由斜面顶端由静止开始匀加速下滑，最初的3秒内的位移为s1，最后3秒内的位移为s2，若s2-s1=6米，s1∶s2=3∶7，求斜面的长度为多少？解析：设斜面长为s，加速度为a，沿斜面下滑的总时间为t。则：斜面长：s=21at2„„(1)前3秒内的位移：s1=21at12„„（2）后3秒内的位移：s2=s-21a(t-3)2„„(3)s2-s1=6„„(4)s1∶s2=3∶7„„(5)解（1）—（5）得：a=1m/s2t=5ss=12.5m【例4】物块以v0=4米/秒的速度滑上光滑的斜面，途经A、B两点，已知在A点时的速度是B246\n点时的速度的2倍，由B点再经0.5秒物块滑到斜面顶点C速度变为零，A、B相距0.75米，求斜面的长度及物体由D运动到B的时间？解析：物块匀减速直线运动。设A点速度为VA、B点速度VB，加速度为a，斜面长为S。A到B：vB2-vA2=2asAB……(1)vA=2vB……(2)B到C：0=vB+at0……..(3)解（1）（2）（3）得：vB=1m/sa=-2m/s2D到C0-v02=2as(4)s=4m从D运动到B的时间：D到B：vB=v0+at1t1=1.5秒D到C再回到B：t2=t1+2t0=1.5+2⨯0.5=2.5(s)【例5】一质点沿AD直线作匀加速直线运动，如图，测得它在AB、BC、CD三段的时间均为t，测得位移AC=L1，BD=L2，试求质点的加速度？解：设AB=s1、BC=s2、CD=s3则：s2-s1=at2s3-s2=at2两式相加：s3-s1=2at2由图可知：L2-L1=（s3+s2）-（s2+s1）=s3-s1246\n则：a=2122tLL-【例6】一质点由A点出发沿直线AB运动，行程的第一部分是加速度为a1的匀加速运动，接着做加速度为a2的匀减速直线运动，抵达B点时恰好静止，如果AB的总长度为s，试求质点走完AB全程所用的时间t？解：设质点的最大速度为v，前、后两段运动过程及全过程的平均速度相等，均为2v。全过程：s=tv2„„（1）匀加速过程：v=a1t1„„（2）匀减速过程：v=a2t2„„（3）ABCD由（2）（3）得：t1=1av22avt=代入（1）得：s=)(221avavv+s=21212aaasa+将v代入（1）得：t=21212121)(2222aaaasaaasasvs+=+=【例7】一个做匀加速直线运动的物体，连续通过两段长为s的位移所用的时间分别为t1、t2，求物体的加速度？解：方法（1）：设前段位移的初速度为v0，加速度为a，则：前一段s：s=v0t1246\n+2121at„„（1）全过程2s：2s=v0（t1+t2）+221)(21tta+„„（2）消去v0得：a=)()(2212121tttttts+-方法（2）：设前一段时间t1的中间时刻的瞬时速度为v1,后一段时间t2的中间时刻的瞬时速度为v2。所以：v1=1ts„„（1）v2=2ts„„（2）v2=v1+a（2221tt+）„„（3）解（1）（2）（3）得相同结果。方法（3）：设前一段位移的初速度为v0，末速度为v，加速度为a。前一段s：s=v0t1+2121at„„（1）后一段s：s=vt2+2221at„„（2）v=v0+at„„（3）解（1）（2）（3）得相同结果。例8．某航空公司的一架客机，在正常航线上做水平飞行时，突然受到强大的垂直气流的作用，使飞机在10s内下降高度为1800m，造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究在竖直方向上的运动，且假设这一运动是匀变速直线运动.（1）求飞机在竖直方向上产生的加速度多大？（2）试估算成年乘客所系安全带必须提供多大拉力才能使乘客不脱离座椅.解：由s=21at2及：a246\n=10001800222⨯=tsm/s2=36m/s2.由牛顿第二定律：F+mg=ma得F=m(a-g)=1560N,成年乘客的质量可取45kg~65kg,因此，F相应的值为1170N~1690N第3单元自由落体与竖直上抛运动1、自由落体运动：物体仅在重力作用下由静止开始下落的运动重快轻慢”――非也亚里斯多德――Y伽利略――――N（1）特点：只受重力作用，即υ0=0、a=g（由赤道向两极，g增加由地面向高空，g减小一般认为g不变）（2）运动规律：V=gtH=gt2./2V2=2gH对于自由落体运动，物体下落的时间仅与高度有关，与物体受的重力无关。（3）符合初速度为零的匀加速直线运动的比例规律2、竖直上抛运动：物体上获得竖直向上的初速度υ0后仅在重力作用下的运动。246\n特点：只受重力作用且与初速度方向反向，以初速方向为正方向则---a=-g运动规律：（1）V＝V0－gt＝V0/g（2）H＝V0t－gt2/2（3）V02－V2＝2gHH＝V02/2g（4）v=(V0+V)/2例：竖直上抛，V0＝100m/s忽略空气阻力（1）、多长时间到达最高点？0＝V0－gtt＝V0/g=10秒500米理解加速度（2）、最高能上升多高？（最大高度）0－V02＝－2gHH=V02/2g＝500米（3）、回到抛出点用多长时间？H＝gt2t＝10秒时间对称性（4）、回到抛出点时速度＝？V＝gtV＝100m/s方向向下246\n速度大小对称性（5）、接着下落10秒，速度＝？v＝100＋10³10＝200m/s方向向下（6）、此时的位置？s＝100³10＋0.5³10³102＝1500米（7）、理解前10秒、20秒v（m/s）30秒内的位移－－结论：时间对称性速度大小对称性注意：若物体在上升或下落中还受有恒空气阻力，则物体的运动不再是自由落体和竖直上抛运动，分别计算上升a上与下降a下的加速度，利用匀变速公式问题同样可以得到解决。例题分析：例1、246\n从距地面125米的高处，每隔相同的时间由静止释放一个小球队，不计空气阻力，g=10米/秒2，当第11个小球刚刚释放时，第1个小球恰好落地，试求：（1）相邻的两个小球开始下落的时间间隔为多大？（2）当第1个小球恰好落地时，第3个小球与第5个小球相距多远？（拓展）将小球改为长为5米的棒的自由落体，棒在下落过程中不能当质点来处理，但可选棒上某点来研究。例2、在距地面25米处竖直上抛一球，第1秒末及第3秒末先后经过抛出点上方15米处，试求：（1）上抛的初速度，距地面的最大高度和第3秒末的速度；（2）从抛出到落地所需的时间（g=10m/s2）例3、一竖直发射的火箭在火药燃烧的2S内具有3g的竖直向上加速度，当它从地面点燃发射后，它具有的最大速度为多少？它能上升的最大高度为多少？从发射开始到上升的最大高度所用的时间为多少？（不计空气阻力。G=10m/s2）第4单元直线运动的图象知识要点：1、匀速直线运动对应于实际运动1、位移～时间图象，某一时刻的位移S＝vt⑴截距的意义：出发点距离标准点的距离和方向⑵246\n图象水平表示物体静止斜率绝对值=v的大小⑶，交叉点表示两个物体相遇2、速度～时间图象，某一时刻的速度tSV=阴影面积＝位移数值（大小）上正下负2、匀变速直线运动的速度——时间图象（υ—t图）atvvvvatt+=⇒-=00VV(2)比较速度变化的快慢，即加速度(3)交叉点表示速度相等(4)面积=位移上正下负【例1】一个固定在水平面上的光t滑物块，其左侧面是斜面AB，右侧面是曲面AC。已知AB和AC的长度相同。两个小球p、q同时从A点分别沿AB和AC246\n由静止开始下滑，比较它们到达水平面所用的时间A.p小球先到B.q小球先到C.两小球同时到D.无法确定解：可以利用v-t图象(这里的v是速率，曲线下的面积表示路程s)定性地进行比较。在同一个v-t图象中做出p、q的速率图线，显然开始时q的加速度较大，斜率较大；由于机械能守恒，末速率相同，即曲线末端在同一水平图线上。为使路程相同（曲线和横轴所围的面积相同），显然q用的时间较少。【例2】两支完全相同的光滑直角弯管(如图所示)现有两只相同小球a和a/同时从管口由静止滑下，问谁先从下端的出口掉出？(假设通过拐角处时无机械能损失)解析：首先由机械能守恒可以确定拐角处v1v2，而两小球到达出口时的速率v相等。又由题薏可知两球经历的总路程s相等。由牛顿第二定律，小球的加速度大小a=gsinα，小球a第一阶段的加速度跟小球a/第二阶段的加速度大小相同（设为a1）；小球a第二阶段的加速度跟小球a/第一阶段的加速度大小相同（设为a2），根据图中管的倾斜程度，显然有a1a2。根据这些物理量大小的分析，在同一个v-t246\n图象中两球速度曲线下所围的面积应该相同，且末状态速度大小也相同（纵坐标相同）。开始时a球曲线的斜率大。由于两球两阶段加速度对应相等，如果同时到达（经历时间为t1）则必然有s1s2，显然不合理。考虑到两球末速度大小相等（图中vm），球a/的速度图象只能如蓝线所示。因此有t1t2，即a球先到。【例3】一物体做加速直线运动，依次通过A、B、C三点，AB=BC。物体在AB段加速度为a1，在BC段加速度为a2，且物体在B点的速度为2CABvvv+=，则A．a1a2B．a1=a2C．a1a2D．不能确定解析：依题意作出物体的v-t图象，如图所示。图线下方所围成的面积表示物体的位移，由几何知识知图线②、③不满足AB=BC。只能是①这种情况。因为斜率表示加速度，所以a1a2，选项C正确。【例4】蚂蚁离开巢沿直线爬行，它的速度与到蚁巢中心的距离成反比，当蚂蚁爬到距巢中心的距离L1=1m的A点处时，速度是v1=2cm/s。试问蚂蚁从A点爬到距巢中心的距离L2=2m的B点所需的时间为多少？解析：本题若采用将AB246\n无限分割，每一等分可看作匀速直线运动，然后求和，这一办法原则上可行，实际上很难计算。题中有一关键条件：蚂蚁运动的速度v与蚂蚁离巢的距离x成反比，即xv∝1，作出xv-1图象如图示，为一条通过原点的直线。从图上可以看出梯形ABCD的面积，就是蚂蚁从A到B的时间：752))(11(211121221221=-=-+=vLLLLLvvTs第二章相互作用第1单元力重力和弹力摩擦力一、力：是物体对物体的作用v212t（1）施力物体与受力物体是同时存在、同时消失的；力是相互的（2）力是矢量（什么叫矢量——满足平行四边形定则）（3）力的大小、方向、作用点称为力的三要素（4）力的图示和示意图（5）246\n力的分类：根据产生力的原因即根据力的性质命名有重力、弹力、分子力、电场力、磁场力等；根据力的作用效果命名即效果力如拉力、压力、向心力、回复力等。(提问：效果相同，性质一定相同吗？性质相同效果一定相同吗？大小方向相同的两个力效果一定相同吗？)（6）力的效果：1、加速度或改变运动状态2、形变（7）力的拓展：1、改变运动状态的原因2、产生加速度3、牛顿第二定律4、牛顿第三定律二、常见的三种力1重力（1）产生：由于地球的吸引而使物体受到的力，是万有引力的一个分力（2）方向：竖直向下或垂直于水平面向下（3）大小：G=mg，可用弹簧秤测量两极引力=重力（向心力为零）赤道引力=重力+向心力（方向相同）由两极到赤道重力加速度减小，由地面到高空重力加速度减小（4）作用点：重力作用点是重心，是物体各部分所受重力的合力的作用点。246\n重心的测量方法：均匀规则几何体的重心在其几何中心，薄片物体重心用悬挂法；重心不一定在物体上。2、弹力（1）产生：发生弹性形变的物体恢复原状，对跟它接触并使之发生形变的另一物体产生的力的作用。（2）产生条件：两物体接触；有弹性形变。（3）方向：弹力的方向与物体形变的方向相反，具体情况有：轻绳的弹力方向是沿着绳收缩的方向；支持力或压力的方向垂直于接触面，指向被支撑或被压的物体；弹簧弹力方向与弹簧形变方向相反。（4）大小：弹簧弹力大小F=kx（其它弹力由平衡条件或动力学规律求解）1、K是劲度系数，由弹簧本身的性质决定2、X是相对于原长的形变量3、力与形变量成正比（5）作用点：接触面或重心【例1】如图所示，两物体重力分别为G1、G2，两弹簧劲度系数分别为k1、k2，弹簧两端与物体和地面相连。用竖直向上的力缓慢向上拉G2，最后平衡时拉力F=G1+2G2解析：关键是搞清两个物体高度的增量Δh1和Δh2跟初、末状态两根弹簧的形变量Δx11/、Δx2/间的关系。无拉力F时Δx1=(G1+G2)/k1，Δx2=G2/k2，（Δx1、Δx2为压缩量）246\n加拉力F时Δx1/=G2/k1，Δx2/=(G1+G2)/k2，（Δx1/、Δx2/为伸长量）而Δh1=Δx1+Δx1/，Δh2=(Δx1/+Δx2/)+(Δx1+Δx2)系统重力势能的增量ΔEp=G1∙Δh1+G2∙Δh2整理后可得：()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++=∆22121212kGkGGGGEP练习1.关于两物体之间的弹力和摩擦力，下列说法中正确的是()A.有摩擦力一定有弹力B.摩擦力的大小与弹力成正比C.有弹力一定有摩擦力D.弹力是动力，摩擦力是阻力2.如图，两本书A、B逐页交叉后叠放在一起并平放在光滑的水平桌面上，设每张书页的质量为5g，每本书均是200张，纸与纸之间的动摩擦因数为0.3,问至少要用多大的水平力才能将它们拉开?(g取10米/秒2)3、弹簧秤的读数是它受到的合外力吗？2Δ1Δx22Δ1246\n3、摩擦力（1）产生：相互接触的粗糙的物体之间有相对运动（或相对运动趋势）时，在接触面产生的阻碍相对运动（相对运动趋势）的力；（2）产生条件：接触面粗糙；有正压力；有相对运动（或相对运动趋势）；（3）摩擦力种类：静摩擦力和滑动摩擦力。静摩擦力（1）产生：两个相互接触的物体，有相对滑动趋势时产生的摩擦力。（2）作用效果：总是阻碍物体间的相对运动趋势。（3）方向：与相对运动趋势的方向一定相反（**与物体的运动方向可能相反、可能相同、还可能成其它任意夹角）（4）方向的判定：由静摩擦力方向跟接触面相切，跟相对运动趋势方向相反来判定；由物体的平衡条件来确定静摩擦力的方向；由动力学规律来确定静摩擦力的方向。(5)作用点滑动摩擦力246\n（1）产生：两个物体发生相对运动时产生的摩擦力。（2）作用效果：总是阻碍物体间的相对运动。（3）方向：与物体的相对运动方向一定相反（**与物体的运动方向可能相同；可能相反；也可能成其它任意夹角）（4）大小：f=μN（μ是动摩擦因数，只与接触面的材料有关，与接触面积无关）(5)作用点【例2】小车向右做初速为零的匀加速运动，物体恰好沿车后壁匀速下滑。试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系。解析：物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行，方向竖直向上，而物体相对于地面的速度方向不断改变（竖直分速度大小保持不变，水平分速度逐渐增大），所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°和180°间的任意值。点评：无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力。就是说：弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出，而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的。例题分析：例3、下面关于摩擦力的说法正确的是：246\nDA、阻碍物体运动的力称为摩擦力；B、滑动摩擦力方向总是与物体的运动方向相反；C、静摩擦力的方向不可能与运动方向垂直；D、接触面上的摩擦力总是与接触面平行。例4、如图所示，物体受水平力F作用，物体和放在水平面上的斜面都处于静止，若水平力F增大一些，整个装置仍处于静止，则：AA、斜面对物体的弹力一定增大；B、斜面与物体间的摩擦力一定增大；C、水平面对斜面的摩擦力不一定增大；D、水平面对斜面的弹力一定增大；例5、用一个水平推力F=Kt（K为恒量，t为时间）把一重为G的物体压在竖直的足够高的平整墙上，如图所示，从t=0开始物体所受的摩擦力f随时间t变化关系是哪一个？BV=2V=3f=μmgf=μ(mg+ma)f=μmg246\ncosθ12第2单元力的合成和分解一、标量和矢量矢量：满足平行四边行定则（力、位移、速度、加速度、动量、冲量、电场强度、磁感应强度）246\n标量：不满足平行四边行定则（路程、时间、质量、体积、密度、功和功率、电势、能量、磁通量、振幅）1．矢量和标量的根本区别在于它们遵从不同的运算法则：标量用代数法；矢量用平行四边形定则或三角形定则。矢量的合成与分解都遵从平行四边形定则（可简化成三角形定则）。平行四边形定则实质上是一种等效替换的方法。一个矢量（合矢量）的作用效果和另外几个矢量（分矢量）共同作用的效果相同，就可以用这一个矢量代替那几个矢量，也可以用那几个矢量代替这一个矢量，而不改变原来的作用效果。2．同一直线上矢量的合成可转为代数法，即规定某一方向为正方向。与正方向相同的物理量用正号代入．相反的用负号代入，然后求代数和，最后结果的正、负体现了方向，但有些物理量虽也有正负之分，运算法则也一样．但不能认为是矢量，最后结果的正负也不表示方向如：功、重力势能、电势能、电势等。二、力的合成与分解力的合成与分解体现了用等效的方法研究物理问题。合成与分解是为了研究问题的方便而引人的一种方法．用合力来代替几个力时必须把合力与各分力脱钩，即考虑合力则不能考虑分力，同理在力的分解时只考虑分力而不能同时考虑合力。1．力的合成（1）力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下，用一个力的作用代替几个力的作用，这个力就是那几个力的“等效力”（合力）。力的平行四边形定则是运用“等效”观点，通过实验总结出来的共点力的合成法则，它给出了寻求这种“等效代换”所遵循的规律。（2）平行四边形定则可简化成三角形定则。由三角形定则还可以得到一个有用的推论：如果n个力首尾相接组成一个封闭多边形，则这n个力的合力为零。（3）共点的两个力合力的大小范围是|F1－F2|≤F合≤F1＋F2（4）共点的三个力合力的最大值为三个力的大小之和，最小值可能为零。【例1物体受到互相垂直的两个力F1、F246\n2的作用，若两力大小分别为53N、５N，求这两个力的合力．解析：根据平行四边形定则作出平行四边形，如图所示，由于F1、F2相互垂直，所以作出的平行四边形为矩形，对角线分成的两个三角形为直角三角形，由勾股定理得：2222215)5(+=+=FFFN=10N合力的方向与F1的夹角θ为：35512===FFtgθθ＝30°2．力的分解（1）力的分解遵循平行四边形法则，力的分解相当于已知对角线求邻边。（2）两个力的合力惟一确定，一个力的两个分力在无附加条件时，从理论上讲可分解为无数组分力，但在具体问题中，应根据力实际产生的效果来分解。【例2将放在斜面上质量为m的物体的重力mg246\n分解为下滑力F1和对斜面的压力F2，这种说法正确吗？解析：将mg分解为下滑力F1这种说法是正确的，但是mg的另一个分力F2不是物体对斜面的压力，而是使物体压紧斜面的力，从力的性质上看，F2是属于重力的分力，而物体对斜面的压力属于弹力，所以这种说法不正确。【例3将一个力分解为两个互相垂直的力，有几种分法？解析：有无数种分法，只要在表示这个力的有向线段的一段任意画一条直线，在有向线段的另一端向这条直线做垂线，就是一种方法。如图所示。（3）几种有条件的力的分解①已知两个分力的方向，求两个分力的大小时，有唯一解。②已知一个分力的大小和方向，求另一个分力的大小和方向时，有唯一解。③已知两个分力的大小，求两个分力的方向时，其分解不惟一。④246\n已知一个分力的大小和另一个分力的方向，求这个分力的方向和另一个分力的大小时，其分解方法可能惟一，也可能不惟一。（4）用力的矢量三角形定则分析力最小值的规律：①当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时，另一个分力F2取最小值的条件是两分力垂直。如图所示，F2的最小值为：F2min=Fsinα②当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时，另一个分力F2取最小值的条件是：所求分力F2与合力F垂直，如图所示，F2的最小值为：F2min=F1sinα③当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时，另一个分力F2取最小值的条件是：已知大小的分力F1与合力F同方向，F2的最小值为｜F－F1｜（5）正交分解法：把一个力分解成两个互相垂直的分力，这种分解方法称为正交分解法。用正交分解法求合力的步骤：①246\n首先建立平面直角坐标系，并确定正方向②把各个力向x轴、y轴上投影，但应注意的是：与确定的正方向相同的力为正，与确定的正方向相反的为负，这样，就用正、负号表示了被正交分解的力的分力的方向③求在x轴上的各分力的代数和Fx合和在y轴上的各分力的代数和Fy合④求合力的大小22)()(合合yxFFF+=合力的方向：tanα=合合xyFF（α为合力F与x轴的夹角）【例4质量为m的木块在推力F作用下，在水平地面上做匀速运动．已知木块与地面间的动摩擦因数为µ，那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值的哪个?A．µmgＢ．µ（mg+Fsinθ）Ｃ．µ（mg+Fsinθ）Ｄ．Fcosθ解析：木块匀速运动时受到四个力的作用：重力mg、推力F、支持力FN、摩擦力Fµ．沿水平方向建立x轴，将F进行正交分解如图(这样建立坐标系只需分解F)，由于木块做匀速直线运动，所以，在x轴上，向左的力等于向右的力（水平方向二力平衡）；在y246\n轴上向上的力等于向下的力（竖直方向二力平衡）．即Fcosθ＝Fµ①FN＝mg+Fsinθ②又由于Fµ＝µFN③∴Fµ＝µ（mg+Fsinθ）故Ｂ、Ｄ答案是正确的．三、综合应用举例【例5水平横粱的一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m=10kg的重物，∠CBA＝30°，如图甲所示，则滑轮受到绳子的作用力为（g=10m/s2）A．50NB．50NC．100ND．100N解析：取小滑轮作为研究对象，悬挂重物的绳中的弹力是T＝mg=10³10N=100N，故小滑轮受绳的作用力沿BC、BD方向的大小都是100N，分析受力如图（乙）所示．∠CBD＝120°，∠CBF＝∠DBF，∴∠CBF=60°，⊿CBF是等边三角形．故F＝100N。选C246\n。【例6已知质量为m、电荷为q的小球，在匀强电场中由静止释放后沿直线OP向斜下方运动（OP和竖直方向成θ角），那么所加匀强电场的场强E的最小值是多少？解析：根据题意，释放后小球所受合力的方向必为OP方向。用三角形定则从右图中不难看出：重力矢量OG的大小方向确定后，合力F的方向确定（为OP方向），而电场力Eq的矢量起点必须在G点，终点必须在OP射线上。在图中画出一组可能的电场力，不难看出，只有当电场力方向与OP方向垂直时Eq才会最小，所以E也最小，有E=qmgsin【例7轻绳AB总长l，用轻滑轮悬挂重G的物体。绳能承受的最大拉力是2G，将A端固定，将B端缓慢向右移动d而使绳不断，求d246\n的最大可能值。解：以与滑轮接触的那一小段绳子为研究对象，在任何一个平衡位置都在滑轮对它的压力（大小为G）和绳的拉力F1、F2共同作用下静止。而同一根绳子上的拉力大小F1、F2总是相等的，它们的合力N是压力G的平衡力，方向竖直向上。因此以F1、F2为分力做力的合成的平行四边形一定是菱形。利用菱形对角线互相垂直平分的性质，结合相似形知识可得d∶l=∶4，所以d最大为l4【例8一根长2m，重为G的不均匀直棒AB，用两根细绳水平悬挂在天花板上，如图所示，求直棒重心C的位置。解析：当一个物体受三个力作用而处于平衡状态，如果其中两个力的作用线相交于一点．则第三个力的作用线必通过前两个力作用线的相交点，把O1A和O2B延长相交于O点，则重心C一定在过O点的竖直线上，如图所示由几何知识可知：BO=AB/2=1mBC=BO246\n/2=0.5m故重心应在距B端0.5m处。【例9如图（甲）所示．质量为m的球放在倾角为α的光滑斜面上，试分析挡板AO与斜面间的倾角β为多大时，AO所受压力最小？解析：虽然题目问的是挡板AO的受力情况，但若直接以挡板为研究对象，因挡板所受力均为未知力，将无法得出结论．以球为研究对象，球所受重力产生的效果有两个：对斜面产生的压力N1、对挡板产生的压力N2，根据重力产生的效果将重力分解，如图（乙）所示，当挡板与斜面的夹角β由图示位置变化时，N1大小改变但方向不变，始终与斜面垂直，N2的大小和方向均改变，如图（乙）中虚线所示，由图可看出挡板AO与斜面垂直时β=90°时，挡板AO所受压力最小，最小压力N2min=mgsinα。第3单元246\n共点力作用下物体的平衡一、物体的受力分析21．明确研究对象在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体。在解决比较复杂的问题时，灵活地选取研究对象可以使问题简洁地得到解决。研究对象确定以后，只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力（即研究对象所受的外力），而不分析研究对象施予外界的力。2．按顺序找力先场力（重力、电场力、磁场力），后接触力；接触力中必须先弹力，后摩擦力（只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力）。3．只画性质力，不画效果力画受力图时，只能按力的性质分类画力，不能按作用效果（拉力、压力、向心力等）画力，否则将出现重复。4．需要合成或分解时，必须画出相应的平行四边形（或三角形）二、物体的平衡物体的平衡有两种情况：一是质点静止或做匀速直线运动，物体的加速度为零；二是物体不转动或匀速转动（此时的物体不能看作质点）。理解：对于共点力作用下物体的平衡，不要认为只有静止才是平衡状态，匀速直线运动也是物体的平衡状态．因此，静止的物体一定平衡，但平衡的物体不一定静止．还需注意，不要把速度为零和静止状态相混淆，静止状态是物体在一段时间内保持速度为零不变，其加速度为零，而物体速度为零可能是物体静止，也可能是物体做变速运动中的一个状态，加速度不为零。由此可见，静止的物体速度一定为零，但速度为零的物体不一定静止．因此，静止的物体一定处于平衡状态，但速度为零的物体不一定处于静止状态。总之，共点力作用下的物体只要物体的加速度为零，它一定处于平衡状态，只要物体的加速度不为零，它一定处于非平衡状态三、共点力作用下物体的平衡1．共点力——几个力作用于物体的同一点，或它们的作用线交于同一点（该点不一定在物体上），这几个力叫共点力。2．共点力的平衡条件在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，即F合＝0或Fx合＝0，Fy合＝03．判定定理物体在三个互不平行的力的作用下处于平衡，则这三个力必为共点力。（表示这三个力的矢量首尾相接，恰能组成一个封闭三角形）【例1如下图所示，木块在水平桌面上，受水平力F1=10N，F2246\n=3N而静止，当撤去F1后，木块仍静止，则此时木块受的合力为AA．0B．水平向右，3NC．水平向左，7ND．水平向右，7N【例2】氢气球重10N，空气对它的浮力为16N，用绳拴住，由于受水平风力作用，绳子与竖直方向成30°角，则绳子的拉力大小是_____，水平风力的大小是____（答案：4N2N）四、综合应用举例1．静平衡问题的分析方法【例3如图甲所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α=60°。两小球的质量比12mm为AA．3B．32C．2D．222．动态平衡类问题的分析方法【例4重G246\n的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。若挡板逆时针缓慢转到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力的大小F1、F2各如何变化？（F1逐渐变小，F2先变小后变大。当F2⊥F1，即挡板与斜面垂直时，F2最小）F2F1【例5如图7所示整个装置静止时，绳与竖直方向的夹角为30º。AB连线与OB垂直。若使带电小球A的电量加倍，带电小球B重新稳定时绳的拉力多大？【解析】AOB与FBT′围成的三角形相似，则有：AO/G=OB/T。说明系统处于不同的平衡状态时，拉力T大小不变。由球A电量未加倍时这一特殊状态可以得到：T=Gcos30º。球A电量加倍平衡后，绳的拉力仍是G246\ncos30º。3．平衡中的临界、极值问题当某种物理现象（或物理状态）变为另一种物理现象（或另一物理状态）时的转折状态叫临界状态。可理解成“恰好出现”或“恰好不出现”。极限分析法：通过恰当地选取某个物理量推向极端（“极大”、“极小”、“极左”、“极右”）从而把比较隐蔽的临界现象（“各种可能性”）暴露出来，便于解答。例题分析：例2、拉力F作用重量为G的物体上，使物体沿水平面匀速前进，如图8-2所示，若物体与地面的动摩擦因数为μ，则拉最小时，力和地面的夹角θ为多大？最小拉力为多少？(θ=arcCOS1/（1+μ2）1/2时，Fmin=μG/（1+μ2）1/2)例6如图8-3所示，半径为R，重为G的均匀球靠竖直墙放置，左下有厚为h的木块，若不计摩擦，用至少多大的水平推力F推木块才能使球离开地面？(F=G[h（2R-h）]1/2/（R-h））【例7跨过定滑轮的轻绳两端，分别系着物体A和物体B，物体A放在倾角为θ的斜面上（如图l—4－3（甲）所示），已知物体A的质量为m，物体A与斜面的动摩擦因数为μ(μtanθ)，滑轮的摩擦不计，要使物体A静止在斜面上，求物体B的质量的取值范围。（物体B的质量的取值范围是：m(sinθ-μcosθ)≤mB≤m(sinθ＋μcosθ)246\n）【例8用与竖直方向成α=30°斜向右上方，大小为F的推力把一个重量为G的木块压在粗糙竖直墙上保持静止。求墙对木块的正压力大小N和墙对木块的摩擦力大小f。解：当GF32=时，f=0；当GF32时，GFf-=23，方向竖直向下；当GF32时，FGf246\n23-=，方向竖直向上。4．整体法与隔离法的应用对于连结体问题，如果能够运用整体法，我们优先采用整体法，这样涉及的研究对象少，未知量少，方程少；不计物体间相互作用的内力，或物体系内的物体的运动状态相同，一般首先考虑整体法，对于大多数动力学问题，单纯采用整体法并不一定能解决，通常采用整体法和隔离法相结合的方法。隔离法：物体之间总是相互作用的，为了使研究的问题得到简化，常将研究对象从相互作用的物体中隔离出来，而其它物体对研究对象的影响一律以力来表示的研究方法叫隔离法。整体法：在研究连接体一类的问题时，常把几个相互作用的物体作为一个整体看成一个研究对象的方法叫整体法。【例9有一个直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑。AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环质量均为m，两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡（如图所示）。现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力FN和摩擦力f的变化情况是BA．FN不变，f变大B．FN不变，f变小C．FN变大，f变大D．FN变大，f变小例10图7-1所示，两个完全相同重为G的球，两球与水平面间的动摩擦因数都是μ，一根轻绳两端固结在两个球上，在绳的中点施一个竖直向上的拉力，当绳被拉直后，两段绳间的夹角为θ。问当F至少多大时，两球将发生滑动？例11图7-3所示，光滑的金属球B246\n放在纵截面为等腰三角形的物体A与竖直墙壁之间，恰好匀速下滑，已知物体A的重力是B的重力的6倍，不计球跟斜面和墙壁之间摩擦，问：物体A与水平面之间的动摩擦因数μ是多少？5．“稳态速度”类问题中的平衡【例12物体从高空下落时，空气阻力随速度的增大而增大，因此经过一段距离后将匀速下落，这个速度称为此物体下落的稳态速度。已知球形物体速度不大时所受的空气阻力正比于速度v，且正比于球半径r，即阻力f=krv，k是比例系数。对于常温下的空气，比例系数k=3.4³10-4Ns/m2。已知水的密度3100.1⨯=ρkg/m3，重力加速度为10=gm/s2。求半径r=0.10mm的球形雨滴在无风情况下的稳态速度。解析：雨滴下落时受两个力作用：重力，方向向下；空气阻力，方向向上。当雨滴达到稳态速度后，加速度为0，二力平衡，用m表示雨滴质量，有mg-krv=0，3/43ρπrm=，求得kgrv3/42ρπ=，v=1.2m/s。6．绳中张力问题的求解【例13】重G的均匀绳两端悬于水平天花板上的A、B246\n两点。静止时绳两端的切线方向与天花板成α角。求绳的A端所受拉力F1和绳中点C处的张力F2。解：以AC段绳为研究对象，根据判定定理，虽然AC所受的三个力分别作用在不同的点（如图中的A、C、P点），但它们必为共点力。设它们延长线的交点为O，用平行四边形定则作图可得：ααtan2,sin221GFGF==7解答平衡问题时常用的数学方法根据平衡条件解答平衡问题，往往要进行一定的数学运算才能求得结果，在选择数学方法可针对如下几种情况进行：1、物体受三力作用而平衡，且三力成一定的夹角，一般将三力平衡化为二力平衡，对应数学方法：（1）正弦定理：如图6-1所示，则有F246\n1/sinα=F2/sinβ=F3/sinγ（2）三角形相似：这种方法应用广泛，具体应用时先画出力的三角形，再寻找与力的三角形相似的空间三角形，（即具有物理意义的三角形和具有几何意义的三角形相似）由相似三角形建立比例关系求解。2、多力合成时为了便于计算，往往把这些力先正交分解，根据：∑FX=0∑FY=0求解。3、动态平衡问题：解析法和图象法。解析法：对研究对象形的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出因变量与自变量的一般函数关系，然后根据自变量变化情况而确定因变量的变化情况。图象法：对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化，在同一图中作出若干状态下的平衡图，再由边角变化关系确定某些力的大小及方向的变化情况。F2FF【例14】如图所示，在半径为R的光滑半球面正上方距球心h处悬挂一定滑轮，重为G的小球A用绕过滑轮的绳子被站在地面上的人拉住。人拉动绳子，在与球面相切的某点缓慢运动到接近顶点的过程中，试分析半球对小球的支持力N和绳子拉力F如何变化。解析：小球在重力G，球面的支持力N，绳子的拉力F246\n作用下，处于动态平衡。任选一状态，受力如图4所示。不难看出，力三角形ΔFAG’与几何关系三角形ΔBAO相似，从而有：hRGN=‘，hLGF=‘（其中G’与G等大，L为绳子AB的长度）由于在拉动过程中，R、h不变，绳长L在减小，可见：球面的支持力GhRN=大小不变，绳子的拉力GhLF=在减小。例15图6-2所示，小圆环重G，固定的竖直大环半径为R，轻弹簧原长为L（L﹤R）其倔强系数为K，接触面光滑，求小环静止时弹簧与竖直方向的夹角θ？提示：可利用正弦定律求解或三角形相似法求解例34、如图6-3所示，一轻杆两端固结两个小物体A、B，mA=4mB跨过滑轮连接A和B的轻绳长为L，求平衡时OA和OB分别多长？针对训练1．把重20N的物体放在倾角为30°的粗糙斜面上，物体右端与固定在斜面上的轻弹簧相连接，如图所示，若物体与斜面间的最大静摩擦力为12N，则弹簧的弹力为（246\n）A．可以是22N，方向沿斜面向上B．可以是2N．方向沿斜面向上C．可以是2N，方向沿斜面向下D．可能为零2两个物体A和B，质量分别为M和m，用跨过定滑轮的轻绳相连，A静止于水平地面上，如图所示，不计摩擦力，A对绳的作用力的大小与地面对A的作用力的大小分别为（）A．mg，（M－m）gB．mg，MgC．（M－m）g，MgD．（M+m）g，（M－m）g3如图所示，当倾角为45°时物体m处于静止状态，当倾角θ再增大一些，物体m仍然静止（绳子质量、滑轮摩擦不计）下列说法正确的是（）A．绳子受的拉力增大B．物林m对斜面的正压力减小C．物体m受到的静摩擦力可能增大D．物体m受到的静摩擦力可能减小4．如图所示，两光滑硬杆AOB成θ角，在两杆上各套上轻环P、Q，两环用细绳相连，现用恒力F沿OB方向拉环Q246\n，当两环稳定时细绳拉力为（）A．FsinθB．F/sinθC．FcosθD．F/cosθ5．如图所示，一个本块A放在长木板B上，长木板B放在水平地面上．在恒力F作用下，长木板B以速度v匀速运动，水平弹簧秤的示数为T．下列关于摩擦力正确的是（）A．木块A受到的滑动摩擦力的大小等于TB．木块A受到的静摩擦力的大小等于TC．若长木板B以2v的速度匀速运动时，木块A受到的摩擦力大小等于2TD．若用2F的力作用在长木板上，木块A受到的摩擦力的大小等于T6．如图所示，玻璃管内活塞P下方封闭着空气，P上有细线系住，线上端悬于O点，P的上方有高h的水银柱，如不计水银、活塞P与玻璃管的摩擦，大气压强为p0保持不变，则当气体温度升高时（水银不溢出）（）A．管内空气压强恒为（p0十ρgh246\n）(ρ为水银密度）B．管内空气压强将升高C．细线上的拉力将减小D．玻璃管位置降低7．如图（甲）所示，将一条轻而柔软的细绳一端拴在天花板上的A点．另一端拴在竖直墙上的B点，A和B到O点的距离相等，绳的长度是OA的两倍。图（乙）所示为一质量可忽略的动滑轮K，滑轮下悬挂一质量为m的重物，设摩擦力可忽略，现将动滑轮和重物一起挂到细绳上，在达到平衡时，绳所受的拉力是多大？8．长L的绳子，一端拴着半径为r，重为G的球，另一端固定在倾角为θ的光滑斜面的A点上，如图所示，试求绳子中的张力参考答案：1．ABCD2．A3．BCD4．B5．AD6．D7．mg338．rLLrLGT2sin)(2++=θ第三章246\n牛顿运动定律知识网络：第1单元牛顿运动三定律一、牛顿第一定律(内容)：（1）保持匀速直线运动或静止是物体的固有属性；物体的运动不需要用力来维持（2）要使物体的运动状态（即速度包括大小和方向）改变，必须施加力的作用，力是改变物体运动状态的原因1.牛顿第一定律导出了力的概念力是改变物体运动状态的原因。（运动状态指物体的速度）又根据加速度定义：tva∆∆=，有速度变化就一定有加速度，所以可以说：力是使物体产生加速度的原因。（不能说“力是产生速度的原因”、“力是维持速度的原因”，也不能说“力是改变加速度的原因”。）2.246\n牛顿第一定律导出了惯性的概念惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。惯性应注意以下三点：（1）惯性是物体本身固有的属性，跟物体的运动状态无关，跟物体的受力无关，跟物体所处的地理位置无关（2）质量是物体惯性大小的量度，质量大则惯性大，其运动状态难以改变（3）外力作用于物体上能使物体的运动状态改变，但不能认为克服了物体的惯性3.牛顿第一定律描述的是理想化状态牛顿第一定律描述的是物体在不受任何外力时的状态。而不受外力的物体是不存在的。物体不受外力和物体所受合外力为零是有区别的，所以不能把牛顿第一定律当成牛顿第二定律在F=0时的特例。4、不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律不能用实验直接验证，但是建立在大量实验现象的基础之上，通过思维的逻辑推理而发现的。它告诉了人们研究物理问题的另一种方法，即通过大量的实验现象，利用人的逻辑思维，从大量现象中寻找事物的规律。5、牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例，牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系，牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系。【例1】在一艘匀速向北行驶的轮船甲板上，一运动员做立定跳远，若向各个方向都用相同的力，则（D）A．向北跳最远B．向南跳最远C．向东向西跳一样远，但没有向南跳远D246\n．无论向哪个方向都一样远【例2】某人用力推原来静止在水平面上的小车，使小车开始运动，此后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动，可见（）A．力是使物体产生运动的原因B．力是维持物体运动速度的原因C．力是使物体速度发生改变的原因D．力是使物体惯性改变的原因【例3】如图中的甲图所示，重球系于线DC下端，重球下再系一根同样的线BA，下面说法中正确的是（）A．在线的A端慢慢增加拉力，结果CD线拉断B．在线的A端慢慢增加拉力，结果AB线拉断C．在线的A端突然猛力一拉，结果AB线拉断D．在线的A端突然猛力一拉，结果CD线拉断解析：如图乙，在线的A端慢慢增加拉力，使得重球有足够的时间发生向下的微小位移，以至拉力T2逐渐增大，这个过程进行得如此缓慢可以认为重球始终处于受力平衡状态，即T2＝T1＋mg，随着T1增大，T2也增大，且总是上端绳先达到极限程度，故CD绳被拉断，A正确。若在A端突然猛力一拉，因为重球质量很大，力的作用时间又极短，故重球向下的位移极小，以至于上端绳未来得及发生相应的伸长，T1已先达到极限强度，故AB绳先断，选项C246\n也正确。二、牛顿第三定律(12个字——等值、反向、共线同时、同性、两体、)1.区分一对作用力反作用力和一对平衡力一对作用力反作用力和一对平衡力的共同点有：大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。不同点有：作用力反作用力作用在两个不同物体上，而平衡力作用在同一个物体上；作用力反作用力一定是同种性质的力，而平衡力可能是不同性质的力；作用力反作用力一定是同时产生同时消失的，而平衡力中的一个消失后，另一个可能仍然存在。2.一对作用力和反作用力的冲量和功一对作用力和反作用力在同一个过程中（同一段时间或同一段位移）的总冲量一定为零，但作的总功可能为零、可能为正、也可能为负。这是因为作用力和反作用力的作用时间一定是相同的，而位移大小、方向都可能是不同的。3、效果不能相互抵消【例4】汽车拉着拖车在水平道路上沿直线加速行驶，根据牛顿运动定律可知（BC）A246\n．汽车拉拖车的力大于拖车拉汽车的力B．汽车拉拖车的力等于拖车拉汽车的力C．汽车拉拖车的力大于拖车受到的阻力D．汽车拉拖车的力等于拖车受到的阻力【例5】甲、乙二人拔河，甲拉动乙向左运动，下面说法中正确的是ACA．做匀速运动时，甲、乙二人对绳的拉力大小一定相等B．不论做何种运动，根据牛顿第三定律，甲、乙二人对绳的拉力大小一定相等C．绳的质量可以忽略不计时，甲乙二人对绳的拉力大小一定相等D．绳的质量不能忽略不计时，甲对绳的拉力一定大于乙对绳的拉力【例6】物体静止在斜面上，以下几种分析中正确的是DA．物体受到的静摩擦力的反作用力是重力沿斜面的分力B．物体所受重力沿垂直于斜面的分力就是物体对斜面的压力C．物体所受重力的反作用力就是斜面对它的静摩擦力和支持力这两个力的合力D246\n．物体受到的支持力的反作用力，就是物体对斜面的压力【例7】物体静止于水平桌面上，则Ａ．桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力，这两个力是一对平衡力Ｂ．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力Ｃ．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力Ｄ．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡的力三、牛顿第二定律1．定律的表述物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同，即F=ma（其中的F和m、a必须相对应）特别要注意表述的第三句话。因为力和加速度都是矢量，它们的关系除了数量大小的关系外，还有方向之间的关系。明确力和加速度方向，也是正确列出方程的重要环节。若F为物体受的合外力，那么a表示物体的实际加速度；若F为物体受的某一个方向上的所有力的合力，那么a表示物体在该方向上的分加速度；若F为物体受的若干力中的某一个力，那么a246\n仅表示该力产生的加速度，不是物体的实际加速度。2．对定律的理解：（1）瞬时性：加速度与合外力在每个瞬时都有大小、方向上的对应关系，这种对应关系表现为：合外力恒定不变时，加速度也保持不变。合外力变化时加速度也随之变化。合外力为零时，加速度也为零（2）矢量性：牛顿第二定律公式是矢量式。公式mFa只表示加速度与合外力的大小关系.矢量式的含义在于加速度的方向与合外力的方向始终一致.（3）同一性：加速度与合外力及质量的关系，是对同一个物体（或物体系）而言，即F与a均是对同一个研究对象而言.（4）相对性；牛顿第二定律只适用于惯性参照系3．牛顿第二定律确立了力和运动的关系牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系。联系物体的受力情况和运动情况的桥梁或纽带就是加速度。4．应用牛顿第二定律解题的步骤①明确研究对象。可以以某一个物体为对象，也可以以几个物体组成的质点组为对象。设每个质点的质量为mi，对应的加速度为ai，则有：F合=m1a1+m2a2+m3a3+„„+mna246\nn对这个结论可以这样理解：先分别以质点组中的每个物体为研究对象用牛顿第二定律：∑F1=m1a1，∑F2=m2a2，„„∑Fn=mnan，将以上各式等号左、右分别相加，其中左边所有力中，凡属于系统内力的，总是成对出现并且大小相等方向相反的，其矢量和必为零，所以最后得到的是该质点组所受的所有外力之和，即合外力F。②对研究对象进行受力分析。同时还应该分析研究对象的运动情况（包括速度、加速度），并把速度、加速度的方向在受力图旁边画出来。③若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动，一般用平行四边形定则（或三角形定则）解题；若研究对象在不共线的三个以上的力作用下做加速运动，一般用正交分解法解题（注意灵活选取坐标轴的方向，既可以分解力，也可以分解加速度）。④当研究对象在研究过程的不同阶段受力情况有变化时，那就必须分阶段进行受力分析，分阶段列方程求解。例9：如图，质量m=4kg的物体与地面间的动摩擦因数为μ=0.5，在与水平成θ=37°角的恒力F作用下，从静止起向右前进t1=2.0s后撤去F，又经过t2=4.0s物体刚好停下。求：F的大小、最大速度vm、总位移s。(54.52060)四、超重和失重问题升降机中人m=50kg，a=2246\nm/s向上或向下，求秤的示数N1、静止或匀速直线N＝mg视重＝重力平衡a=02、向上加速或向下减速，a向上N－mg＝∴N＝mg＋ma视重＞重力超重3、向下加速或向上减速，a向下mg－N＝ma∴N＝mg－视重＜重力失重4，如果a＝g向下，则N＝0台秤无示数完全失重注意：①、物体处于“超重”或“失重”状态，地球作用于物体的重力始终存在，大小也无变化；②、发生“超重”或“失重”现象与物体速度方向无关，只决定于物体的加速度方向；③246\n、在完全失重状态，平常一切由重力产生的物理现象完全消失。如单摆停摆、浸在水中的物体不受浮力等。五、牛顿定律的适用范围：（1）只适用于研究惯性系中运动与力的关系，不能用于非惯性系；（2）只适用于解决宏观物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；（3）只适用于宏观物体，一般不适用微观粒子。例10、如图所示，升降机内质量为m的小球用轻弹簧系住，悬在升降机内，当升降机以a=3g加速度减速上升时，秤系数为（A）A、2mg/3B、mg/3C、4mg/3D、mg例10、如图所示，电梯中有一桶水，水面上漂浮一木块，其质量为m，静止时木块一部分浸在水中，当电梯以a246\n加速上升时，问木块浸在水中的深度如何变化？（不变）注意：①、电梯加速运动时，水也处在超重状态；②、物体所受浮力是物体上、下表面受到的水的压力差f=m（g±a）V排③、第2单元牛顿运动定律的应用一、牛顿运动定律在动力学问题中的应用1．运用牛顿运动定律解决的动力学问题常常可以分为两种类型（1）已知受力情况，要求物体的运动情况．如物体运动的位移、速度及时间等．（2）已知运动情况，要求物体的受力情况（求力的大小和方向）．但不管哪种类型，一般总是先根据已知条件求出物体运动的加速度，然后再由此得出问题的答案．常用的运动学公式为匀变速直线运动公式，2/2,2,21,0202200ttttvvvtsasvvattvsatvv=+===-+=+=等.2．应用牛顿运动定律解题的一般步骤（1）认真分析题意，明确已知条件和所求量，搞清所求问题的类型.（2）选取研究对象.所选取的研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的整体.246\n同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象.（3）分析研究对象的受力情况和运动情况.（4）当研究对象所受的外力不在一条直线上时：如果物体只受两个力，可以用平行四边形定则求其合力；如果物体受力较多，一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到沿运动方向和垂直运动的方向上.（5）根据牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行运算.（6）求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论.3．应用例析【例1】一斜面AB长为10m，倾角为30°，一质量为2kg的小物体（大小不计）从斜面顶端A点由静止开始下滑，如图所示（g取10m/s2）若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5，求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间．【例2】如图所示，一高度为h=0.8m粗糙的水平面在B点处与一倾角为θ=30°光滑的斜面BC连接，一小滑块从水平面上的A点以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动。运动到B点时小滑块恰能沿光滑斜面下滑。已知AB246\n间的距离s=5m，求：（1）小滑块与水平面间的动摩擦因数；（2）小滑块从A点运动到地面所需的时间；解析：（1）依题意得vB1=0，设小滑块在水平面上运动的加速度大小为a，则据牛顿第二定律可得f=μmg=ma，所以a=μg，由运动学公式可得gsvμ220=得09.0=μ，t1=3.3s（2）在斜面上运动的时间t2=sgh8.0sin22=θ，t=t1+t2=4.1s【例3】静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开始运动，4s末它的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经6s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小。解析：物体的整个运动过程分为两段，前4s物体做匀加速运动，后6s物体做匀减速运动。前4s内物体的加速度为2211/1/440smsmtva==-=①设摩擦力为μF，由牛顿第二定律得1maFF=-μ②后6s内物体的加速度为2222/32/640smsmtva-=-=-=③246\n物体所受的摩擦力大小不变，由牛顿第二定律得2maF=-μ④由②④可求得水平恒力F的大小为NNaamF3.3)321(2)(21=+⨯=-=二、整体法与隔离法1．整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体，也可以把几个物理过程作为一个整体，采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。运用整体法解题的基本步骤：①明确研究的系统或运动的全过程.②画出系统的受力图和运动全过程的示意图.③寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解246\n2．隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法。可以把整个物体隔离成几个部分来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分别处理。采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特征明显地显示出来，从而进行有效的处理。运用隔离法解题的基本步骤：①明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象.选择原则是：一要包含待求量，二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少.②将研究对象从系统中隔离出来；或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来.③对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究，画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图.④寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解.3．整体和局部是相对统一的，相辅相成的。隔离法与整体法，不是相互对立的，一般问题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法交叉运用，相辅相成.4．应用例析【例4】如图所示，A、B两木块的质量分别为mA、mB，在水平推力F作用下沿光滑水平面匀加速向右运动，求A、B间的弹力FN246\n。解析：这里有a、FN两个未知数，需要要建立两个方程，要取两次研究对象。比较后可知分别以B、（A+B）为对象较为简单（它们在水平方向上都只受到一个力作用）。可得FmmmFBABN+=点评：这个结论还可以推广到水平面粗糙时（A、B与水平面间μ相同）；也可以推广到沿斜面方向推A、B向上加速的问题，有趣的是，答案是完全一样的。【例5】如图所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的21，即a=21g，则小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？解法一：（隔离法）mg-Ff=ma①FN-Ff′-Mg=0②且Ff=Ff′③由①②③式得FN=22mM+g由牛顿第三定律知，木箱对地面的压力大小为FN′=FN=22mM+g.246\n解法二：（整体法）对于“一动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：（mg+Mg）-FN=ma+M³0故木箱所受支持力：FN=22mM+g，由牛顿第三定律知：木箱对地面压力FN′=FN=22mM+g.第3单元解析典型问题问题1：必须弄清牛顿第二定律的矢量性。牛顿第二定律F=ma是矢量式，加速度的方向与物体所受合外力的方向相同。在解题时，可以利用正交分解法进行求解。例1、如图1所示，电梯与水平面夹角为300,当电梯加速向上运动时，人对梯面压力是其重力的6/5，则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍？分析与解：对人受力分析，他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用，如图1所示.取水平向右为x轴正向，竖直向上为y轴正向，此时只需分解加速度，据牛顿第二定律可得：Ff=macos300,FN-mg=masin300因为56=mgFN，解得53=mgFf.另例：如图所示，在箱内倾角为α的固定光滑斜面上用平行于斜面的细线固定一质量为m的木块。求：⑴箱以加速度a246\n匀加速上升，⑵箱以加速度a向左匀加速运动时，线对木块的拉力F1和斜面对箱的压力F2各多大？解：⑴a力竖直向下，所以F1、F2的合力F必然竖直向上。可先求F，再由F1=Fsinα和F2=Fcosα求解，得到：F1=m(g+a)sinα，F2=m(g+a)cosα显然这种方法比正交分解法简单。⑵a向左时，箱受的三个力都不和加速度在一条直线上，必须用正交分解法。可选择沿斜面方向和垂直于斜面方向进行正交分解，（同时正交分解a），然后分别沿x、y轴列方程求F1、F2：F1=m(gsinα-acosα)，F2=m(gcosα+asinα)还应该注意到F1的表达式F1=m(gsinα-acosα)显示其有可能得负值，这意味这绳对木块的力是推力，这是不可能的。这里又有一个临界值的问题：当向左的加速度a≤gtanα时F1=m(gsinα-acosα)沿绳向斜上方；当agtan246\nα时木块和斜面不再保持相对静止，而是相对于斜面向上滑动，绳子松弛，拉力为零。问题2：必须弄清牛顿第二定律的瞬时性。牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果—产生加速度。物体在某一时刻加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的。当物体所受到的合外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，F=ma对运动过程的每一瞬间成立，加速度与力是同一时刻的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失。例2、如图2（a）所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L2水平拉直，物体处于平衡状态。现将L2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。（l）下面是某同学对该题的一种解法：分析与解：设L1线上拉力为T1，L2线上拉力为T2，重力为mg，物体在三力作用下保持平衡,有T1cosθ＝mg，T1sinθ＝T2，T2＝mgtanθ剪断线的瞬间，T2突然消失，物体即在T2反方向获得加速度。因为mgtanθ＝ma，所以加速度a＝gtanθ，方向在T2反方向。图2(a)图1F246\n1你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。（2）若将图2(a)中的细线L1改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图2(b)所示，其他条件不变，求解的步骤和结果与（l）完全相同，即a＝gtanθ，你认为这个结果正确吗？请说明理由。分析与解：（1）错。因为L2被剪断的瞬间，L1上的张力大小发生了变化。剪断瞬时物体的加速度a=gsinθ.（2）对。因为L2被剪断的瞬间，弹簧L1的长度来不及发生变化，其大小和方向都不变。问题3：必须弄清牛顿第二定律的独立性。当物体受到几个力的作用时，各力将独立地产生与其对应的加速度（力的独立作用原理），而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果。那个方向的力就产生那个方向的加速度。例3、如图3所示，一个劈形物体M放在固定的斜面上，上表面水平，在水平面上放有光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是：CA．沿斜面向下的直线B．抛物线C．竖直向下的直线D.无规则的曲线。246\n问题4：必须弄清牛顿第二定律的同体性。加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的，所以解题时一定要把研究对象确定好，把研究对象全过程的受力情况都搞清楚。例4、一人在井下站在吊台上，用如图4所示的定滑轮装置拉绳把吊台和自己提升上来。图中跨过滑轮的两段绳都认为是竖直的且不计摩擦。吊台的质量m=15kg,人的质量为M=55kg,起动时吊台向上的加速度是a=0.2m/s2,求这时人对吊台的压力。(g=9.8m/s2)分析与解：选人和吊台组成的系统为研究对象，受力如图5所示，F为绳的拉力,由牛顿第二定律有：2F-(m+M)g=(M+m)a则拉力大小为：NgamMF3502))((=++=再选人为研究对象，受力情况如图6所示，其中FN是吊台对人的支持力。由牛顿第二定律得：F+FN-Mg=Ma,故FN=M(a+g)-F=200N.由牛顿第三定律知，人对吊台的压力与吊台对人的支持力大小相等，方向相反，因此人对吊台的压力大小为200N246\n，方向竖直向下。问题5：必须弄清面接触物体分离的条件及应用。相互接触的物体间可能存在弹力相互作用。对于面接触的物体，在接触面间弹力变为零时，它们将要分离。例5、一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧，上端固定,下端系一质量为m的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如图7所示。现让木板由静止开始以加速度a(a＜g＝匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体分离。分析与解：设物体与平板一起向下运动的距离为x时，物体受重力mg，弹簧的弹力F=kx和平板的支持力N作用。据牛顿第二定律有：mg-kx-N=ma得N=mg-kx-ma图2(b)图3图4图5a图6图7当N=0时，物体与平板分离，所以此时kagmx)(-=因为221atx=，所以kaagmt)(2-=。例6、一弹簧秤的秤盘质量m1=1．5kg，盘内放一质量为m2=10．5kg的物体P246\n，弹簧质量不计，其劲度系数为k=800N/m，系统处于静止状态，如图9所示。现给P施加一个竖直向上的力F，使P从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初0．2s内F是变化的，在0．2s后是恒定的，求F的最大值和最小值各是多少？（g=10m/s2）分析与解：因为在t=0.2s内F是变力，在t=0.2s以后F是恒力，所以在t=0.2s时，P离开秤盘。此时P受到盘的支持力为零，由于盘的质量m1=1．5kg，所以此时弹簧不能处于原长，这与例2轻盘不同。设在0_____0.2s这段时间内P向上运动的距离为x,对物体P据牛顿第二定律可得：F+N-m2g=m2a对于盘和物体P整体应用牛顿第二定律可得：ammgmmxkgmmkF)()()(212121+=+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++令N=0，并由述二式求得kamgmx12-=，而221atx=，所以求得a=6m/s2.当P开始运动时拉力最小，此时对盘和物体P整体有Fmin=(m1+m2)a=72N.当P与盘分离时拉力F最大，Fmax=m2(a+g)=168N.问题6：必须会分析临界问题。例7、如图10，在光滑水平面上放着紧靠在一起的ＡＢ两物体，Ｂ的质量是Ａ的2倍，Ｂ受到向右的恒力ＦB=2N，Ａ受到的水平力ＦA=(9-2t)N，(t的单位是s)。从t246\n＝0开始计时，则：A．Ａ物体3s末时的加速度是初始时的5／11倍；B．t＞４s后,Ｂ物体做匀加速直线运动；C．t＝4.5s时,Ａ物体的速度为零；D．t＞4.5s后,ＡＢ的加速度方向相反。分析与解：对于A、B整体据牛顿第二定律有：FA+FB=(mA+mB)a,设A、B间的作用为N，则对B据牛顿第二定律可得：N+FB=mBa解得NtFmmFFmNBBABAB3416-=-++=当t=4s时N=0，A、B两物体开始分离，此后B做匀加速直线运动，而A做加速度逐渐减小的加速运动，当t=4.5s时A物体的加速度为零而速度不为零。t＞4.5s后,Ａ所受合外力反向，即A、B的加速度方向相反。当t４s时，A、B的加速度均为BABAmmFFa++=。综上所述，选项A、B、D正确。例8、如图11所示，细线的一端固定于倾角为450的光滑图9图10图11楔形滑块A的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m246\n的小球。当滑块至少以加速度a=向左运动时，小球对滑块的压力等于零，当滑块以a=2g的加速度向左运动时，线中拉力。分析与解：当滑块具有向左的加速度a时，小球受重力mg、绳的拉力T和斜面的支持力N作用，如图12所示。在水平方向有Tcos450-Ncos450=ma;在竖直方向有Tsin450-Nsin450-mg=0.由上述两式可解出：0045cos2)(,45sin2)(agmTagmN+=-=由此两式可看出，当加速度a增大时，球受支持力N减小，绳拉力T增加。当a=g时，N=0，此时小球虽与斜面有接触但无压力，处于临界状态。这时绳的拉力T=mg/cos450=mg2.当滑块加速度ag时，则小球将“飘”离斜面，只受两力作用，如图13所示，此时细线与水平方向间的夹角α450.由牛顿第二定律得：Tcosα=ma,Tsinα=mg,解得mggamT246\n22=+=。问题7：必须会用整体法和隔离法解题。在应用牛顿第二定律解题时，有时为了方便，可以取一组物体（一组质点）为研究对象。这一组物体一般具有相同的速度和加速度，但也可以有不同的速度和加速度。以质点组为研究对象的好处是可以不考虑组内各物体间的相互作用.例9、用质量为m、长度为L的绳沿着光滑水平面拉动质量为M的物体，在绳的一端所施加的水平拉力为F，如图14所示，求：(1)物体与绳的加速度；(2)绳中各处张力的大小(假定绳的质量分布均匀，下垂度可忽略不计。)分析与解：(1)以物体和绳整体为研究对象，根据牛顿第二定律可得：F=（M+m）a,解得a=F/(M+m).(2)以物体和靠近物体x长的绳为研究对象，如图15所示。根据牛顿第二定律可得：Fx=(M+mx/L)a=(M+xLm)mMF+.由此式可以看出：绳中各处张力的大小是不同的，当x=0时，绳施于物体M的力的大小为FmMM+。例10、如图16所示，AB为一光滑水平横杆，杆上套一轻环，环上系一长为L质量不计的细绳，绳的另一端拴一质量为m的小球，现将绳拉直，且与AB平行，由静止释放小球，则当细绳与AB246\n成θ角时，小球速度的水平分量和竖直分量的大小各是多少？轻环移动距离d是多少？分析与解：本题是“轻环”模型问题。由于轻环是套在光滑水平横杆上的，在小球下落过程中，由于轻环可以无摩擦地向右移动，故小球在落到最低点之前，绳子对小球始终没有图13图14M图15MA图16力的作用，小球在下落过程中只受到重力作用。因此，小球的运动轨迹是竖直向下的，这样当绳子与横杆成θ角时，小球的水平分速度为Vx=0,小球的竖直分速度θsin2gLVy=。可求得轻环移动的距离是d=L-Lcosθ.例11.如图所示，mA=1kg，mB=2kg，A、B间静摩擦力的最大值是5N，水平面光滑。用水平力F拉B，当拉力大小分别是F=10N和F=20N时，A、B的加速度各多大？解：先确定临界值，即刚好使A、B发生相对滑动的F值。当A、B间的静摩擦力达到5N246\n时，既可以认为它们仍然保持相对静止，有共同的加速度，又可以认为它们间已经发生了相对滑动，A在滑动摩擦力作用下加速运动。这时以A为对象得到a=5m/s2；再以A、B系统为对象得到F=（mA+mB）a=15N⑴当F=10N15N时，A、B一定仍相对静止，所以2BABA3.3m/s=+==mmFaa⑵当F=20N15N时，A、B间一定发生了相对滑动，用质点组牛顿第二定律列方程：BBAAamamF+=，而aA=5m/s2，于是可以得到aB=7.5m/s2问题8：必须会分析与斜面体有关的问题。（系统牛顿第二定律）例12.如图，倾角为α的斜面与水平面间、斜面与质量为m的木块间的动摩擦因数均为μ，木块由静止开始沿斜面加速下滑时斜面始终保持静止。求水平面给斜面的摩擦力大小和方向。解：以斜面和木块整体为研究对象，水平方向仅受静摩擦力作用，整体法：ααμαcos)cos(sin-=mgFfFN=Mg+mg(cosα+μsinα)sinα例13、（难）如图17所示，水平粗糙的地面上放置一质量为M246\n、倾角为θ的斜面体，斜面体表面也是粗糙的有一质量为m的小滑块以初速度V0由斜面底端滑上斜面上经过时间t到达某处速度为零，在小滑块上滑过程中斜面体保持不动。求此过程中水平地面对斜面体的摩擦力与支持力各为多大？分析与解：取小滑块与斜面体组成的系统为研究对象，系统受到的外力有重力(m+M)g/地面对系统的支持力N、静摩擦力f(向下)。建立如图17所示的坐标系，对系统在水平方向与竖直方向分别应用牛顿第二定律得：－f=0－mV0cosθ/t,[N－(m+M)g]=0－mV0sinθ/t所以tmVfθcos0=，方向向左；tmVgMmNθsin)(0-+=。问题9：必须会分析传送带有关的问题。例14、如图18所示，某工厂用水平传送带传送零件，设两轮子圆心的距离为S，传送带与零件间的动摩擦因数为μ，传送带的速度恒为V，在P点轻放一质量为m的零件，并使被传送到右边的Q处。设零件运动的后一段与传图17图18F送带之间无滑动，则传送所需时间为，摩擦力对零件做功为.分析与解：由于f=μmg=ma,所以a=μg.加速时246\ngVaVtμ==1加速位移gVatSμ22112121==通过余下距离所用时间gVVSVSStμ212-=-=共用时间gVVStttμ221+=+=摩擦力对零件做功221mVW=例15、（难）如图19所示，传送带与地面的倾角θ=37ｏ，从A到B的长度为16ｍ，传送带以V0=10m/s的速度逆时针转动。在传送带上端无初速的放一个质量为0.5㎏的物体，它与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5，求物体从A运动到B所需的时间是多少？(sin37ｏ=0.6,cos37ｏ=0.8)分析与解：物体放在传送带上后，开始阶段，传送带的速度大于物体的速度，传送带给物体一沿斜面向下的滑动摩擦力，物体由静止开始加速下滑，受力分析如图20（a）所示；当物体加速至与传送带速度相等时，由于μ＜tanθ，物体在重力作用下将继续加速，此后物体的速度大于传送带的速度，传送带给物体沿传送带向上的滑动摩擦力，但合力沿传送带向下，物体继续加速下滑，受力分析如图20(b)所示。综上可知，滑动摩擦力的方向在获得共同速度的瞬间发生了“突变”。开始阶段由牛顿第二定律得:ｍｇsinθ＋μｍｇcosθ=ｍa1;所以:a1=ｇsinθ＋µｇcos246\nθ=10m/s2;物体加速至与传送带速度相等时需要的时间ｔ1＝ｖ／a1＝1s;发生的位移：ｓ＝a1ｔ12/2＝5ｍ＜16ｍ;物体加速到10m/s时仍未到达B点。第二阶段，有：ｍｇsinθ－µｍｇcosθ＝ｍa2;所以：a2＝2m/s2;设第二阶段物体滑动到B的时间为t2则：LAB－S＝ｖｔ2＋a２ｔ22/2；解得：t2＝1s,ｔ2/=-11s（舍去）。故物体经历的总时间ｔ=t1＋t2=2s.第四章机械能a1f21ωmgmg图19图20(a)(b)第1单元功和功率一、功1．功：力对空间积累效应,246\n和位移相对应（也和时间相对应）。功等于力和沿该力方向上的位移的乘积。求功必须指明是“哪个力”“在哪个过程中”做的2、功的正负①0≦θ≦900时，W＞0正功利于物体运动，动力②、θ＝900时，W＝0零功不做功③、900≦θ≦1800时W＜0负功阻碍物体运动，阻力【例1】质量为m的物体，受水平力F的作用，在粗糙的水平面上运动，下列说法中正确的是（A、C、D）[注意功是怎样改变能量的]A．如果物体做加速直线运动，F一定做正功B．如果物体做减速直线运动，F一定做负功C．如果物体做减速直线运动，F可能做正功D．如果物体做匀速直线运动，F一定做正功3、功是标量符合代数相加法则，功的正负不具有方向意义，只能反映出该力是有利于物体运动，还是阻碍物体运动，是动力还是阻力。4、合力功的计算①w合=F合³SCOSθ②w合=各个力的功的代数和③用动能定理W=ΔEk或功能关系5、变力做功的计算①246\n动能定理②用平均值代替公式中的F。如果力随位移是均匀变化的，则平均值F=221FF③F～S图象中面积＝功④W=Pt【例2】用力将重物竖直提起，先是从静止开始匀加速上升，紧接着匀速上升。如果前后两过程的运动时间相同，不计空气阻力，则（D）A．加速过程中拉力做的功比匀速过程中拉力做的功大B．匀速过程中拉力做的功比加速过程中拉力做的功大C．两过程中拉力做的功一样大D．上述三种情况都有可能解析：211121)(atagmsFW⋅+=⋅=2)(21atagm+=①2222mgatsFW==②比较①、②知：当ag时，21WW；当a=g时，21WW=；当ag时，21WW246\n6．一对作用力和反作用力做功的特点（1）一对作用力和反作用力在同一段时间内，可以都做正功、或者都做负功，或者一个做正功、一个做负功，或者都不做功。（2）一对作用力和反作用力在同一段时间内做总功可能为正、可能为负、可能为零。（3）一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能为零（静摩擦力）、可能为负（滑动摩擦力），但不可能为正。拓展：作用力和反作用力在同一段时间内的冲量一定大小相等，方向相反，矢量和为零。7．功的物理含义关于功不仅要从定义式W=Fscosα进行理解和计算，还应理解它的物理含义．功是能量转化的量度，即：做功的过程是能量的一个转化过程，这个过程做了多少功，就有多少能量发生了转化．对物体做正功，物体的能量增加．做了多少正功，物体的能量就增加了多少；对物体做负功，也称物体克服阻力做功，物体的能量减少，做了多少负功，物体的能量就减少多少．因此功的正、负表示能的转化情况，表示物体是输入了能量还是输出了能量．8、区别保守力和非保守力做功的不同:与路径有无关系二、功率——功率是描述做功快慢的物理量。⑴功率的定义式：tWP=，所求出的功率是时间t内的平均功率。⑵功率的计算式：P=Fvcosθ，其中θ是力与速度间的夹角。该公式有两种用法：①求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的P为F246\n在该时刻的瞬时功率；②当v为某段位移（时间）内的平均速度时，则要求这段位移（时间）内F必须为恒力，对应的P为F在该段时间内的平均功率。P的正负取决于cosθ的正负，即功的正负【例3】质量为0.5kg的物体从高处自由下落，在下落的前2s内重力对物体做的功是多少？这2s内重力对物体做功的平均功率是多少？2s末，重力对物体做功的即时功率是多少？（g取2/10sm）解析：前2s，20210212122=⨯⨯==gthm，JmghWG10020105.0=⨯⨯==，平均功率50==tWPW，2s末速度smsmgtvt/20/210=⨯==，2s末即时功率100==tmgvPW。⑶重力的功率可表示为PG=mgvy，即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度之积。⑷汽车的两种加速问题。当汽车从静止开始沿水平面加速运动时，有两种不同的加速过程，但分析时采用的基本公式都是P=Fv和F-f=ma①恒定功率的加速。由公式P=Fv和F-f=ma知，由于P恒定，随着v的增大，F必将减小，a也必将减小，汽车做加速度不断减小的加速运动，直到F=f，a=0，这时v246\n达到最大值fPFPvmmm==。可见恒定功率的加速一定不是匀加速。这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算，不能用W=Fs计算（因为F为变力）。②恒定牵引力的加速。由公式P=Fv和F-f=ma知，由于F恒定，所以a恒定，汽车做匀加速运动，而随着v的增大，P也将不断增大，直到P达到额定功率Pm，功率不能再增大了。这时匀加速运动结束，其最大速度为mmmmvfPFPv==‘，此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。可见恒定牵引力的加速时功率一定不恒定。这种加速过程发动机做的功只能用W=F∙s计算，不能用W=P∙t计算（因为P为变功率）。要注意两种加速运动过程的最大速度的区别。【例4】质量为m、额定功率为P的汽车在平直公路上行驶。若汽车行驶时所受阻力大小不变，并以额定功率行驶，汽车最大速度为v1，当汽车以速率v2（v2v1）行驶时，它的加速度是多少？解析：F-f=ma其中1vPf=，2vPF=得212121)()11(vmvvvPvvmPa-=-=【例5】质量是2000kg、额定功率为80kW246\n的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s。若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2，运动中的阻力不变。求：①汽车所受阻力的大小。②汽车做匀加速运动的时间。③3s末汽车的瞬时功率。④汽车在匀加速运动中牵引力所做的功。解析：①所求的是运动中的阻力，若不注意“运动中的阻力不变”，则阻力不易求出。以最大速度行驶时，根据P=Fv，可求得F=4000N。而此时牵引力和阻力大小相等。②设匀加速运动的时间为t，则t时刻的速度为v=at=2t，这时汽车的功率为额定功率。由P=Fv，将F=8000N和v=2t代入得t=5s。③由于3s时的速度v=at=6m/s，而牵引力由F—Ff=ma得F=8000N，故此时的功率为P=Fv=4.8³104W。④虽然功率在不断变化，但功率却与速度成正比，故平均功率为额定功率的一半，从而得牵引力的功为W=Pt=40000³5J=2³105J.三、针对训练1．一质量为m的木块静止在光滑的水平面上，从t=0开始，将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上，在t=T时刻F的功率是（B）A．mTF22B．mTF2C．mTF22D．mTF246\n222va2．火车从车站开出作匀加速运动，若阻力与速率成正比，则（ACD）A．火车发动机的功率一定越来越大，牵引力也越来越大B．火车发动机的功率恒定不变，牵引力也越来越小C．当火车达到某一速率时，若要保持此速率作匀速运动，发动机的功率这时应减小D．当火车达到某一速率时，若要保持此速率作匀速运动，则发动机的功率一定跟此时速率的平方成正比解析：A、C、D根据P=Fv，F-f=ma，f=kv，∴mavkvvmakvP+=+=2)(。这表明，在题设条件下，火车发动机的功率和牵引力都随速率v的增大而增大，∴A正确。当火车达到某一速率时，欲使火车作匀速运动，则a=0，∴此时2kvP=，减小mav，∴C、D对。3．同一恒力按同样方式施于物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平抛面移动相同一段距离时，恒力的功和平均功率分别为1W、1P和2W、2P，则二者的关系（B）A．21WW、21PPB．21WW=、21PPC．21WW=、21PPD．21WW、21PP246\n4．如图甲所示，滑轮质量、摩擦均不计，质量为2kg的物体在F作用下由静止开始向上做匀加速运动，其速度随时间的变化关系如图乙所示，由此可知（C）A．物体加速度大小为2m/s2B．F的大小为21NC．4s末F的功率大小为42WD．4s内F做功的平均功率为42W5．物体静止在光滑水平面上，先对物体施一水平向右的恒力F1，经时间t后撤去F1，立即再对它施加一水平向左的恒力F2，又经时间t后物体回到原出发点，在这一过程中，F1、F2分别对物体做的功W1、W2之比为多少？解：经t时间的位移mtFtas/21212121==①此时速度mtFtav/11==，之后受恒力2F向左，与v方向相反，则物体做匀减速直线运动：F2＝ma2，加速度a2＝F2／m，经t时间又回到原出发点，此过程位移为s，方向向左，则力2F做正功。因位移与v的方向相反，则有2221tavts-=-即tmtFtmFvttas122222121-=-=②②与①式联立可得123FF246\n=，则力F2做的功123WW=。所以3121=WW6．如图所示，在光滑的水平面上，物块在恒力F=100N作用下从A点运动到B点，不计滑轮的大小，不计绳、滑轮间摩擦，H=2.4m，α=37°，β=53°，求拉力F所做的功解：100)sinsin(=-==βαHHFFsWJ第2单元动能势能动能定理一、动能1．动能：物体由于运动而具有的能，叫动能。其表达式为：221mvEk=。246\n2．对动能的理解（1）动能是一个状态量，它与物体的运动状态对应．动能是标量．它只有大小，没有方向，而且物体的动能总是大于等于零，不会出现负值．（2）动能是相对的，它与参照物的选取密切相关．如行驶中的汽车上的物品，对汽车上的乘客，物品动能是零；但对路边的行人，物品的动能就不为零。3．动能与动量的比较（1）动能和动量都是由质量和速度共同决定的物理量，221mvEk=＝mp22或kmEp2=（2）动能是标量，动量是矢量。物体的动能变化，则其动量一定变化；物体的动量变化，则其动量不一定变化。（4）动能决定了物体克服一定的阻力能运动多么远；动量则决定着物体克服一定的阻力能运动多长时间。动能的变化决定于合外力对物体做多少功，动量的变化决定于合外力对物体施加的冲量。二、势能（位能）1、重力势能（Ep）⇐举高。物体由于受到重力的作用，而具有的与其相对位置有关的能量叫做重力势能。Ep＝mgh（h是重心相对于零势能面的高度）（1）、相对性①“零高度”或“零势能面”，（大地或最低点）②势能的正负和大小是相对于零势能面的③势能的正负和大小于零势能面的选取有关（2）重力势能变化量的绝对性——①跟物体的初位置的高度和末位置的高度有246\n关，跟物体运动的路径无关。②重力势能改变量与零势能面的选取无关③重力势能的改变量与路径无关（3）重力势能的改变——重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增大（等值变化）2、弹性势能（Ep）⇐弹性形变发生形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，因而具有能量，叫弹性势能，跟物体形变和材料有关。三、动能定理1．动能定理的推导物体只在一个恒力作用下，做直线运动w＝FS＝ma³aVV22122-即w＝21222121mvmv-推广：物体在多个力的作用下、物体在做曲线运动、物体在变力的作用下结论：合力所做的功等于动能的增量21222121mvmvw-=246\n合力做正功动能增加，合力做负功动能减小注：动能定理表达式是一个标量式，不能在某一个方向上应用动能定理。【例1】一个质量为m的物体静止放在光滑水平面上，在互成60°角的大小相等的两个水平恒力作用下，经过一段时间，物体获得的速度为v，在力的方向上获得的速度分别为v1、v2，那么在这段时间内，其中一个力做的功为A．261mvB．241mvC．231mvD．221mv错解：在分力F1的方向上，由动动能定理得2221161)30cos2(2121mvvmmvW=︒==，故A正确。正解：在合力F的方向上，由动动能定理得，221mvFsW==，某个分力的功为211412130cos30cos230cosmvFssFsFW==︒︒=︒=，故B正确。2．对外力做功与动能变化关系的理解：外力对物体做正功，物体的动能增加，这一外力有助于物体的运动，是动力；外力对物体做负功，物体的动能减少，这一外力是阻碍物体的运动，是阻力，外力对物体做负功往往又称物体克服阻力做功．246\n功是能量转化的量度，外力对物体做了多少功；就有多少动能与其它形式的能发生了转化．所以外力对物体所做的功就等于物体动能的变化量．即．3．应用动能定理解题的步骤（1）确定研究对象和研究过程。和动量定理不同，动能定理的研究对象只能是单个物体，如果是系统，那么系统内的物体间不能有相对运动。（原因是：系统内所有内力的总冲量一定是零，而系统内所有内力做的总功不一定是零）。（2）对研究对象受力分析。（研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析，含重力）。（3）写出该过程中合外力做的功，或分别写出各个力做的功（注意功的正负）（4）写出物体的初、末动能。按照动能定理列式求解。【例2】将小球以初速度v0竖直上抛，在不计空气阻力的理想状况下，小球将上升到某一最大高度。由于有空气阻力，小球实际上升的最大高度只有该理想高度的80%。设空气阻力大小恒定，求小球落回抛出点时的速度大小v。解：有空气阻力和无空气阻力两种情况下分别在上升过程对小球用动能定理：2021mvmgH=和()20218.0mvHfmg=+，可得H=v02/2g，mgf41=再以小球为对象，在有空气阻力的情况下对上升和下落的全过程用动能定理。全过程重力做的功为零，所以有：22021218.02mvmvHf-=⨯⋅，解得053vv=【例3】如图所示，质量为m的钢珠从高出地面h246\n处由静止自由下落，落到地面进入沙坑h/10停止，则（1）钢珠在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍？（2）若让钢珠进入沙坑h/8，则钢珠在h处的动能应为多少？设钢珠在沙坑中所受平均阻力大小不随深度改变。解析：（1）取钢珠为研究对象，对它的整个运动过程，由动能定理得W=WF+WG=△EK=0。取钢珠停止处所在水平面为重力势能的零参考平面，则重力的功WG=1011mgh，阻力的功WF=101-Ffh，代入得1011mgh101-Ffh=0，故有Ff/mg=11。即所求倍数为11。（2）设钢珠在h处的动能为EK，则对钢珠的整个运动过程，由动能定理得W=WF+WG=△EK=0，进一步展开为9mgh/8—Ffh/8=—EK，得EK=mgh/4。【例4】质量为M的木块放在水平台面上，台面比水平地面高出h=0.20m，木块离台的右端L=1.7m。质量为m=0.10M的子弹以v0=180m/s的速度水平射向木块，并以v=90m/s的速度水平射出，木块落到水平地面时的落地点到台面右端的水平距离为s=1.6m，求木块与台面间的动摩擦因数为μ。246\n解：本题的物理过程可以分为三个阶段，在其中两个阶段中有机械能损失：子弹射穿木块阶段和木块在台面上滑行阶段。所以本题必须分三个阶段列方程：子弹射穿木块阶段，对系统用动量守恒，设木块末速度为v1，mv0=mv+Mv1„„①木块在台面上滑行阶段对木块用动能定理，设木块离开台面时的速度为v2，有：22212121MvMvMgL-=μ„„②木块离开台面后平抛阶段，ghvs22=„③，由①、②、③可得μ=0.50四、动能定理的综合应用1．应用动能定理巧求变力的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增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。【例5】一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为m的物体，如图所示．绳的P端拴在车后的挂钩上，Q端拴在物体上．设绳的总长不变，绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计．开始时，车在A点，左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的，左侧绳长为H．提升时，车加速向左运动，沿水平方向从A经过B驶向C．设A到B的距离也为H，车过B246\n点时的速度为vB．求在车由A移到B的过程中，绳Q端的拉力对物体做的功．解析：设绳的P端到达B处时，左边绳与水平地面所成夹角为θ，物体从井底上升的高度为h，速度为v，所求的功为W，则据动能定理可得：221mvmghW=-因绳总长不变，所以：HHh-=θsin根据绳联物体的速度关系得：v=vBcosθ由几何关系得：4πθ=由以上四式求得：HmgmvWB)12(412-+=2．应用动能定理简解多过程问题。物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的过程（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。【例7】如图所示，斜面足够长，其倾角为α，质量为m的滑块，距挡板P为s0，以初速度v246\n0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力，若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块在斜面上经过的总路程为多少？解析：滑块在滑动过程中，要克服摩擦力做功，其机械能不断减少；又因为滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力，所以最终会停在斜面底端。在整个过程中，受重力、摩擦力和斜面支持力作用，其中支持力不做功。设其经过和总路程为L，对全过程，由动能定理得：200210cossinmvmgLmgS-=-αμα得αμαcossin2020mgmvmgSL+=3．利用动能定理巧求动摩擦因数【例8】如图所示，小滑块从斜面顶点A由静止滑至水平部分C点而停止。已知斜面高为h，滑块运动的整个水平距离为s，设转角B处无动能损失，斜面和水平部分与小滑块的动摩擦因数相同，求此动摩擦因数。解析：滑块从A点滑到C点，只有重力和摩擦力做功，设滑块质量为m，动摩擦因数为μ，斜面倾角为α，斜面底边长s1，水平部分长s2，由动能定理得：0coscos21=-⋅-mgssmgmghμααμsss=+21由以上两式得sh=μ246\n从计算结果可以看出，只要测出斜面高和水平部分长度，即可计算出动摩擦因数。4．利用动能定理巧求机车脱钩问题【例9】总质量为M的列车，沿水平直线轨道匀速前进，其末节车厢质量为m，中途脱节，司机发觉时，机车已行驶L的距离，于是立即关闭油门，除去牵引力。设运动的阻力与质量成正比，机车的牵引力是恒定的。当列车的两部分都停止时，它们的距离是多少？解：对车头，脱钩后的全过程用动能定理得：201)(21)(vmMgsmMkFL--=--对车尾，脱钩后用动能定理得：20221mvkmgs-=-而21sss-=∆，由于原来列车匀速，所以F=kMg，以上方程解得mMMLs-=∆。五、针对训练1．质量为m的物体，在距地面h高处以g/3的加速度由静止竖直下落到地面.下列说法中正确的是BA.物体的重力势能减少31mghB.物体的动能增加31mghC.物体的机械能减少31mghD.246\n重力做功31mgh2．质量为m的小球用长度为L的轻绳系住，在竖直平面内做圆周运动，运动过程中小球受空气阻力作用.已知小球经过最低点时轻绳受的拉力为7mg，经过半周小球恰好能通过最高点，则此过程中小球克服空气阻力做的功为CA.mgL/4B.mgL/3C.mgL/2D.mgL3．如图所示，木板长为l，板的A端放一质量为m的小物块，物块与板间的动摩擦因数为μ。开始时板水平，在绕O点缓慢转过一个小角度θ的过程中，若物块始终保持与板相对止。对于这个过程中各力做功的情况，下列说法正确的是(C)A、摩擦力对物块所做的功为mglsinθ(1-cosθ)B、弹力对物块所做的功为mglsinθcosθC、木板对物块所做的功为mglsinθD、合力对物块所做的功为mglcosθ4．质量为m的飞机以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升，若飞机在此过程中水平速度保持不变，同时受到重力和竖直向上的恒定升力(该升力由其他力的合力提供，不含重力)，今测得当飞机在水平方向的位移为l时，它的上升高度为h246\n，求：(1)飞机受到的升力大小;(2)从起飞到上升至h高度的过程中升力所做的功及在高度h处飞机的动能.解析：（1）飞机水平速度不变l=v0ty方向加速度恒定h=21at2即得a=22lh由牛顿第二定律F=mg+ma=mg(1+22glhv02)(2)升力做功W=Fh=mgh(1+22glhv02)在h处vt=at=lhvah022=Ek=21m(v02+vt2)=21mv02(1+224lh)5．如图所示，质量m=0.5kg的小球从距地面高H=5m处自由下落，到达地面恰能沿凹陷于地面的半圆形槽壁运动，半圆槽半径R=0.4m。小球到达槽最低点时速率为10m/s，并继续沿槽壁运动直到从槽右端边缘飞出„„，如此反复几次，设摩擦力恒定不变，求：（设小球与槽壁相碰时不损失能量）（1）小球第一次离槽上升的高度h；（2）小球最多能飞出槽外的次数（取g=10m/s2）。解析：（1）小球落至槽底部的整个过程中，由动能定理得221)(mvWRHmgf=-+得221)(2=-+=mvRHmgWfJ由对称性知小球从槽底到槽左端口摩擦力的功也为2=fWJ246\n，则小球第一次离槽上升的高度h，由221)(mvWRhmgf-=-+-得mgmgRWmvhf--=21＝4.2m（2）设小球飞出槽外n次，则由动能定理得02≥⋅-fWnmgH∴25.64252==≤fWmgHn即小球最多能飞出槽外6次。第3单元机械能守恒定律一、机械能守恒定律1、条件⑴在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。（和只受到重力不同）⑵只有系统内的弹力做功，动能和弹性势能相互转化，机械能的总量保持不变。(3)其它力的总功为零,机械能守恒（举例：木块压缩弹簧）2、对机械能守恒定律的理解：①“守恒”是时时刻刻都相等。②“守恒”是“进出相等”③要分清“谁”、“什么时候”守恒④、是否守恒与系统的选择有关⑤、⑴机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内。通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定也就包括地球在内，因为重力势能就是小球和地球所共有的。另外小球的动能中所用的v246\n，也是相对于地面的速度。3、机械能守恒定律的各种表达形式⑴初状态=末状态⑵增加量=减少量用⑴时，需要规定重力势能的参考平面。用⑵时则不必规定重力势能的参考平面，因为重力势能的改变量与参考平面的选取没有关系。尤其是用ΔE增=ΔE减，只要把增加的机械能和减少的机械能都写出来，方程自然就列出来了。4、解题步骤⑴确定研究对象和研究过程。⑵判断机械能是否守恒。⑶选定一种表达式，列式求解。5、动能定理与机械能守恒的联系1、动能定理适用于任何物体（质点），机械能守恒定律适用于系统2、动能定理没有条件，机械能守恒定理有条件限制3、动能定理有时可改写成守恒定律二、机械能守恒定律的综合应用例1、如图所示，质量分别为2m和3m的两个小球固定在一根直角尺的两端A、B，直角尺的顶点O处有光滑的固定转动轴。AO、BO的长分别为2L和L。开始时直角尺的AO部分处于水平位置而B在O的正下方。让该系统由静止开始自由转动，求：⑴当A到达最低点时，A小球的速度大小v；⑵246\nB球能上升的最大高度h；⑶开始转动后B球可能达到的最大速度vm。解析：以直角尺和两小球组成的系统为对象，由于转动过程不受摩擦和介质阻力，所以该系统的机械能守恒。⑴过程中A的重力势能减少，A、B的动能和B的重力势能增加，A的即时速度总是B的2倍。222321221322⎪⎭⎫⎝⎛⋅+⋅⋅+⋅=⋅vmvmLmgLmg，解得118gLv=⑵B球不可能到达O的正上方，它到达最大高度时速度一定为零，设该位置比OA竖直位置向左偏了α角。2mg∙2Lcosα=3mg∙L（1+sinα），此式可化简为4cosα-3sinα=3，解得sin（53°-α）=sin37°，α=16°⑶B球速度最大时就是系统动能最大时，而系统动能增大等于系统重力做的功WG。设OA从开始转过θ角时B球速度最大，v1⑴⑵⑶()223212221vmvm⋅⋅+⋅⋅=2mg∙2Lsinθ-3mg∙L（1-cosθ）=mgL（4sinθ+3cosθ-3）≤2mg∙L246\n，解得114gLvm=例2、如图所示，半径为R的光滑半圆上有两个小球BA、，质量分别为Mm和，由细线挂着，今由静止开始无初速度自由释放，求小球A升至最高点C时BA、两球的速度？解析：A球沿半圆弧运动，绳长不变，BA、两球通过的路程相等，A上升的高度为Rh=；B球下降的高度为242RRHππ==；对于系统，由机械能守恒定律得：KPEE∆=∆-；2)(212vmMmgRRMgEP+=+-=∆∴πmMmgRRMgvc+-=∴2π例3、如图所示，均匀铁链长为L，平放在距离地面高为L2的光滑水平面上，其长度的51悬垂于桌面下，从静止开始释放铁链，求铁链下端刚要着地时的速度？解：选取地面为零势能面：2212)102(51254mvLmgLLmgLmg+=-+得：gLv7451=例4、如图所示，粗细均匀的U形管内装有总长为4L的水。开始时阀门K闭合，左右支管内水面高度差为L246\n。打开阀门K后，左右水面刚好相平时左管液面的速度是多大？（管的内部横截面很小，摩擦忽略不计）解析：由于不考虑摩擦阻力，故整个水柱的机械能守恒。从初始状态到左右支管水面相平为止，相当于有长L/2的水柱由左管移到右管。系统的重力势能减少，动能增加。该过程中，整个水柱势能的减少量等效于高L/2的水柱降低L/2重力势能的减少。不妨设水柱总质量为8m，则28212vmLmg⋅⋅=⋅，得8gLv=。点评：需要注意的是研究对象仍然是整个水柱，到两个支管水面相平时，整个水柱中的每一小部分的速率都是相同的。例5、如图所示，游乐列车由许多节车厢组成。列车全长为L，圆形轨道半径为R，（R远大于一节车厢的高度h和长度l，但L2πR）.已知列车的车轮是卡在导轨上的光滑槽中只能使列车沿着圆周运动，在轨道的任何地方都不能脱轨。试问：在没有任何动力的情况下，列车在水平轨道上应具有多大初速度v246\n0，才能使列车通过圆形轨道而运动到右边的水平轨道上？解析：当游乐车灌满整个圆形轨道时，游乐车的速度最小，设此时速度为v，游乐车的质量为m，则据机械能守恒定律得：22021221mvgRLmRmv+=π要游乐车能通过圆形轨道，则必有v0，所以有LgRvπ20例6、小球在外力作用下，由静止开始从A点出发做匀加速直线运动，到B点时消除外力。然后，小球冲上竖直平面内半径为R的光滑半圆环，恰能维持在圆环上做圆周运动，到达最高点C后抛出，最后落回到原来的出发点A处，如图所示，试求小球在AB段运动的加速度为多大？解析：要题的物理过程可分三段：从A到孤匀加速直线运动过程；从B沿圆环运动到C的圆周运动，且注意恰能维持在圆环上做圆周运动，在最高点满足重力全部用来提供向心力；从C回到A的平抛运动。根据题意，在C点时，满足Rvmmg2=①从B到C过程，由机械能守恒定律得2221212BmvmvR246\nmg-=-②由①、②式得gRvB=从C回到A过程，满足2212gtR=③水平位移s=vt，gRv=④由③、④式可得s=2R从A到B过程，满足22Bvas=⑤∴ga45=例7、如图所示，半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道安置在同一竖直平面上，轨道之间有一条水平轨道CD相通，一小球以一定的速度先滑上甲轨道，通过动摩擦因数为μ的CD段，又滑上乙轨道，最后离开两圆轨道。若小球在两圆轨道的最高点对轨道压力都恰好为零，试求水平CD段的长度。解析：（1）小球在光滑圆轨道上滑行时，机械能守恒，设小球滑过C点时的速度为，通过甲环最高点速度为v′，根据小球对最高点压力为零，由圆周运动公式有Rvmmg2‘=①取轨道最低点为零势能点，由机械守恒定律2221221vmRmgmvC‘+==②246\n由①、②两式消去v′，可得gRvC=同理可得小球滑过D点时的速度grvD=，设CD段的长度为l，对小球滑过CD段过程应用动能定理222121CDmvmvmgl-=-μ，将Cv、Dv代入，可得μ2)(5rRl-=三、针对训练1．将一球竖直上抛，若该球所受的空气阻力大小不变，则其力大小不变，则其上升和下降两过程的时间及损失的机械能的关系是（Ｃ）A．上t下t，E∆上E∆下B．上t下t，E∆上E∆下C．上t下t，E∆上=E∆下D．上t=下t，E∆上=E∆下2．如图所示，质量、初速度大小都相同的A、B、C三个小球，在同一水平面上，A球竖直上抛，B球以倾斜角θ斜和上抛，空气阻力不计，C球沿倾角为θ的光滑斜面上滑，它们上升的最大高度分别为Ah、Bh、Ch，则（Ｃ）A．CBAhhh==B．CBAhhh=C．CBAhhh=246\nD．CABAhhhh,3．质量相同的两个小球，分别用长为l和2l的细绳悬挂在天花板上，如图所示，分别拉起小球使线伸直呈水平状态，然后轻轻释放，当小球到达最低位置时（ＣＤ）A．两球运动的线速度相等B．两球运动的角速度相等C．两球运动的加速度相等D．细绳对两球的拉力相等4．一个人站在阳台上，以相同的速率v0，分别把三个球竖直向上抛出，竖直向下抛出，水平抛出，不计空气阻力，则三球落地时的速率（Ｄ）A．上抛球最大B．下抛球最大C．平抛球最大D．三球一样大5．质量为m的人造地球卫星，在环绕地球的椭圆轨道上运行，在运行过程中它的速度最大值为mv246\n，当卫星由远地点运行到近地点的过程中，地球引力对它做的功为W，则卫星在近地点处的速度为________，在远地点处的速度为______。（mv，mWvm22）第4单元功能关系动量能量综合一、功能关系功是一种过程量，它和一段位移（一段时间）相对应；而能是一种状态量，它个一个时刻相对应。两者的单位是相同的（都是J），但不能说功就是能，也不能说“功变成了能”。做功的过程是能量转化的过程，功是能量转化的量度。⑴物体动能的增量由外力做的总功来量度：W外=ΔEk，这就是动能定理。⑵物体重力势能的增量由重力做的功来量度：WG=-ΔEP，这就是势能定理。⑶物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度：W其它=ΔE机，（W其它表示除重力以外的其它力做的功），这就是机械能守恒定律。⑷物体电势能的改变由重力做的功来量度。（5）弹性势能的改变由弹力做功来完成（6）一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功，用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能，也就是系统增加的内能。fd=Q（d246\n为这两个物体间相对移动的路程）。【例1】质量为m的物体在竖直向上的恒力F作用下减速上升了H，在这个过程中，下列说法中正确的有A、CA.物体的重力势能增加了mgHB.物体的动能减少了FHC.物体的机械能增加了FHD.物体重力势能的增加小于动能的减少【例2】如图所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上。其正上方A位置有一只小球。小球从静止开始下落，在B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零。小球下降阶段下列说法中正确的是（B、C、D）A．在B位置小球动能最大B．在C位置小球动能最大C．从A→C位置小球重力势能的减少大于小球动能的增加D．从A→D246\n位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加二、动量能量综合问题我们已经复习了牛顿定律、动量定理和动量守恒、动能定理和机械能守恒。它们分别反映了力的瞬时作用效应、力的时间积累效应和力的空间积累效应。解决力学问题离不开这三种解题思路。【例3】如图所示，a、b、c三个相同的小球，a从光滑斜面顶端由静止开始自由下滑，同时b、c从同一高度分别开始自由下落和平抛。下列说法正确的有A．它们同时到达同一水平面B．重力对它们的冲量相同vC．它们的末动能相同D．它们动量变化的大小相同解析：b、c飞行时间相同（都是gh2）；a与b比较，两者平均速度大小相同（末动能相同）；但显然a的位移大，所以用的时间长，因此A、B都不对。由于机械能守恒，c的机械能最大（有初动能），到地面时末动能也大，因此C也不对。a、b的初动量都是零，末动量大小又相同，所以动量变化大小相同；b、c所受冲量相同，所以动量变化大小也相同，故D正确。【例4】海岸炮将炮弹水平射出。炮身质量（不含炮弹）为M，每颗炮弹质量为m246\n。当炮身固定时，炮弹水平射程为s，那么当炮身不固定时，发射同样的炮弹，水平射程将是多少？解析：两次发射转化为动能的化学能E是相同的。第一次化学能全部转化为炮弹的动能；第二次化学能转化为炮弹和炮身的动能，而炮弹和炮身水平动量守恒，由动能和动量的关系式mpEK22=知，在动量大小相同的情况下，物体的动能和质量成反比，炮弹的动能EmMMmvEEmvE+====22221121,21，由于平抛射高相等，两次射程的比等于抛出时初速度之比mMMssmMMvvss+=∴+==∴2122【例5】质量M的小车左端放有质量m的铁块，以共同速度v沿光滑水平面向竖直墙运动，车与墙碰撞的时间极短，不计动能损失。动摩擦因数μ，车长L，铁块不会到达车的右端。到最终相对静止为止，摩擦生热多少？解析：车与墙碰后瞬间，小车的速度向左，大小是v向向左。根据动量守恒定律，车与铁块相对静止时的速度方向决定于M与m的大小关系：当Mm246\n时，相对静止是的共同速度必向左，不会再次与墙相碰，可求得摩擦生热是mMMmvQ+=22；当M=m时，显然最终共同速度为零，当Mm时，相对静止时的共同速度必向右，再次与墙相碰，直到小车停在墙边，后两种情况的摩擦生热都等于系统的初动能()221vmMQ+=【例6】用轻弹簧相连的质量均为2kg的A、B两物块都以v＝6m／s的速度在光滑的水平地面上运动，弹簧处于原长，质量4kg的物块C静止在前方，如图所示.B与C碰撞后二者粘在一起运动.求：在以后的运动中：（1）当弹簧的弹性势能最大时，物体A的速度多大?（2）弹性势能的最大值是多大?（3）A的速度有可能向左吗?为什么?解析：（1）当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大.由于A、B、C三者组成的系统动量守恒，（mA+mB）v＝（mA+mB+mC）vA′解得vA′=4226)22(++⨯+m/s=3m/s（2）B、C碰撞时B、C系统动量守恒，设碰后瞬间B、C两者速度为v′，则mBv246\n=（mB+mC）v′v′=4262+⨯=2m/s设物A速度为vA′时弹簧的弹性势能最大为Ep，根据能量守恒Ep=21（mB+mC）2v‘+21mAv2-21（mA+mB+mC）2’Av=21³（2+4）³22+21³2³62-21³（2+2+4）³32=12J（3）A不可能向左运动系统动量守恒，mAv+mBv=mAvA+（mB+mC）vB设A向左，vA＜0，vB＞4m/s则作用后A、B、C动能之和E′=21mAvA2+21（mB+mC）vB2＞21（mB+mC）vB2=48J实际上系统的机械能E=Ep+21（mA+mB+mC）²2‘Av=12+36=48J根据能量守恒定律，E‘＞E是不可能的【例7】如图所示，滑块A的质量m＝0.01kg，与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2，用细线悬挂的小球质量均为m=0.01kg，沿x轴排列，A246\n与第1只小球及相邻两小球间距离均为s=2m，线长分别为L1、L2、L3„（图中只画出三只小球，且小球可视为质点），开始时，滑块以速度v0＝10m/s沿x轴正方向运动，设滑块与小球碰撞时不损失机械能，碰撞后小球均恰能在竖直平面内完成完整的圆周运动并再次与滑块正碰（1）滑块能与几个小球碰撞?（2）求出碰撞中第n个小球悬线长Ln的表达式.解析：（1）因滑块与小球质量相等且碰撞中机械能守恒，滑块与小球相碰撞会互换速度，小球在竖直平面内转动，机械能守恒，设滑块滑行总距离为s0，有200210mvmgs-=-μ得s0＝25m（个）120==ssn（2）滑块与第n个球碰撞，设小球运动到最高点时速度为vn′对小球,有:nnnmgLvmmv2212122+’=①nnLvmmg2’=②对滑块，有：2022121mvmvmgnsn-=-μ③解①②③三式:254505220nggsnvLn-=-=μ【例8】如图所示，两个小球A和B质量分别是mA=2.0kg，mB=1.6kg.球A静止在光滑水平面上的M点，球B246\n在水平面上从远处沿两球的中心连线向着球A运动.假设两球相距L≤18m时存在着恒定的斥力F，L＞18m时无相互作用力.当两球相距最近时，它们间的距离为d＝2m，此时球B的速度是4m／s.求：（1）球B的初速度；（2）两球之间的斥力大小；（3）两球从开始相互作用到相距最近时所经历的时间.解析：（1）设两球之间的斥力大小是F，两球从开始相互作用到两球相距最近时的时间是t0当两球相距最近时球B的速度是vB=4m/s，此时球A的速度与球B的速度大小相等，vA＝vB＝4m/s.由动量守恒定律可得：mBvB0＝mAvA+mBvB①代人数据解得vB0＝9m/s（1分）（2）两球从开始相互作用到它们之间距离最近时它们之间的相对位移Δs＝L-d由功能关系可得：FΔs=21mBvB02-（21mAvA2+21mBvB2）②代人数据解得F=2.25N（3）根据动量定理，对A球有：Ft=mAvA-0t246\n=FvmAA代入数值解得t=932s=3.56s三、针对训练1．物体在恒定的合力作用下做直线运动，在时间Δt1内动能由0增大到E1，在时间Δt2内动能由E1增大到E2.设合力在Δt1内做的功是W1、冲量是I1；在Δt2内做的功是W2、冲量是I2.那么AA.I1＞I2，W1＝W2B.I1＜I2，W1＝W2C.I1＜I2，W1＜W2D.I1＝I2，W1＜W22．如图所示，分别用两个恒力F1和F2先后两次将质量为m的物体从静止开始，沿着同一个粗糙的固定斜面由底端推到顶端，第一次力F1的方向沿斜面向上，第二次力F2的方向沿水平向右，两次所用时间相同.在这两个过程中BDA.F1和F2所做功相同B.物体的机械能变化相同C.F1和F2对物体的冲量大小相同D.物体的加速度相同3．一轻质弹簧，上端悬挂于天花板，下端系一质量为M246\n的平板，处在平衡状态.一质量为m的均匀环套在弹簧外，与平板的距离为h，如图所示，让环自由下落，撞击平板.已知碰后环与板以相同的速度向下运动，使弹簧伸长ACA.若碰撞时间极短，则碰撞过程中环与板的总动量守恒B.若碰撞时间极短，则碰撞过程中环与板的总机械能守恒C.环撞击板后，板的新的平衡位置与h的大小无关D.在碰后板和环一起下落的过程中，它们减少的动能等于克服弹簧力所做的功4．如图所示，质量均为M的木块BA、并排放在光滑水平面上，A上固定一根轻质细杆，轻杆上端的小钉（质量不计）O上系一长度为L的细线，细线的另一端系一质量为m的小球C，现将C球的细线拉至水平，由静止释放，求：（1）两木块刚分离时，CBA246\n、、速度各为多大？（2）两木块分离后，悬挂小球的细线与竖直方向的最大夹角多少？解：（1）CBA、、三者组成的系统满足动量守恒和机械能守恒，选取最低点0=PE，C球到达最低点时BA、共同速度为Av，C速度cv为，规定向左为正方向：)1(20　　AcMvmv-=)2(2212122　　AcMvmvmgL+=解得：mMMgLMmvmMMgLvAC+=+=222　　；（2）、从C球在最低点开始，C与A组成一个系统满足动量守恒和机械能守恒，设摆到最高处为xh，此时，CA、共同速度为xv：)1()(　　xAcvMmMvmv+=-)2()(212121222　　xxAcmghvMmMvmv++=+解得：LmMmMhmMMgLMmvxx)(222++=+=　　；；)(2cos1Mmm+=-θ第五章曲线运动第1单元运动的合成与分解246\n平抛物体的运动一、曲线运动1．曲线运动的条件：质点所受合外力的方向（或加速度方向）跟它的速度方向不在同一直线上。物体能否做曲线运动要看力的方向，不是看力的大小。2．曲线运动的特点：曲线运动的速度方向一定改变，所以是变速运动。二、运动的合成与分解(猴爬杆)1．从已知的分运动来求合运动，叫做运动的合成，包括位移、速度和加速度的合成，由于它们都是矢量，所以遵循四边形定则。2．求已知运动的分运动，叫运动的分解，解题按实际“效果”分解，或正交分解。3．合运动与分运动的特征：①运动的合成与分解符合平行四边形法则。分运动共线时变成了代数相加减。——矢量性②合运动与分运动具有“同时性”——同时性③每个分运动都是独立的，不受其他运动的影响——独立性④合运动的性质是由分运动决定的——相关性⑤实际表现出来的运动是合运动⑥速度、时间、位移、加速度要一一对应⑦运动的分解要根据力的作用效果(或正交分解)246\n4．两个互成角度的直线运动的合运动是直线运动还是曲线运动？三、应用举例：1．过河问题例1、一条宽度为L的河流，水流速度为Vs,已知船在静水中的速度为Vc，那么：（1）怎样渡河时间最短？（2）若VcVs,怎样渡河位移最小？（3）若VcVs,怎样注河船漂下的距离最短？a分析与解：（1）如图2甲所示，设船上头斜向上游与河岸成任意角θ，这时船速在垂直于河岸方向的速度分量V1=Vcsinθ,渡河所需时间为：θsincVLt=.可以看出：L、Vc一定时，t随sinθ增大而减小；当θ=900时，sinθ=1,所以，当船头与河岸垂直时，渡河时间最短，cVLt=min.(2)如图2乙所示，渡河的最小位移即河的宽度。为了使渡河位移等于L，必须使船的合速度V的方向与河岸垂直。这是船头应指向河的上游，并与河岸成一定的角度θ。根据三角函数关系有：Vccosθ─Vs=0.所以θ=arccosVs/Vc,因为0≤cosθ≤1,所以只有在VcVs246\n时，船才有可能垂直于河岸横渡。（3）如果水流速度大于船上在静水中的航行速度，则不论船的航向如何，总是被水冲向下游。怎样才能使漂下的距离最短呢？如图2丙所示，设船头Vc与河岸成θ角，合速度V与河岸成α角。可以看出：α角越大，船漂下的距离x越短，那么，在什么条件下α角最大呢？以Vs的矢尖为圆心，以Vc为半径画圆，当V与圆相切时，α角最大，根据cosθ=Vc/Vs,船头与河岸的夹角应为：θ=arccosVc/Vs.船漂的最短距离为：θθsin)cos(minccsVLVVx-=.此时渡河的最短位移为：LVVLscs==θcos.2．连带运动问题【例2】如图所示，汽车甲以速度v1拉汽车乙前进，乙的速度为v2，甲、乙都在水平面上运动，求v1∶v2解析：甲、乙沿绳的速度分别为v1和v2cosα，两者应该相等，所以有v1∶v2=cosα∶1【例3】两根光滑的杆互相垂直地固定在一起。上面分别穿有一个小球。小球a、b间用一细直棒相连如图。当细直棒与竖直杆夹角为α时，求两小球实际速度之比va∶vb解析：a、b沿杆分速度分别为vacosα和vbsinα∴va∶vb=tanα∶246\n13、会根据运动的合成与分解求解面接触物体的速度问题。求相互接触物体的速度关联问题时，首先要明确两接触物体的速度，分析弹力的方向，然后将两物体的速度分别沿弹力的方向和垂直于弹力的方向进行分解，令两物体沿弹力方向b2图2甲图2乙图2丙的速度相等即可求出。例4、一个半径为R的半圆柱体沿水平方向向右以速度V0匀速运动。在半圆柱体上搁置一根竖直杆，此杆只能沿竖直方向运动，如图7所示。当杆与半圆柱体接触点P与柱心的连线与竖直方向的夹角为θ，求竖直杆运动的速度。解：设竖直杆运动的速度为V1，方向竖直向上由于弹力方向沿OP方向，所以V0、V1在OP方向的投影相等，即有θθcossin10VV=，解得V1=V0.tgθ.246\n四、平抛运动当物体初速度水平且仅受重力作用时的运动，被称为平抛运动。其轨迹为抛物线，性质为匀变速运动。平抛运动可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动这两个分运动。广义地说，当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时，做类平抛运动。1、（合成与分解的角度）平抛运动基本规律①速度：0vvx=，gtvy=合速度22yxvvv+=方向：tanθ=oxyvgtvv=②位移x=voty=221gt合位移大小：s=22yx+方向：tanα=tvgxyo⋅=2③时间由y=221gt得t=xy2（由下落的高度y决定）竖直方向自由落体运动，匀变速直线运动的一切规律在竖直方向上都成立。④246\n一个有用的推论平抛物体任意时刻瞬时时速度方向的反向延长线与初速度延长线的交点到抛出点的距离都等于水平位移的一半。证明：设时间t内物体的水平位移为s，竖直位移为h，则末速度的水平分量vx=v0=s/t，而竖直分量vy=2h/t，shvv2tanxy==α，所以有2tanshs==‘α2、平抛运动是匀变速曲线运动3、平抛中能量守恒注意：两个分解（位移和速度）和两个物理量（角度和时间）4．应用举例【例5】已知网高H，半场长L，扣球点高h，扣球点离网水平距离s、求：水平扣球速度v的取值范围。解析：假设运动员用速度vmax扣球时，球刚好不会出界，vv0AOB用速度vmin246\n扣球时，球刚好不触网，从图中数量关系可得：()hgsLghsLv2)(2/max+=+=；)(2)(2/minHhgsgHhsv-=-=实际扣球速度应在这两个值之间。例6、如图8在倾角为θ的斜面顶端A处以速度V0水平抛出一小球，落在斜面上的某一点B处，设空气阻力不计，求（1）小球从A运动到B处所需的时间；（2）从抛出开始计时，经过多长时间小球离斜面的距离达到最大？分析与解：（1）小球做平抛运动，同时受到斜面体的限制，设从小球从A运动到B处所需的时间为t,则：水平位移为x=V0t竖直位移为y=221gt数学关系得到:gVttVgtθθtan2,tan)(21002==（2）从抛出开始计时，经过t1时间小球离斜面的距离达到最大,当小球的速度与斜面平行时，小球离斜面的距离达到最大。因Vy1=gt1=V0tanθ,所以gVtθtan01=。第2单元圆周运动一、描述述圆周运动物理量：1、线速度＝时间弧长tsv＝矢量方向――切向246\n理解：单位时间内通过的弧长匀速圆周运动不匀速,是角速度不变的运动可理解为前面学过的即时速度2、角速度＝时间角度tϕω=矢量方向――不要求单位：rad/s弧度/秒理解：单位时间内转过的角度3线速度和角速度是从两个不同的角度去描速同一个运动的快慢3、周期和频率周期（T）――物体运动一周所用的时间频率（f）――单位时间内完成多少个圆周，周期倒数(HzS－1)fT1=图8程：（1）所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。（2）任何一个行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。（3）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。32即R／T=k最早由开普勒证实了天体不是在做匀速圆周运动。他是在研究丹麦天文学家第谷的资料时产生的研究动机。*开普勒是哪个国家的：德国三.牛顿的万有引力定律1.内容：自然界任何两个物体之间都存在着相互作用的引力，两物体间的引力的大小，246\n跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比.246\n表达式：F＝Ｇm1m2r2－１１２其中G＝６．６７³１０Ｎ²ｍ２／ｋｇ，叫万有引力常量，卡文迪许在实验室用扭秤装置，测出了引力常量.（英）卡文迪许扭秤“能称出地球质量的人”（小球直径2英寸，大球直径12英寸）2.适用条件：①公式适用于质点间的相互作用，②当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点.③均匀球体可视为质点，r为两球心间的距离.3.万有引力遵守牛顿第三定律，即它们之间的引力总是大小相等、方向相反.四.用开普勒第三定律、向心力、牛顿第三定律推导牛顿的万有引力定律:五.用万有引力定律推导开普勒第三定律：六、用万有引力定律分析天体的运动1.基本方法：把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供，即v2p2GMmF＝mg＝2＝mrw2＝m＝mr()r246\nTr2g=GMr22.估算天体的质量和密度①“T、r”法由G4p24p2r3Mm＝ｍ2r得：Ｍ＝．即只要测出环绕星体M运转的一颗卫星运转的半TGt2r23pr3M4３，Ｖ＝πＲ得：ρ＝．R为中心天体的星体半径3VGT2R3径和周期，就可以计算出中心天体的质量.由ρ246\n＝当ｒ＝Ｒ时，即卫星绕天体M表面运行时，ρ＝②“g、R”法3p，由此可以测量天体的密度.GT2g=GMÞMÞrR2【例1】中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因30自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常数G=6.67´10-11m3/kg.s2)解析：设想中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力时，中子星才不会瓦解。设中子星的密度为r，质量为M，半径为R，自转角速度为w，位于赤道处的小物块质量为246\nm，则有GMm=mw2R2R3pGT2w=2pT4M=pR3r3143由以上各式得r=，代入数据解得：r=1.27´10kg/m。3.卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系(1)由Ｇ(2)由ＧMmv2GM得:ｖ＝．=m2rrrGMMm２＝ｍωｒ得：ω＝r3246\nr2２即轨道半径越大，绕行速度越小即轨道半径越大，绕行角度越小(3)由GMm＝４πr3mRT2得：Ｔ＝２πR3GM即轨道半径越大，绕行周期越大.例2、如图所示，A、B两质点绕同一圆心按顺时针方向作匀速圆周运动，A的周期为T1，B的周期为T2，且T1＜T2，在某时刻两质点相距最近，开始计时，问：（1）何时刻两质点相距又最近？（2）何时刻两质点相距又最远？分析：选取B为参照物。（1）AB相距最近，则A相对于B转了n转，其相对角度△Φ=2πn相对角速度为ω相=ω1-ω2经过时间：t=△Φ/ω相=2πn/ω1-ω246\n2=nT1T2（n=1、2、3„）T2-T1（2）AB相距最远，则A相对于B转了n-1/2转，其相对角度△Φ=2π（n-1）2经过时间：t=△Φ/ω相=（2n-1）T1T2/2（T2-T1）（n=1、2、3„）4.三种宇宙速度(1)第一宇宙速度(环绕速度)：v１＝７．９ｋm/s是人造地球卫星的最小发射速度，最大绕行速度.“飘”起来的速度(2)第二宇宙速度(脱离速度)：v２＝１１．２km/s是物体挣脱地球的引力束缚需要的最小发射速度.246\n(3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v３＝１６．７km/s是物体挣脱太阳的引力束缚需要的最小发射速度.5.地球同步卫星所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T＝24h．要使卫星同步，同步卫星只能位于赤道正上方某一确定高度h．（高度、运行方向、加速度、角速度、线速度大小相同，质量不同）GMT3Mm4p2由Ｇ)-R=3.6´104ｋｍ=５．６Ｒ=m2（Ｒ＋ｈ）得：ｈ＝(22(R+h)T4pＲ表示地球半径在同步卫星的实际发射中，大多数国家采取“变轨发射”，发射过程经历以下三个阶段：①发射卫星到达200Km—300Km的圆形轨道上，围绕地球做圆周运动，这条轨道称为“停泊轨道”；②当卫星穿过赤道平面A点时，二级点火工作，使卫星沿一条较大的椭圆轨道运行，地球作为椭圆的焦点，当到达远地点B时，恰为赤道上空3600Km处，这条轨道称为“转移轨道”沿轨道1和2，分别经过A点时，加速度相同；③当卫星到达远地点B时，开动卫星发动机进入同步轨道，并调整运行姿态从而实现电磁通讯，这个轨道叫“静止轨道”。七、万有引力复习中应注意的几个问题1、不同公式和问题中的r，含义不同万有引力定律公式F=246\nG21m1×m2中的r指的是两个物体间的r2距离，对于相距很远因而可以看做质点的物体，指的是两个球心的距m×v2离。而向心力公式F=中的r，对于椭圆轨道指的是曲率半径，对于圆轨道指的是圆r半径。开普勒第三定律r3=k中的r指的是椭圆轨道的半长轴。因此，同一个r在不同公T2式中所具有的含义不同。例3、如图１所示，行星沿椭圆轨道绕太阳运行，且近日点A到太阳的距离为a，远日点B到太阳的距离为b，求行星在A、B246\n两点的运行速率之比？解析：由椭圆轨道对称性可知，A、B两点所处曲线的曲率半径相同，设为R，2vAMm(1)在A处：G2=mRa2vBvMmb(2)\A=；在B处：G2=mRvBab出现的问题：Gv2v2vAMmMm=mA；　G2=mB　　=2abvBabb246\na例4如图所示，两个靠得很近的恒星称为双星，这两颗星必须各以一定速度绕某一中心转动才不至于因万有引力而吸引在一起，已知双星的质量分别为m1和m2，相距为L，万有引力r常量为G，m2m1解：①周期、角速度、频率、向心力相等O②r2m1=r1m2v1r1m2==Þp1=p2v2r2m1a1m1=a2m2③m1m2LÞw=？Gm1m2=m1w2r12LGm1m2=m2w2r22Lr1+r2=246\nL联立三个方程解答例5飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点A处将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆与地球表面在B点相切，如图所示，求飞船由A点运动到B点所需要的时间。（已知地球半径为R0）解析：当飞船在圆周上绕地球运动时，有3R3=k，当飞T2RBR0AæR+R0ö/2船进入椭圆轨道运动时，有ç÷/T=k，由两式联è2ø立得飞船在椭圆轨道上运动的周期T=/(R+R0)38R31246\n2T，故解得飞船由A运动到B点所需的时间为t=2、万有引力、向心力和重力对于赤道上的某一个物体，有(R+R0)38R3T。GMmv2=mg+mrr2当速度增加时，重力减小，向心力增加，当速度v246\n=GMr（即第一宇宙速度）时，mg=0，物体将“飘”起来，星球处于瓦解的临界状态。例6、某星球壳视为球体，自转周期为T，在它的两极处，用弹簧秤测得物体重为P，在它的赤道上，用弹簧秤测得同一物体重为0.9P，求星球的平均密度？解析：设星球的半径为R，在两极和赤道上的重力及速度分别为g极、g赤1两极：F万＝mg极＝P　　（）赤道上：F万＝mwR+mg赤246\n　　（2）2GMm4p24p2R3=m2R+0.9P\M=R2T10GT2\r=-3p10GT2例7、如果地球自转速度加快，地球上物体的重量将发生怎样的变化？地球自转角速度等于多少时，在赤道上物体的重量为零？这时一昼夜将有多长？(R地＝6370Km,M地＝5．´1024Kg)98解析：以赤道上的物体为研究对象，设转速为n246\n，则：F万＝mw2R+mg赤　　G\Mm4p2=m2R+mg赤；R2TQn®w®mw2R®mg赤¯；设地球自转的角速度为w0时，mg赤＝0，则：GMm2=mw0R　　w0=\2RGM=R26.67´10-11´5.98´1024=1.24´10-3rad33s(6370´10)T246\n=2pw0=5067s例8、已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度)v=√2GME/RE，其中G、ME、RE分别是万-11228有引力恒量、地球的质量和半径．已知G=6.67³10N²m/kg，c=2.9979³10m/s．求下列问题：(1)逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞．设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98³3010kg，求它的可能最大半径(这个半径叫Schwarz—Child半径)；-273(2)在目前天文观测范围内，物质的平均密度为10kg/m，如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物体都不能脱离宇宙，问宇宙的半径至少多大？解：(1)由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v=√2GM/R，其中M、R为天体的质量和半径．对于黑洞模型来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即vc，也就是√2GM/Rc．2黑洞半径R2GM/c=2939m=2.94km．30即质量为1.98³10kg的黑洞的最大半径为2.94km．3(2)把宇宙视为一普通天体，则质量为M=ρ²V=ρ²4πR/3①其中R为宇宙半径，ρ为宇宙的密度，则宇宙所对应的逃逸速度v=√2GM/R②由于题设中宇宙密度使得其逃逸速度大于真空中光速c，即vc．③则226由上述①②③式可解得宇宙半径R√3c/8πρG=4³10m．810246\n因1光年=365³24³3600³2.9979³10m，所以R4.23³10光年．10即宇宙半径至少为4.23³10光年．3、人造卫星中的“超重”“失重”、246\n：人造卫星中在发射阶段，尚未进入预定轨道的加速阶段，具有竖直向上的加速度，卫星内的所有物体处于超重状态，卫星与物体具有相同的加速度，由于高度h的增加，r增加，使导致F万减小，同时由于升力的变化，使上升加速度a是个变量，设某一时刻即时加速度为a，利用弹簧秤测量物体的重力的方法可间接求得距离地面的高度。例5、一物体在地球表面重16N，它在以5m的加速度上升的火箭中的视重为9N，s2g=10ms2，则此时火箭离地面的距离为地球半径的多少倍？解析：以物体为对象分析如图所示，设距离地面高度为h，则：T-246\nF万＝maT-GMmMm=ma　；G\=12(R+h)(R+h)2Mm=mg=16；联立两式解得：h=3RR2卫星进入正常运行轨道，由相同的间距r决定各物体具有相同的运动状近地附近：G态(a、v、w、T）。卫星上的所有物体为什么处于完全失重状态，这是理解的一个难点，减小学生理解难的方法就是采用反证法：假设卫星上所有物体还受到其它力的作用，则：F合=F万-N=Ma/，a/=GMN-mAmB3852623282£；又因为碰撞过程系统动能不会增加，，由+³+mAmB2mA2mB2mA2mB3mA4以上不等式组解得：££8mB7点评：此类碰撞问题要考虑三个因素：①碰撞中系统动量守恒；②碰撞过程中系统动能不增加；③碰前碰后两个物体位置关系（不穿越）和速度大小应保证其顺序合理。2．子弹打木块类问题子弹打木块实际上是一种完全非弹性碰撞。作为一v0个典型，它的特点是：子弹以水平速度射向原来静止的木块，并留在木块中跟木块共同运动。下面从动量、能量246\n和牛顿运动定律等多个角度来分析这一过程。s2d【例3】设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在s1光滑水平面上的质量为M的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。解析：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞。从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：mv0=(M+m)v从能量的角度看，该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为f，设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2，如图所示，显然有s1-s2=d2对子弹用动能定理：f×s1=1mv0-1mv2„„①2246\n2对木块用动能定理：f×s2=①、②相减得：f×d=1Mv22„„②121Mm2mv0-(M+m)v2=v0„„③222(M+m)点评：这个式子的物理意义是：fd恰好等于系统动能的损失；根据能量守恒定律，系统动能的损失应该等于系统内能的增加；可见f×d=Q，即两物体由于相对运动而摩擦产生的热（机械能转化为内能），等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积（由于摩擦力是耗散力，摩擦生热跟路径有关，所以这里应该用路程，而不是用位移）。2Mmv0由上式不难求得平均阻力的大小：f=2(M+m)dm至于木块前进的距离s2，可以由以上②、③相比得出：s2=dM+m从牛顿运动定律和运动学公式出发，也可以得出同样的结论。由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动，位移与平均速度成正比：(v+v)/2v0+vdv0M+ms2+dm=0=,\==,s2=ds2v/2vs2vmM+m一般情况下M>>m，所以s2d。这说明，在子弹射入木块过程中，木块的位移很小，246\n可以忽略不计。这就为分阶段处理问题提供了依据。象这种运动物体与静止物体相互作用，Mm2动量守恒，最后共同运动的类型，全过程动能的损失量可用公式：DEk=2(M+m)v0„④当子弹速度很大时，可能射穿木块，这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等，但穿透过程中系统动量仍然守恒，系统动能损失仍然是ΔEK=fd（这里的d为木块的厚度），但由于末状态子弹和木块速度不相等，所以不能再用④式计算ΔEK的大小。3．反冲问题在某些情况下，原来系统内物体具有相同的速度，发生相互作用后各部分的末速度不再相同而分开。这类问题相互作用过程中系统的动能增大，有其它能向动能转化。可以把这类问题统称为反冲。【例4】质量为m的人站在质量为M，长为L的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时，船左端离岸多远？解析：先画出示意图。人、船系统动量守恒，总动量始终为零，所以人、船动量大小始终相等。从图中可以看出，人、船的位移大小之和等于L。设人、船位移大小分别为l1、l2，则：mv1=Mv2，两边同乘时间t，ml1=Ml2，而l1+l2=L，∴l2=mLM246\n+m点评：应该注意到：此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。以上列举的人、船模型的前提是系统初动量为零。如果发生相互作用前系统就具有一定的动量，就不能再用m2v2m1v1=m2v2这种形式列方程，而要用(m1+m2)v0=m1v1+列式。【例5】总质量为M的火箭模型从飞机上释放时的速度为v0，速度方向水平。火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气后，火箭本身的速度变为多大？解析：火箭喷出燃气前后系统动量守恒。喷出燃气后火箭剩余质量变为M-m，以v0246\n方向为正方向，Mv0=-mu+(M-m)v¢,v¢=Mv0+muM-m4．爆炸类问题【例6】抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s，这时突然炸成两块，其中大块质量300g仍按原方向飞行，其速度测得为50m/s，另一小块质量为200g，求它的速度的大小和方向。分析：手雷在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G=(m1+m2)g，可见系统的动量并不守恒。但在爆炸瞬间，内力远大于外力时，外力可以不计，系统动量近似守恒。设手雷原飞行方向为正方向，则整体初速度v0=10m/s；m1=0.3kg的大块速度为v1=50m/s、m2=0.2kg的小块速度为v2，方向不清，暂设为正方向。由动量守恒定律：(m1+m2)v0=m1v1+m2v2(m+m2)v0-m1v1(0.3+0.2)´10-0.3´50v2=1==-50m/sm20.2此结果表明，质量为200克的部分以50m/s的速度向反方向运动，其中负号表示与所设正方向相反5．某一方向上的动量守恒【例7】246\n如图所示，AB为一光滑水平横杆，杆上套一质量为M的小圆环，环上系一长为L质量不计的细绳，绳的另一端拴一质量为m的小球，现将绳拉直，且与AB平行，由静止释放小球，则当线绳与AB成θ角时，圆环移动的距离是多少？解析：虽然小球、细绳及圆环在运动过程中合外力不为零（杆的支持力与两圆环及小球的重力之和不相等）系统动量不守恒，但是系统在水平方向不受外力，因而水平动量守恒。设细绳与AB成θ角时小球的水平速度为v，圆环的水平速度为V，则由水平动量守恒有：MV=mv且在任意时刻或位置V与v均满足这一关系，加之时间相同，公式中的V和v可分别用其水平位移替代，则上式可写为：Md=m［（L-Lcosθ）-d］解得圆环移动的距离：d=mL（1-cosθ）/（M+m）6．物块与平板间的相对滑动【例8】如图所示，一质量为M的平板车B放在光滑水平面上，在其右端放一质量为m的小木块A，m＜M,A、B间动摩擦因数为μ，现给A和B以大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向左运动，B开始向右运动，最后A不会滑离B，求：（1）A、B最后的速度大小和方向；（2）从地面上看，小木块向左运动到离出发点最远处时，平板车向右运动位移大小。解析：（1）由A、B系统动量守恒定律得：Mv0-mv0=（M+m）v①所以246\nv=M-mv0M+m方向向右（2）A向左运动速度减为零时，到达最远处，此时板车移动位移为s,速度为v′,则由动量守恒定律得：Mv0-mv0=Mv′①对板车应用动能定理得：11mv′2-mv02②222M-m2联立①②解得：s=v02mmg-μmgs=【例9】两块厚度相同的木块A和B，紧靠着放在光滑的水平面上，其质量分别为mA=0.5kg，mB=0.3kg，它们的下底面光滑，上表面粗糙；另有一质量mC=0.1kg246\n的滑块C（可视为质点），以vC=25m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面，如图所示，由于摩擦，滑块最后停在木块B上，B和C的共同速度为3.0m/s，求：¢（1）木块A的最终速度vA；（2）滑块C离开A时的速度vC。解析：这是一个由A、B、C三个物体组成的系统，以这系统为研究对象，当C在A、B上滑动时，A、B、C三个物体间存在相互作用，但在水平方向不存在其他外力作用，因此系统的动量守恒。（1）当C滑上A后，由于有摩擦力作用，将带动A和B一起运动，直至C滑上B后，A、B两木块分离，分离时木块A的速度为vA。最后C相对静止在B上，与B以共同速度vB=3.0m/s运动，由动量守恒定律有vA=mCvC=mAvA+(mB+mC)v246\nBmCvC-(mB+mC)vB0.1´25-(0.3+0.1)´3.0m/s=2.6m/smA0.5∴=¢（2）为计算vC，我们以B、C为系统，C滑上B后与A分离，C、B系统水平方向动¢量守恒。C离开A时的速度为vC，B与A的速度同为vA，由动量守恒定律有¢mBvB+mCvC=(mB+mC)vB¢vC=∴三、针对训练练习11．质量为M的小车在水平地面上以速度v0匀速向右运动。当车中的砂子从底部的漏斗中不断流下时，车子速度将（B）A．减小B．不变C．增大D．无法确定2．如图所示，放在光滑水平桌面上的A、B木块中部夹一被压缩的弹簧，当弹簧被放开时，它们各自在桌面上滑行一段距离后，飞离桌面落在地上。A的落地点与桌边水平距离0.5m，B的落地点距离桌边1m，那么（A、B、D）A．A、B离开弹簧时的速度比为1∶2B．A、B质量比为2∶1C．未离开弹簧时，A、B所受冲量比为1∶2D．未离开弹簧时，A、B加速度之比1∶23．如图所示，在沙堆表面放置一长方形木块A，其上面再放一个质量为m=0.10kg的爆竹B，木块的质量为246\nM=6.0kg。当爆竹爆炸时，因反冲作用使木块陷入沙中深度h=50cm，而木块所受的平均阻力为f=80N。若爆竹的火药质量以及空气阻力可忽略不计，g取(mB+mC)vB-mBvA(0.3+0.1)´3.0-0.3´2.6=m/s=4.2m/smC0.110m/s2，求爆竹能上升的最大高度。解：爆竹爆炸瞬间，木块获得的瞬时速度v可由牛顿第二定律和运动学公式求得320m/sm/s2v=2ah=f-Mg=Ma，36，爆竹爆炸过程中，爆竹木块系统动量守恒Mv-mv0=0a=v0=Mv=246\nm6´33m/s=203m/s0.1练习21．质量相同的两个小球在光滑水平面上沿连心线同向运动，1的动量为球7kg²m/s,球2的动量为5kg²m/s,当球1追上球2时发生碰撞，则碰撞后两球动量变化的可能值是246\nAA．Δp1=-1kg²m/s，Δp2=1kg²m/sB．Δp1=-1kg²m/s，Δp2=4kg²m/sC．Δp1=-9kg²m/s，Δp2=9kg²m/sD．Δp1=-12kg²m/s，Δp2=10kg²m/s2．小车AB静置于光滑的水平面上，A端固定一个轻质弹簧，B端粘有橡皮泥，AB车质量为M，长为L，质量为m的木块C放在小车上，用细绳连结于小车的A端并使弹簧压缩，开始时AB与C都处于静止状态，如图所示，当突然烧断细绳，弹簧被释放，使物体C离开弹簧向B端冲去，并跟B端橡皮泥粘在一起，以下说法中正确的是BCDA．如果AB车内表面光滑，整个系统任何时刻机械能都守恒B．整个系统任何时刻动量都守恒C．当木块对地运动速度为v时，小车对地运动速度为D．AB车向左运动最大位移小于mvMmLM4．质量为M的小车静止在光滑的水平面上，质量为m的小球用细绳吊在小车上O点，将小球拉至水平位置A246\n点静止开始释放（如图所示），求小球落至最低点时速度多大？（相对地的速度）(2MgL)M+m6．如图所示甲、乙两人做抛球游戏，甲站在一辆平板车上，车与水平地面间摩擦不计.甲与车的总质量M=100kg，另有一质量m=2kg的球.乙站在车的对面的地上，身旁有若干质量不等的球.开始车静止，甲将球以速度v（相对地面）水平抛给乙，乙接到抛来的球后，马上将另一质量为m′=2m的球以相同速率v水平抛回给甲，甲接住后，再以相同速率v将此球水平抛给乙，这样往复进行.乙每次抛回给甲的球的质量都等于他接到的球的质量为2倍,求：（1）甲第二次抛出球后，车的速度大小.（2）从第一次算起，甲抛出多少个球后，再不能接到乙抛回来的球.(（1）1v,向10左（2）5个)练习31．在光滑水平面上，两球沿球心连线以相等速率相向而行，并发生碰撞，下列现象可能的是（）A．若两球质量相同，碰后以某一相等速率互相分开B．若两球质量相同，碰后以某一相等速率同向而行246\nC．若两球质量不同，碰后以某一相等速率互相分开D．若两球质量不同，碰后以某一相等速率同向而行2．如图所示，用细线挂一质量为M的木块，有一质量为m的子弹自左向右水平射穿此木块，穿透前后子弹的速度分别为v0和v（设子弹穿过木块的时间和空气阻力不计），木块的速度大小为（）A．(mv0+mv)/MB．(mv0-mv)/MC．(mv0+mv)/(M+m)D．(mv0-mv)/(M+m)3．载人气球原静止于高h的空中，气球质量为M，人的质量为m。若人要沿绳梯着地，则绳梯长至少是（246\n）A．（m+M）h/MB．mh/MC．Mh/mD．h4．质量为2kg的小车以2m/s的速度沿光滑的水平面向右运动，若将质量为2kg的砂袋以3m/s的速度迎面扔上小车，则砂袋与小车一起运动的速度的大小和方向是（）A．2.6m/s，向右B．2.6m/s，向左C．0.5m/s，向左D．0.8m/s，向右5．车厢停在光滑的水平轨道上，车厢后面的人对前壁发射一颗子弹。设子弹质量为m，出口速度v，车厢和人的质量为M，则子弹陷入前车壁后，车厢的速度为（）A．mv/M，向前B．mv/M，向后C．mv/（m+M），向前D．06．向空中发射一物体，不计空气阻力。当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂成a、b两块，若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向，则（）A．b的速度方向一定与原速度方向相反B．从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大C．a、b一定同时到达水平地面D．在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的冲量大小一定相等7．两质量均为M的冰船A、B静止在光滑冰面上，轴线在一条直线上，船头相对，质量为m的小球从A船跳入B船，又立刻跳回，A、B两船最后的速度之比是_________________。参考答案1．A、D2．B3．A4．C5．D246\n6．C、DM7．M+m第三单元动量和能量概述：处理力学问题、常用的三种方法一是牛顿定律；二是动量关系；三是能量关系。若考查的物理量是瞬时对应关系，常用牛顿运动定律；若研究对象为一个系统，首先考虑的是两个守恒定律；若研究对象为一个物体，可优先考虑两个定理。特别涉及时间问题时，优先考虑的是动量定理、而涉及位移及功的问题时，优先考虑的是动能定理。两个定律和两个定理，只考查一个物理过程的始末两个状态，对中间过程不予以细究，这正是它们的方便之处，特别是变力问题，就显示出其优越性。例题分析：F例1.如图所示，质量分别为m和2m的A、B两个木块间用AB轻弹簧相连，放在光滑水平面上，A靠紧竖直墙。用水平力F将B向左压，使弹簧被压缩一定长度，静止后弹簧储存的弹性势能为E。这时突然撤去F，关于A、B和弹簧组成的系统，下列说法中正确的是（BD）A.撤去F后，系统动量守恒，机械能守恒B.撤去F后，A246\n离开竖直墙前，系统动量不守恒，机械能守恒C.撤去F后，A离开竖直墙后，弹簧的弹性势能最大值为ED.撤去F后，A离开竖直墙后，弹簧的弹性势能最大值为E/3[A离开墙前墙对A有弹力，这个弹力虽然不做功，但对A有冲量，因此系统机械能守恒而动量不守恒；A离开墙后则系统动量守恒、机械能守恒。A刚离开墙时刻，B的动能为E，动量为p=4mE向右；以后动量守恒，因此系统动能不可能为零，当A、B速度相等时，系统总动能最小，这时的弹性势能为E/3。]指出：应用守恒定律要注意条件。对整个宇宙而言，能量守恒和动量守恒是无条件的。但对于我们选定的研究对象所组成的系统，守恒定律就有一定的条件了。如系统机械能守恒的条件就是“只有重力做功”；而系统动量守恒的条件就是“合外力为零”246\n。例2.长为L宽为d质量为m总电阻为R的矩形导线框上下两边保持水平，在竖直平面内自由落下而穿越一个磁感应强度为B宽度也是d的匀强磁场区。已知线框下边刚进入磁场就恰好开始做匀速运动。则整个线框穿越该磁场的全过程中线框中产生的电热是___________。22[若直接从电功率计算，就需要根据mg=BLv求匀速运动的速度v、再求电LBddR动势E、电功率P、时间t，最后才能得到电热Q。如果从能量守恒考虑，该过程的能量转化途径是重力势能EP→电能E→电热Q，因此直接得出Q=2mgd]例3如图所示，质量为1.0kg的物体m1，5m/s的速度在水平桌面上AB部分的左侧向右运以动，桌面AB部分与m1间的动摩擦因数μ246\n=0.2，AB间的距离s=2.25m，桌面其他部分光滑。m1滑到桌边处与质量为2.5kg的静止物体m2发生正碰，碰撞后m2在坚直方向上落下0.6m时速度大小为4m/s，2若g取10m/s，问m1碰撞后静止在什么位置？解析：m1向右运动经过AB段作匀减速运动，由动能定律可以求出离开B点继续向右运动的速度为4米/秒；和m2发生碰撞后，作平抛运动，m2由平抛运动知识可以求出m2做平抛运动的初速度（碰撞之后）为2米/秒。利用动量守恒定律可以求出碰撞之后瞬间m1的速度为1米/秒。由动能定律可以求出返回经过AB段，离B点0.25米处停止。例4如图所示，A无初速地沿光滑圆弧滑下至最低点C后，球又沿水平轨道前进至D与质量、大小完全相同的球B发生动能没有损失的碰撞。B球用长L的细线悬于O点，恰与水平地面切于D点。A球与水平地面间摩擦系数m=0.1，已知球A初始高度h=2米，CD=1米。问：(1)若悬线L=2米，与B能碰几次?最后A球停在何处？A(2)若球B能绕悬点O在竖直平面内旋转，L满足什么条件时，A、B将只能碰两次？A球最终停于何处？(1)20次A球停在C处(2)L£0.76米，A球停于离D9.5米处例5如图所示，小木块的质量m＝0.4kg，以速度υ＝20m/s，水平地滑上一个静止的平板小车，小车的质量246\nM＝1.6kg，小木块与小车间的动摩擦因数μ＝0.2.（不计车与路面的摩擦）求：(1)小车的加速度；(2)小车上的木块相对于小车静止时，小车的速度；(3)这个过程所经历的时间.2[(1)0.5m/s；(2)4m/s；(3)8s]第二问：对m、M系统研究，利用动量守恒定律很快求出木块相对小车静止时，小车的速度。也可以利用动能定理分别研究m和M，但相对而言要麻烦得多。表明合理选择物理规律求解，可以提高解题速度和准确程度例6如图所示,在光滑水平地面上有一辆质量为M的小车,车上装有一个半径为R的光滑圆环.一个质量为m的小滑块从跟车面等高的平台上以速度V0滑入圆环.试问:小滑块的初速度V0满足什么条件才能使它运动到环顶时恰好对环顶无压力?246\n解析：滑块至圆环的最高点且恰好对环顶无压力，应有mg=mv2u，并以该速度方向为正方向，则滑块的对地速度为-(v-u).对滑块和小车组成的系统，由于水平方向所受合外力为零，由动量守恒有mv0=Mu-m(v-u)LLL(2)由滑块和小车系统的机械能守恒有RLLLL(1)式中V是滑块相对圆心O的线速度，方向向左。设小车此时速度1mv2=1Mu2+1m(v-u)2+2mgRLLL(3)2022三式联立求解得：M指出：公式v/R中的v246\n是相对圆心的线速度，而本题中的圆心是以u向右移动的，所以滑2v0=(5M+4m)Rg快对地速度为V—u。而动量守恒定律、机械能守恒定律表达式中的速度均应为对地的。例7、如图所示，小车A质量为mA=2kg置于光滑水平面上。初速度为v=14m/s，带电量q=0.2C的可视为质点的物体B,质量为mB=0.1kg,轻放在小车的右端,它们的周转围存在匀强磁场,方向垂直纸面向里,磁场强度为B=0.5T,物体B与小车之间有摩擦力,小车足够长.求(1)物体B的最大速度.(2)小车A的最小速度.(3)在此过程中转变成多少内能[解析:小车受到摩擦力作减速运动,物体B受到摩擦力作用而加速AB运动,其受到的磁场力方向向上,V把A和B作为一个系统,在竖直方向上合外力为零,水平方向不受外力作用,系统总动量守恒.当物体B受到的磁场力和所受重力平衡时,其速度最大,此时小车A的速度最小,在这个过程中系统损失的动能转变成内能.(1)qBv1=mg=10m/sqB(2)根据动量守恒定律有:Mv=mv1+Mv2246\nLLv2=13.5m/s111222(3)Q=Mv-Mv2-mv1=8.75J222例8静止在太空中的飞行器上有一种装置,它利用电场加速带电粒子,形成向外发射的粒子流,从而对飞行器产生反冲力,使其获得加速度.已知飞行器的质量为M,发射的2价氧离子,发射功率为P,加速电压为U,每个氧离子的质量为m,单位电荷的电量为e,不计发射离子后飞行器质量的变化,求：（1）射出的氧离子速度；（2）每秒钟射出的氧离子数；（3）射出离子后飞行器开始运动的加速度。[解析：（1）以氧离子为研究对象，根据动能定理，有：DEk=v1=mBg12mv=qU=2eULL(1)2所以氧离子速度为v=2eU/m（2）设每秒钟射出的氧离子数为N，则发射功率可表示为：P=NDEk=2NeULL(2)所以氧离子数为N=P/2eU（3）以氧离子和飞行器为系统，设飞行器的反冲速度为V，根据动量守恒定律Smv-MV=0LLNDtmv=MV所以，246\n飞行器的加速度为a=PMm/eU例9、质量为0.01kg的子弹以300m/s的水平速度射中一静止在光滑水平面上的木块，子弹进入木块6cm而相对于木块静止下来。在这过程中，木块往前移动了0.2cm。求：（1）木块的末速度；246\n（2）木块的质量解析：以子弹和木块为系统，相对静止时共同速度为V由动量守恒mv0=(m+M)v①子弹与木块相对静止时，木块滑动的位移为L，子弹相对地面发生的位移为L+d，对子弹和木块分别利用动能定理：f(L+d)=解得V=10m/SM=0.29Kg1212mv0-mv②22fL=1Mv2③由以上三式可2例10、(难)质量为m的长木板A静止在光滑水平面上，另两个质量也是m的铁块B、C同时从A的左右两端滑上A的上表面，初速度大小分别为v和2v，B、C与A间的动摩擦因数均为μ。⑴试分析B、C滑上长v2v木板A后，A的运动状态如何变化？⑵为使B、C不相撞，ABCA木板至少多长？解：B、C都相对于A滑动时，A所受合力为零，保持静止。这段时间为Dt1=v。B刚好相对于A静止时，C的速度为v，A246\n开向左做匀加速运动，由动量mg守恒可求出A、B、C最终的共同速度v¢=v，这段加速经历的时间为Dt2=2v，最终A将以33mgv做匀速运动。v¢=3全过程系统动能的损失都将转化为系统的内能，而摩擦生热Q=fd=mmgd，由能量守恒定律列式：mmgd=该具有的最小长度。1117v2ævö2。这就是A木板应mv2+m(2v)-×3mç÷,解得d=2223mg246\nè3ø2第六章电场电荷和电荷守恒定律电场电场力的性质场强E=F/qE=KQ/r2电场力F=E²q（任何电场）F=Kq1q2/r(真空中点电荷)2电场能的性质电场线电势：φ=ε/q标量等势面电势差：UAB=UA—UB=Δε/q=wAB/q矢量匀强电场E=U/d真空中点电荷的电场电势能：ε=Qφ电场力的功无关ΔεAB=qUABABW=qUAB=Δ246\nε做功与路径带电粒子在电场中运动平衡直线加速偏转电场中的导体静电感应静电平衡电容器电容：C=Q/U第1单元电场的力的性质Ⅰ电荷守恒和库仑定律一、两种电荷——自然界中有两种电荷，同性相斥，异性相吸，正负中和用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电转移用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电玻璃棒摩擦起电是电荷的转移，不是电荷的创造。电荷没有质量二、电荷守恒定律电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。这是物理丝绸学中的重要基本规律之一。三、元电荷、点电荷和净电荷－－1、元电荷：电子负电1.6³1019C，质子正电1.6³1019C，把质子或电子的电量叫元电荷1246\ne＝1.6³10－19C，所有的带电体的电量都是e的整数倍，如2He、6C4122、点电荷：（力学中的质点）——如果带电体的形状和大小对它们相互作用力的影响可以忽略不计，两个物体间的距离比它们的自身大很多，这样的带电体叫点电荷。3、净电荷：导体中正负电荷中和后所剩余的电荷四、库仑定律（法国）——真空中两个点电荷的相互作用力（静电力或库仑力），跟它们电246\n量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。F=KQ1Q2r2k=9.0190m-c2´N2Q1Q2r1、成立条件①真空中（空气中也近似成立），②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距离代替r）246\n。2、正负的处理：绝对值五、两个完全相同的带电金属球相碰，电荷先中和，后平分。－－例1、电子m1＝9.1³1031kg，质子m2＝1.67³1027kg，求：静电力和万有引力的比值e2Fr2=2.3´1039解：=mmF¢G122rK∴计算静电力的时候不用考虑万有引力例2、在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？解：C点处引入的点电荷QC=+4Q例3、已知如图，带电小球A、B的电荷分别为QA、QB，OA=OB，都用长L的丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时AB间距离减为d/2，可采用哪些方法A．将小球A、B的质量都增加到原来的2倍OB．将小球B的质量增加到原来的8倍C．将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半ND．将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时将小球B的Ld质量增加到原来的2倍246\nBkQAQBLkQAQB解：F=d，而F=，可知dµ3，选BD2mgdmBgLAFmBg例4、（与力学综合的问题）已知如图，光滑绝缘水平面上有两只完全相同的金属球A、B，带电量分别为-2Q与-Q。现在使它们以相同的初动能E0（对应的动量大小为p0）开始相向运动且刚好能发生接触。接触后两小球又各自反向运动。当它们刚好回到各自的出发点时的动能分别为E1和E2，动量大小分别为p1和p2。有下列说法：①E1=E2E0，p1=p2p0②E1=E2=E0，p1=p2=p0B-Q-2Q③接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点A④两球必将同时返回各自的出发点。其中正确的是C。A．②④B．②③C．①④D．③④Ⅱ电场和电场强度一、电场：电荷间相互作用的媒介物1、来源：（1）只要有电荷的存在，无论如何，在它们的周围都会产生电场，电场246\n是由电荷决定的。（2）变化的磁场（麦克斯韦）2、性质：（1）对放入电场中的电荷由电场力的作用电荷电场电荷二、电场强度（场强E，矢量）实验表明，对于电场中的某个确定的点，电场力与检验电荷检验电荷的电量的比值是确定的（除非电场改变）1、场强的大小246\n场源电荷场强＝电场力检验电荷电量E＝FqN/C2、场强的方向：（或叫做电场的方向）规定正电荷的受力的方向为场强的方向，与负电荷的受力方向相反。理解：1、矢量（可以合成或分解）2、描述电场的强弱和方向3、E是描述电场的性质，不是描述检验电荷的性质，只要电场中某点确定，场强就确定，场强与检验电荷无关，F和q同时变化，但比值不变。4、描述电场的力的性质三、点电荷的场强QqFKr2=KQE==qq246\nr2ÞE=KQr2场源电荷检验电荷1．电场强度E——是描述电场的力的性质的物理量四、电场的叠加多个电场相互叠加，某点的场强就等于各个场单独存在时在该点场强的矢量和――场的叠加原理例5、图中边长为a的正三角形ABC的三点顶点分别固定三个点电荷+q、+q、-q，求该三角形中心O点处的场强大小和方向。解：每个点电荷在O点处的场强大小都是E=AEBO(kq3a/246\n3)2由BEA-4Q+9QECC图可得O点处的合场强为EO=6kq，方向由O指向C。a2-5-3-11例6、如图，在x轴上的x=-1和x=1两点分别固定电荷量为-4Q和+9Q的点电荷。求：x轴上合场强为零的点的坐标。并求在x=-3点处的合场强方向。解：由库仑定律得合场强为零的点坐标为x=-5。x=-5、x=-1、x=1这三个点把x轴分成四段，可以证明：同一直线上的两个点电荷所在的点和它们形成的合场强为零的点把该直线分成4段，相邻两段上的场强方向总是相反的。本题从右到左，4个线段（或射线）上的场强方向依次为：向右、向左、向右、向左，所以x=-3点处的合场强方向为向右。Ⅲ电场线一、电场线（法拉第）在电场中画一组曲线，使曲线上各点切线的方向都跟该点的场强的方向一致，即跟该点的正电荷的受力的方向一致，这样的曲线叫电场线。（三向合一）246\n二、常见的电场线形状孤立点电荷周围的电场等量异种点电荷的电场等量同种点电荷的电场+匀强电场点电荷与带电平板－－－246\n－电场线的形状可以用奎宁的针状晶体或蓖麻油中的头发屑模拟三、电场线的特点1、从正电荷出发，终止于负电荷2、不闭合，不相交3、切线的方向表示电场的方向或正电荷的受力方向意义4、疏密程度表示场强的大小，场的强弱5、电场线（或E）⊥等势面6、电场线由高的等势面指向低的等势面四、匀强电场场强的大小和方向各处均相同，电场线平行、等距、同向两块等大、平行、靠近、正对、带等量异种电荷的金属板间的电场，缘除外）是匀强电场例7、如图所示，在等量异种点电荷的电场中，将一个正的试探电荷由A点沿直线移到O点，再沿直线由O点移到c点。+a在该过程中，检验电荷所受的电场力大小和方向如何改变？其电势能又如何改变？（边cO－练习：1．处在如图所示的四种电场中P点的带电粒子，由静止释放后只受电场力作用，其加速度246\n一定变大的是Ｄ2．如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况．一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示．若不考虑其他力，则下列判断中正确的是BCA．若粒子是从A运动到B，则粒子带正电；若粒子是从B运动到A，则粒子带负电B．不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电C．若粒子是从B运动到A，则其加速度减小D．若粒子是从B运动到A，则其速度减小4．在图所示的竖直向下的匀强电场中，用绝缘的细线拴住的带电小球在竖直平面内绕悬点O做圆周运动，下列说法正确的是①带电小球有可能做匀速率圆周运动②带电小球有可能做变速率圆周运动③带电小球通过最高点时，细线拉力一定最小④带电小球通过最低点时，细线拉力有可能最小DA．②B．①②C．①②③D．①②④5．在一高为h的绝缘光滑水平桌面上，有一个带电量为+q、质量为m的带电小球静止，小球到桌子右边缘的距离为s，突然在空间中施加一个水平向右的匀强电场E，且qE=2246\nmg，如图所示，求：（1）小球经多长时间落地？（2）小球落地时的速度．解：（1）小球在桌面上做匀加速运动，t1=2s=d2sm=qEs,小球在竖直方向做自由g2h．g落体运动，t2=2hs+,小球从静止出发到落地所经过的时间：t=t1+t2=gg(2)小球落地时vy=gt2=2gh,vx=at=落地速度v=vx+vy=2qE²t=2gt=2gs+22gh．m4gs+10gh+8g2sh246\n．第2单元电场的能的性质Ⅰ电势能和电势和电势差一、电势能（ε标量焦耳J）——电场力、相对位置1、电荷在电场中受到电场力，所具有的与电荷的位置有关的能量，称电势能或电能。2、电势能的相对性――选择零势能面，一般选择大地或无穷远为零势能面。（等效）3、电场力做功与电势能改变的关系——方法与重力势能相对比①无论电荷的正负，电场力做正功，电势能减小，电场力做负功，电势能增加，做功和电势能的变化量在数值上是相等的ABA到B，正功，εa＞εbAA到B，负功，a＜εbεAB②静电场中，电场力做功与路径无关，电势能的改变量与路径无关二、BC电势能电势＝246\n电量F=eq1J/C＝1V/m1、地位：u（或φ）与力学中的高度相当（标量）2、相对性：选取大地或无穷远处为零电势点3、沿电场线方向，电势降低（与电性无关）AB2Cε＝10Jφ＝5Vε＝6Jφ＝3V∞ε＝0φ＝04、电势由电场本身性质决定5、电势是描述电场中能量性质的物理量6、意义：电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。练习：1、沿电场线方向移动正电荷，电势能减小沿电场线方向移动负电荷，电势能增加246\n正电荷的电场中，电势为正，负电荷的电场中，电势为负2、正电荷的电场中，正的检验电荷电势能为正，负的检验电荷电势能为负负电荷的电场中，正的检验电荷电势能为负，负的检验电荷电势能为正3、只在电场力的作用下，正电荷顺着电场线运动，由高电势向低电势只在电场力的作用下，负电荷逆着电场线运动，由低电势向高电势4、比较5J和－7J的大小，理解标量负号的意义。三、电势差——电场力做功与电荷电量的比值叫电势差1、在电场中某两点的电势之差，也叫电压UAB＝φA－φB2、S0VM－2VM－2VUAB246\n=eAq-eBq=wqN5VS0V3、意义：①对应于高度差，由电场本身的性质决定②电势与选择的零电势点有关，电势差与零电势点的选择无关4、运用要求：1、UAB＝ΦA－ΦB＝1－4＝－3V带正负号2、U＝W/q或W＝qU用绝对值，正负号另行判断（U=1-4=3V）例8：将电量为q＝－2³108C的点电荷从零电场中点S移动到M点要克服电场力做功4－－³108J，求M点的电势＝？。若再从M点移动到N点，电场力又做正功14³108J，求N点电势＝？解：(1)S到M，U=降低M到N246\n对负电荷做正功，电势升高w4´10-8==2V对负电荷做负功，电势q2´10-8w¢14´10-8==7VÞUN=5V(2)U¢=q2´10-8+ABC例9：电子伏是研究微观粒子时常用的能量单位。1ev就是电势差为1V的两点间移动一个－－元电荷电场力所做的功。1ev＝1.6³1019C³1V＝1.6³1019J，把一个二价正离子从大地移动到电场中的A点，w＝6ev，求：UA＝？解：U=6eV=3VÞUA=3V2e例10、如图所示，三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列。A、B、C分别是这三个等势面上的点，且三点在同一条电场线上。A、C两点的电势依次为φA=10V和φC=2V，则B246\n点的电势是BAA.一定等于6VB.一定低于6VDB246\nCC.一定高于6VD.无法确定【例11】已知ΔABC处于匀强电场中。将一个带电量q=-2³10-6C的点电荷从A移到B的过程中，电场力做功W1=-1.2³10-5J；再将该点电荷从B移到C，电场力做功W2=6³10-6J。已知A点的电势φA=5V，则B、C两点的电势分别为____V和____V。试在右图中画出通过A点的电场线。解：先由W=qU求出AB、BC间的电压分别为6V和3V，再根据负电荷A→B电场力做负功，电势能增大，电势降低；B→C电场力做正功，电势能减小，电势升高，知φB=-1VφC=2V。沿匀强电场中任意一条直线电势都是均匀变化的，因此AB中点D的电势与C点电势相同，CD为等势面，过A做CD的垂线必为电场线，方向从高电势指向低电势，所以斜向左下方。Ⅱ等势面一、等势面——电场中，电势相等的各点所构成的面(等高线和等压线)二、常见等势面的形状三、等势面的特点1、在等势面上移动电荷，电场力不做功2、电场线（或E）⊥等势面3、246\n电场线由高的等势面指向低的等势面4、闭合、等势面不相交5、静电平衡导体是等势体，表面是等势面6、等差等势面――相邻的等势面的电势差相等（1）差等势面越密的地方，电场越强，场强越大（2）相邻的等差等势面移动同一个电荷电场力做功相等98766210665432010246\n08V0V－8V7、沿电场方向电势降低最快（场强方向是电势降落最快的地方）8、匀强电场中，平行等长的线段两个端点间的电势差相等，即匀强电场中的电势均匀变化。练习等量异种电荷（1）中垂线的电场强度和电势的特点（2）带电粒子从无穷远处移动到中点，分析电场力的做功情况和电势能的改变情况（3）一个电子由8V到－8V电场力做功情况，电势能的变化情况。Ⅲ电势差与电场强度的关系一、公式的推导W=qUW=FLcosq=qEdÞU=Ed说明：1、适用于匀强电场2、U是两点间的电势差，d是沿电场方向的距离3、单位1V./m=1N/CVJNmN===mCmCmC4、在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。二、场强的三种求法1、E＝F/q定义式，适用于任何电场（真空、介质）2、E＝KQ/r2适用于点电荷的电场（真空、点电荷）3、E＝U/d适用于匀强电场（真空）针对训练1.电场中有A、B两点，一个点电荷在A点的电势能为1.2³10-8J，在B点的电势能为0.80³10-8J.已知A、B两点在同一条电场线上，如图所示，246\n该点电荷的电荷量为1.0³10-9C，那么AA.该电荷为负电荷B.该电荷为正电荷C.A、B两点的电势差UAB=4.0VD.把电荷从A移到B，电场力做功为W=4.0J2.某电场中等势面分布如图所示，图中虚线表示等势面，过a、b两点的等势面电势分别为40V和10V，则a、b连线的中点c处的电势应CA.肯定等于25VC.小于25VB.大于25VD.可能等于25V3如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q，在M点无初速释放一带有恒定电荷量的小物块，小物块在Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中ABD4A246\n小物块所受电场力逐渐减小B.小物块具有的电势能逐渐减小C.M点的电势一定高于N点的电势D.小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功4.如图所示，M、N两点分别放置两个等量种异电荷，A为它们连线的中点，B为连线上靠近N的一点，C为连线中垂线上处于A点上方的一点，在A、B、C三点中.CA.场强最小的点是A点，电势最高的点是B点B.场强最小的点是A点，电势最高的点是C点C.场强最小的点是C点，电势最高的点是B点D.场强最小的点是C点，电势最高的点是A点5.AB连线是某电场中的一条电场线，一正电荷从A点处自由释放，电荷仅在电场力作用下沿电场线从A点到B点运动过程中的速度图象如图所示，比较A、B两点电势φ的高低和场强E的大小，下列说法中正确的是AA.φA＞φB，EA＞EBC.φA＜φB，EA＞EBB.φA＞φB，EA＜EBD.φA＜φB，EA＜EB6.如图所示，平行的实线代表电场线，方向未知，电荷量为1³10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用，该电荷由A点移到B点，动能损失了0.1J，若A点电势为-10V，则C①B点电势为零②电场线方向向左③电荷运动的轨迹可能是图中曲线①④电荷运动的轨迹可能是图中曲线②A.①B.①②C.①②③D.①②④246\n7.如图所示，光滑绝缘的水平面上M、N两点各放一电荷量分别为+q和+2q，完全相同的金属球A和B，给A和B以大小相等的初动能E0（此时动量大小均为p0）使其相向运动刚好能发生碰撞，碰后返回M、N两点时的动能分别为E1和E2，动量大小分别为p1和p2，则BA.E1=E2=E0p1=p2=p0B.E1=E2＞E0p1=p2＞p0C.碰撞发生在M、N中点的左侧D.两球不同时返回M、N两点8.已知空气的击穿电场强度为2³106V/m，测得某次闪电火花长为600m，则发生这次闪电时放电路径两端的电势差U=_______.若这次闪电通过的电荷量为20C，则释放的能量为_______.（设闪电的火花路径为直线）(8.1.2³109V；2.4³1010J)9.如图所示，A、B、C、D246\n是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别为φA=15V，φD=_______V.B=3V，φC=-3V，由此可得D点的电势φ10.有两个带电小球m1与m2，分别带电+Q1和+Q2，在绝缘光滑水平面上，沿同一直线相向运动，当它们相距r时，速率分别为v1与v2，电势能为E，在整个运动过程中（不相碰）m1m2(v1+v2)2电势能的最大值为多少?(Em=E+)2(m1+m2)11.如图所示，小平板车B静止在光滑水平面上，一可以忽略大小的小物块A静止在小车B的左端，已知物块A的质量为m，电荷量为+Q；小车B的质量为M，电荷量为-Q，上表面绝缘，长度足够长；A、B间的动摩擦因数为μ，A、B间的库仑力不计，A、B始终都246\n处在场强大小为E、方向水平向左的匀强电场中.在t=0时刻物块A受到一大小为I，方向水平向右的冲量作用开始向小车B的右端滑行.求：（1）物块A的最终速度大小；（2）物块A距小车B左端的最大距离.(（1）I2MI（2），)2m(M+m)(mmg+EQ)M+m第3单元带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中的运动1.带电粒子在匀强电场中的加速一般带电粒子所受的电场力远大于重力，所以可以认为只有电场力做功。由动能φ定理W=qU=ΔEK，此式与电场是否匀强无U0关，与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无ot关。T/2T3T/22T【例1】如图所示，两平行金属板竖直-U放置，左极板接地，中间有小孔。右极板电0势随时间变化的规律如图所示。电子原来静止在左极板小孔处。（不计重力作用）下列说法中正确的是ACA.从t=0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上246\nB.从t=0时刻释放电子，电子可能在两板间振动C.从t=T/4时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上D.从t=3T/8时刻释放电子，电子必将打到左极板上2.带电粒子在匀强电场中的偏转规律①、速度规律v0m，qULdθyθ246\nvtvx=v0qELqULvy=at=´=mv0mdv0②、位移规律Þtan=avyvx=qUL2dm0vx=v0t212qULy=at=222dm0vÞtan=byqUL=2x2dmv0③、角度规律tana246\n=qUL2vxdmv0yqULtanb==2x2dmv0=vytanα＝2tanβ速度反向延长平分水平位移就象从水平位移的中点发出来一样3、重力忽略与否忽略重力――电子、质子、离子等微观的带电粒子不忽略重力――尘埃、液滴、小球等4、示波器和示波管示波管的原理图5、带电物体在电场力和重力共同作用下的运动。【例2】已知如图，水平放置的平行金属板间有匀强电场。一根长l的绝缘细绳一端固定在O点，另一端系有质量为m并带有一定电荷的小球。小球原来静止在C点。当给小球一个水平冲量后，它可以在竖直面内绕O点做匀速圆周运动。若将两板间的电压增大为原来的O3倍，求：要使小球从C点开始在竖直面内绕O点做圆周运动，至少要给小球多大的水平冲量？在这种情况下，在小球运动过程中细绳所C受的最大拉力是多大？+解：原来小球受到的电场力和重力大小相等，增大电压后电场力是重力的3倍。在C246\n点，最小速度对应最小的向心力，这时细绳拉力为零，合力为2mg，可求速度为v=2gl，因此给小球的最小冲量为I=m2gl。在最高点D小球受到的拉力最-2mvD22大。从C到D对小球用动能定理：2mg×2l=1mvD-1mvC，在D点F-2mg=，解得l22F=12mg。【例3】已知如图，匀强电场方向水平向右，场强E=1.5³106V/m，丝线长l=40cm，－上端系于O点，下端系质量为m=1.0³104kg，带电量为q=+4.9C-10θθ³10C的小球，将小球从最低点A由静止释放，求：（1）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？（2）摆动过程中小O球的最大速度是多大？E解：（1）这是个“歪摆”。由已知电场力Fe=0.75G摆动到平B衡位置时丝线与竖直方向成37°角，因此最大摆角为74°。A2（2）小球通过平衡位置时速度最大。由动能定理：1.25mg0.2l=mvB/2，vB=1.4m/s。二、电容器1.电容器——两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。2.电容器的电容——电容器带电时，两极板就存在了电势差，246\n电容器的电量跟两极板的电势差的比值叫电容器的电容电量电容＝电势差C=QU表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性1μF＝106pF质（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的。单位：法拉（F）、皮法（pF）、微法（μF）1F＝106μF3.平行板电容器的电容静电计实验（测量电势差）（1）电计与金属板的连接方法（2）指针的偏角与电势差的关系（3）电容器的电量基本不变（4）变距离、正对面积、电介质（绝缘体）观察偏角的变化C=es246\n4pkd介电常数的定义ε为电介质的介电常数（极板间充满电介质使电容增大的倍数）为正对面积、d为距，s离、k为静电力常量（注意：额定电压和击穿电压）4.两种不同变化电容器和电源连接如图，改变板间距离、改变正对面积或改变板间电解质材料，都会改变其电容，从而可能引起电容器两板间电场的变化。这里要分清两种常见的变化：（1）电键K保持闭合，则电容器两端的电压恒定（等于电源电动势），这种情况下带电量Q=CUµC，C=而eSeSU1µ，E=µ4pkdddd（2）充电后断开K，保持电容器带电量Q恒定，这种情况下d1Cµ,Uµ,Eµdes246\nesesK【例4】如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在①保持K闭合；②充电后将K断开；两种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？（①选B，②选C。）A.上移上极板MB.上移下极板NC.左移上极板MD.把下极板N接地【例5】计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电S容传感器。电容的计算公式是C=e，其中常量ε=9.0³d10-12Fm-1，S表示两金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。当某一键被按下时，d发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发出相应的信号。已知两金属片的正对面积为50mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为0.60mm。只要电容变化达0.25pF，电子线路就能发出相应的信号。那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？解：未按下时电容C1=0.75pF，再Δd=0.15mm。KMNC1d2DCDd==得和C2=1.00pF，C2d1C2246\nd1得A【例246\n6】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极＋－P板间有一正电荷（电量很小）固定在P点，如图所示，以E表示两极板间的场强，U表示电容器的电压，W表示正电荷在P点的电势能。若负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置（AC）AU变小，E不变BE变大，W变大CU变小，W不变DU不变，W不变5.电容器与恒定电流相联系在直流电路中，电容器的充电过程非常短暂，除充电瞬间以外，电容器都可以视为断路。应该理解的是：电容器与哪部分电路并联，电容器两端的电压就必然与那部分电路两端电压相等。【例7】如图电路中，C2=2C1，R2=2R1，忽略电源电阻，下列说法正确的是（）①开关K处于断开状态，电容C2的电量大于C1的电量；②开关处于断开状态，电容C1的电量大于C2的电量；③开关处于接通状态，电容C2的电量大于C1的电量；④开关处于接通状态，电容C1的电量大于C2的电量。A.①B.④C.①③D.②④C1R2EKR1C2解析：开关断开时，电容C1、C2两端电压相等，均为E，因为C2=2C1，由C=Q2=2C1e=2Q1，即Q2>Q1，所以①正确；当开关K接通时，R1与R2串联，通过R1和R2的电流相等，C1与R2并联，C2与R1并联，故C1246\n的电压为IR2，C2的电压为IR1又Q1=C1IR2，Q2=C2IR1又C2=2C1，R2=2R1，所以Q1=Q2即两电容的电量相等；所以正确选项应为A。Q知U6、电容器力学综合【例8】如图所示，四个定值电阻的阻值相同都为R，开关K闭合时，有一质量为m带电量为q的小球静止于平行板电容器板间的中点O。现在把开关K断开，此小球向一个极板运动，并与此极板相碰，碰撞时无机械能损失，碰撞后小球恰能运动到另一极板处，设两极板间的距离为d，电源内阻不计，试计算：⑴电源电动势ε。⑵小球和电容器一个极板碰撞后所带的电量q¢。R3CKR2ECR1R4CO246\nC解析：⑴开关闭合时，电容器两极板间电场方向竖直向上，由小球在O点处静止可知，mgdU，即U=；由于R4无电流，电容器qd3mgde2两极板间电压U等于电阻R1的端电压，则U=。×R=e，所以E=R2q3R+2ee3mgd×R==⑵开关断开后，两极板间电压为U¢，U¢=，设此时两极板间R+R24qU¢3mg=场强为E¢，E¢=；因U¢