如圖,在x軸上關(guān)于原點O對稱的兩點固定放置等量異種點電荷+Q和-Q,P點位于-Q右側(cè),則下列判斷正確的是
A.軸上還有一點與P點場強相同
B.軸上還有兩點與p點場強相同
C.若將試探電荷+q從P點移至O,電勢能增大
D.若將試探電荷+q從P點移至O,電勢能減小
科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
選做題:本題包括A、B、C三小題,請選定其中兩題,并在相應的答題區(qū)域內(nèi)作答。
若三題都做,則按A、B兩題評分。
A.(選修模塊3—3)
12下列說法正確的是 。
A.布朗運動不是液體分子的運動,但它可以說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動
B.液體的內(nèi)部分子間比液體表面層的分子間有更大的分子勢能
C.分了了間距離增大時,分子間的引力和斥力都減小,它們的合力也減小
D.液晶既有液體的流動性。又具有單晶體的各向異性
(2)如圖所示,氣缸與活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。氣缸和活塞間無摩擦,且均可與外界進行熱交換,若外界是環(huán)境的溫度緩慢升高,則封閉氣體的體積將 (增大、減小、不變),同時 (吸熱、放熱、既不吸熱也不放熱)
(3)目前專家們正在研究二拉化碳的深海處理技術(shù)。實驗發(fā)現(xiàn),在水深300m處,二氧化碳將變成凝膠狀態(tài)。當水深超過2500m時,二氧化碳會濃縮成近似固體的硬膠體,可看成分子間是緊密排列的。已知二氧化碳的摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為N,每個二氧化碳分子體積為V0,設在某狀態(tài)下二氧化碳氣體的密謀為ρ,則在該狀態(tài)下為V的二氧化碳氣體變成固體體積為多少?
B.(選修模塊3—4)
(1)下列說法中正確的是
A.水面上的油膜在陽光照射下會呈現(xiàn)彩色,這是由于光的干涉造成的色散現(xiàn)象
B.聲波與無線電波一樣,都是機械振動在介質(zhì)中的傳播
C.用激光讀取光盤上記錄的信息是利用激光平行度好的特點
D.當觀察者向靜止的聲源運動時,接收到的聲音頻率低于聲源發(fā)出的頻率
(2)一簡諧橫波沿x軸正方向傳播,在t=0時刻的波形如圖所示。已知介質(zhì)中質(zhì)點P的振動周期為2s,則該波傳播速度為 m/s,此時P點振動方向為 (y軸正方向、y軸負方向)
(3)如圖所示,真空中平行玻璃磚折射率為,下表面鍍有反射膜,一束單色光與界面成角斜射到玻璃磚表面上,最后在玻璃磚的右側(cè)面豎直光屏上出現(xiàn)了兩個光點A和B,相距h=2.0m,求玻璃磚的厚度d。
C.(選修模塊3—5)
(1)下列關(guān)于的代物理知識說法中正確的是 。
A.將放射性元素摻雜到其它穩(wěn)定元素中,并降低其溫度,它的半衰期將發(fā)生改變
B.α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)
C.天然放射現(xiàn)象的發(fā)明說明了原子核有復雜的結(jié)構(gòu)
D.用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用相同速度的電子流工作的顯微鏡分辨率低
(2)氫原子的能級如圖所示,有一群處于n=4能級的氫原了了,這群氫原子最多能發(fā)出 種譜線,發(fā)出的光子照射某金屬能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象,則該金屬逸出不應超過 eV。
(3)近年來,國際熱核變實驗堆計劃取得了重大進展,它利用的核反應方程是
若迎面碰撞,初速度大小分別為質(zhì)量分別為,反應后的速度大小為v3,方向與的運動方向相同,求中子的速度(選取m1的運動方向為正方向,不計釋放的光子的動量,不考慮相對論效率)。
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
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一個有一定厚度的圓盤,可以繞通過中心垂直于盤面的水平軸轉(zhuǎn)動,用下面的方法測量它勻速轉(zhuǎn)動時的角速度。
實驗器材:電磁打點計時器、米尺、紙帶、復寫紙片。
實驗步驟:
(1)如圖1所示,將電磁打點計時器固定在桌面上,將紙帶的一端穿過打點計時器的限位孔后,固定在待測圓盤的側(cè)面上,使得圓盤轉(zhuǎn)動時,紙帶可以卷在圓盤側(cè)面上。
(2)啟動控制裝置使圓盤轉(zhuǎn)動,同時接通電源,打點計時器開始打點。
(3)經(jīng)過一段時間,停止轉(zhuǎn)動和打點,取下紙帶,進行測量。
① 由已知量和測得量表示的角速度的表達式為ω= 。式中各量的意義是:
.
② 某次實驗測得圓盤半徑r=5.50×10-2m,得到紙帶的一段如圖2所示,求得角速度為 。
(1),T為電磁打點計時器打點的時間間隔,r為圓盤的半徑,x2、x1是紙帶上選定的兩點分別對應的米尺的刻度值,n為選定的兩點間的打點數(shù)(含兩點)。 (2)6.8/s。 |
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
【選做題】請從A、B和C三小題中選定兩小題作答,如都作答則按A、B兩題評分.
A.(選修模塊3-3)(12分)
.1.一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程如圖所示,第1種變化是從A到
B,第2種變化是從A到C,比較兩種變化過程則: ▲
A.A到C過程氣體吸收熱量較多
B.A到B過程氣體吸收熱量較多
C.兩個過程氣體吸收熱量一樣
D.兩個過程氣體內(nèi)能增加相同
.2.某人做一次深呼吸,吸進400cm3的空氣,據(jù)此估算他吸入的空氣分子總數(shù)約為 ▲ 個(取一位有效數(shù)字,NA =6.02×1023 mol-1)。
.3.在一個恒定標準大氣壓P=1.0×105 Pa下,水在沸騰時,1g的水由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài),其體積由1.0 cm3變?yōu)?701 cm3。已知水的汽化熱為L=2264J/g。則體積膨脹時氣體對外做的功為 ▲ ;氣體吸收的熱量為 ▲ ;氣體的內(nèi)能變化量為 ▲ 。
B.(選修模塊3-4)(12分)
.1、A、B、C是三個完全相同的時鐘,A放在地面上,B、C分別放在兩個火箭上,以速度vb和vc朝同一方向飛行,vb>vc。在地面上的人看來,關(guān)于時鐘快慢的說法正確的是▲
A.B鐘最快,C鐘最慢 B.A鐘最快,C鐘最慢
C.C鐘最快,B鐘最慢 D.A鐘最快,B鐘最慢
.2、一列沿x軸正方向傳播的簡諧波,在 t = 0時刻剛好到達x = 2m處,該波的波長
為 ▲ m,此時x = 1m 處的質(zhì)點振動方向為 ▲ (選填“y軸正方向”或“ y軸負方向”),已知該波的速度為v = 4m/s,則經(jīng) ▲ s時間x = 5m處的質(zhì)點第一次到達波峰.
.3、如圖為一圓柱形的玻璃棒過中心軸線的剖面圖,該玻璃的折射率為n = ,現(xiàn)有一束光線l 從AB面射入,入射角θ = 60°,則折射角α= ▲ ,該束光線能否從 AD邊射出 ▲ (填“能”或“不能”)
C.(選修模塊3-5)(12分)
.1、太陽以“核燃燒” 的方式向外界釋放能量,這種燃燒過程使太陽的“體重”每秒鐘減少400萬噸,這里“核燃燒”是指 ▲
A.重核裂變 B.輕核聚變 C.原子能級躍遷 D.衰變
.2、在研究光電效應實驗中,鋁的逸出功為4.2ev,現(xiàn)用波長為200nm的光線照射鋁板,則光電子的最大初動能為 ▲ ev,若增加該入射光的強度,則單位時間內(nèi)從鋁板表面逸出的光電子數(shù) ▲ 。(填“增加”、“減少”或“不變”) (普朗克常量h=6.30×10-34 J·S,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
.3、質(zhì)量相等且m1、m2都等于1kg的兩個小球在光滑的水平面上
分別以速度v1=2m/s、v2=1m/s同向運動并發(fā)生對心碰撞,碰后
m2被右側(cè)的墻原速彈回,又與m1相碰,碰后兩球都靜止。求
兩球第一次碰后m2球的速度大小。
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科目:高中物理 來源:宿遷市2010年高三年級模擬試卷(一) 題型:填空題
【選做題】請從A、B和C三小題中選定兩小題作答,如都作答則按A、B兩題評分.
A.(選修模塊3-3)(12分)
.1.一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程如圖所示,第1種變化是從A到
B,第2種變化是從A到C,比較兩種變化過程則: ▲
A.A到C過程氣體吸收熱量較多
B.A到B過程氣體吸收熱量較多
C.兩個過程氣體吸收熱量一樣
D.兩個過程氣體內(nèi)能增加相同
.2.某人做一次深呼吸,吸進400cm3的空氣,據(jù)此估算他吸入的空氣分子總數(shù)約為 ▲ 個(取一位有效數(shù)字,NA = 6.02×1023 mol-1)。
.3.在一個恒定標準大氣壓P=1.0×105 Pa下,水在沸騰時,1g的水由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài),其體積由1.0 cm3變?yōu)?701 cm3。已知水的汽化熱為L=2264J/g。則體積膨脹時氣體對外做的功為 ▲ ;氣體吸收的熱量為 ▲ ;氣體的內(nèi)能變化量為 ▲ 。
B.(選修模塊3-4)(12分)
.1、A、B、C是三個完全相同的時鐘,A放在地面上,B、C分別放在兩個火箭上,以速度vb和vc朝同一方向飛行,vb>vc。在地面上的人看來,關(guān)于時鐘快慢的說法正確的是 ▲
A.B鐘最快,C鐘最慢 B.A鐘最快,C鐘最慢
C.C鐘最快,B鐘最慢 D.A鐘最快,B鐘最慢
.2、一列沿x軸正方向傳播的簡諧波,在 t = 0時刻剛好到達x = 2m處,該波的波長
為 ▲ m,此時x = 1m 處的質(zhì)點振動方向為 ▲ (選填“y軸正方向”或“ y軸負方向”),已知該波的速度為v = 4m/s,則經(jīng) ▲ s時間x = 5m處的質(zhì)點第一次到達波峰.
.3、如圖為一圓柱形的玻璃棒過中心軸線的剖面圖,該玻璃的折射率為n = ,現(xiàn)有一束光線l 從AB面射入,入射角θ = 60°,則折射角α = ▲ ,該束光線能否從 AD邊射出 ▲ (填“能”或“不能”)
C.(選修模塊3-5)(12分)
.1、太陽以“核燃燒” 的方式向外界釋放能量,這種燃燒過程使太陽的“體重”每秒鐘減少400萬噸,這里“核燃燒”是指 ▲
A.重核裂變 B.輕核聚變 C.原子能級躍遷 D.衰變
.2、在研究光電效應實驗中,鋁的逸出功為4.2ev,現(xiàn)用波長為200nm的光線照射鋁板,則光電子的最大初動能為 ▲ ev,若增加該入射光的強度,則單位時間內(nèi)從鋁板表面逸出的光電子數(shù) ▲ 。(填“增加”、“減少”或“不變”) (普朗克常量h=6.30×10-34 J·S,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
.3、質(zhì)量相等且m1、m2都等于1kg的兩個小球在光滑的水平面上
分別以速度v1=2m/s、v2=1m/s同向運動并發(fā)生對心碰撞,碰后
m2被右側(cè)的墻原速彈回,又與m1相碰,碰后兩球都靜止。求
兩球第一次碰后m2球的速度大小。
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
第二部分 牛頓運動定律
第一講 牛頓三定律
一、牛頓第一定律
1、定律。慣性的量度
2、觀念意義,突破“初態(tài)困惑”
二、牛頓第二定律
1、定律
2、理解要點
a、矢量性
b、獨立作用性:ΣF → a ,ΣFx → ax …
c、瞬時性。合力可突變,故加速度可突變(與之對比:速度和位移不可突變);牛頓第二定律展示了加速度的決定式(加速度的定義式僅僅展示了加速度的“測量手段”)。
3、適用條件
a、宏觀、低速
b、慣性系
對于非慣性系的定律修正——引入慣性力、參與受力分析
三、牛頓第三定律
1、定律
2、理解要點
a、同性質(zhì)(但不同物體)
b、等時效(同增同減)
c、無條件(與運動狀態(tài)、空間選擇無關(guān))
第二講 牛頓定律的應用
一、牛頓第一、第二定律的應用
單獨應用牛頓第一定律的物理問題比較少,一般是需要用其解決物理問題中的某一個環(huán)節(jié)。
應用要點:合力為零時,物體靠慣性維持原有運動狀態(tài);只有物體有加速度時才需要合力。有質(zhì)量的物體才有慣性。a可以突變而v、s不可突變。
1、如圖1所示,在馬達的驅(qū)動下,皮帶運輸機上方的皮帶以恒定的速度向右運動,F(xiàn)將一工件(大小不計)在皮帶左端A點輕輕放下,則在此后的過程中( )
A、一段時間內(nèi),工件將在滑動摩擦力作用下,對地做加速運動
B、當工件的速度等于v時,它與皮帶之間的摩擦力變?yōu)殪o摩擦力
C、當工件相對皮帶靜止時,它位于皮帶上A點右側(cè)的某一點
D、工件在皮帶上有可能不存在與皮帶相對靜止的狀態(tài)
解說:B選項需要用到牛頓第一定律,A、C、D選項用到牛頓第二定律。
較難突破的是A選項,在為什么不會“立即跟上皮帶”的問題上,建議使用反證法(t → 0 ,a → ∞ ,則ΣFx → ∞ ,必然會出現(xiàn)“供不應求”的局面)和比較法(為什么人跳上速度不大的物體可以不發(fā)生相對滑動?因為人是可以形變、重心可以調(diào)節(jié)的特殊“物體”)
此外,本題的D選項還要用到勻變速運動規(guī)律。用勻變速運動規(guī)律和牛頓第二定律不難得出
只有當L > 時(其中μ為工件與皮帶之間的動摩擦因素),才有相對靜止的過程,否則沒有。
答案:A、D
思考:令L = 10m ,v = 2 m/s ,μ= 0.2 ,g取10 m/s2 ,試求工件到達皮帶右端的時間t(過程略,答案為5.5s)
進階練習:在上面“思考”題中,將工件給予一水平向右的初速v0 ,其它條件不變,再求t(學生分以下三組進行)——
① v0 = 1m/s (答:0.5 + 37/8 = 5.13s)
② v0 = 4m/s (答:1.0 + 3.5 = 4.5s)
③ v0 = 1m/s (答:1.55s)
2、質(zhì)量均為m的兩只鉤碼A和B,用輕彈簧和輕繩連接,然后掛在天花板上,如圖2所示。試問:
① 如果在P處剪斷細繩,在剪斷瞬時,B的加速度是多少?
② 如果在Q處剪斷彈簧,在剪斷瞬時,B的加速度又是多少?
解說:第①問是常規(guī)處理。由于“彈簧不會立即發(fā)生形變”,故剪斷瞬間彈簧彈力維持原值,所以此時B鉤碼的加速度為零(A的加速度則為2g)。
第②問需要我們反省這樣一個問題:“彈簧不會立即發(fā)生形變”的原因是什么?是A、B兩物的慣性,且速度v和位移s不能突變。但在Q點剪斷彈簧時,彈簧卻是沒有慣性的(沒有質(zhì)量),遵從理想模型的條件,彈簧應在一瞬間恢復原長!即彈簧彈力突變?yōu)榱恪?/p>
答案:0 ;g 。
二、牛頓第二定律的應用
應用要點:受力較少時,直接應用牛頓第二定律的“矢量性”解題。受力比較多時,結(jié)合正交分解與“獨立作用性”解題。
在難度方面,“瞬時性”問題相對較大。
1、滑塊在固定、光滑、傾角為θ的斜面上下滑,試求其加速度。
解說:受力分析 → 根據(jù)“矢量性”定合力方向 → 牛頓第二定律應用
答案:gsinθ。
思考:如果斜面解除固定,上表仍光滑,傾角仍為θ,要求滑塊與斜面相對靜止,斜面應具備一個多大的水平加速度?(解題思路完全相同,研究對象仍為滑塊。但在第二環(huán)節(jié)上應注意區(qū)別。答:gtgθ。)
進階練習1:在一向右運動的車廂中,用細繩懸掛的小球呈現(xiàn)如圖3所示的穩(wěn)定狀態(tài),試求車廂的加速度。(和“思考”題同理,答:gtgθ。)
進階練習2、如圖4所示,小車在傾角為α的斜面上勻加速運動,車廂頂用細繩懸掛一小球,發(fā)現(xiàn)懸繩與豎直方向形成一個穩(wěn)定的夾角β。試求小車的加速度。
解:繼續(xù)貫徹“矢量性”的應用,但數(shù)學處理復雜了一些(正弦定理解三角形)。
分析小球受力后,根據(jù)“矢量性”我們可以做如圖5所示的平行四邊形,并找到相應的夾角。設張力T與斜面方向的夾角為θ,則
θ=(90°+ α)- β= 90°-(β-α) (1)
對灰色三角形用正弦定理,有
= (2)
解(1)(2)兩式得:ΣF =
最后運用牛頓第二定律即可求小球加速度(即小車加速度)
答: 。
2、如圖6所示,光滑斜面傾角為θ,在水平地面上加速運動。斜面上用一條與斜面平行的細繩系一質(zhì)量為m的小球,當斜面加速度為a時(a<ctgθ),小球能夠保持相對斜面靜止。試求此時繩子的張力T 。
解說:當力的個數(shù)較多,不能直接用平行四邊形尋求合力時,宜用正交分解處理受力,在對應牛頓第二定律的“獨立作用性”列方程。
正交坐標的選擇,視解題方便程度而定。
解法一:先介紹一般的思路。沿加速度a方向建x軸,與a垂直的方向上建y軸,如圖7所示(N為斜面支持力)。于是可得兩方程
ΣFx = ma ,即Tx - Nx = ma
ΣFy = 0 , 即Ty + Ny = mg
代入方位角θ,以上兩式成為
T cosθ-N sinθ = ma (1)
T sinθ + Ncosθ = mg (2)
這是一個關(guān)于T和N的方程組,解(1)(2)兩式得:T = mgsinθ + ma cosθ
解法二:下面嘗試一下能否獨立地解張力T 。將正交分解的坐標選擇為:x——斜面方向,y——和斜面垂直的方向。這時,在分解受力時,只分解重力G就行了,但值得注意,加速度a不在任何一個坐標軸上,是需要分解的。矢量分解后,如圖8所示。
根據(jù)獨立作用性原理,ΣFx = max
即:T - Gx = max
即:T - mg sinθ = m acosθ
顯然,獨立解T值是成功的。結(jié)果與解法一相同。
答案:mgsinθ + ma cosθ
思考:當a>ctgθ時,張力T的結(jié)果會變化嗎?(從支持力的結(jié)果N = mgcosθ-ma sinθ看小球脫離斜面的條件,求脫離斜面后,θ條件已沒有意義。答:T = m 。)
學生活動:用正交分解法解本節(jié)第2題“進階練習2”
進階練習:如圖9所示,自動扶梯與地面的夾角為30°,但扶梯的臺階是水平的。當扶梯以a = 4m/s2的加速度向上運動時,站在扶梯上質(zhì)量為60kg的人相對扶梯靜止。重力加速度g = 10 m/s2,試求扶梯對人的靜摩擦力f 。
解:這是一個展示獨立作用性原理的經(jīng)典例題,建議學生選擇兩種坐標(一種是沿a方向和垂直a方向,另一種是水平和豎直方向),對比解題過程,進而充分領(lǐng)會用牛頓第二定律解題的靈活性。
答:208N 。
3、如圖10所示,甲圖系著小球的是兩根輕繩,乙圖系著小球的是一根輕彈簧和輕繩,方位角θ已知。現(xiàn)將它們的水平繩剪斷,試求:在剪斷瞬間,兩種情形下小球的瞬時加速度。
解說:第一步,闡明繩子彈力和彈簧彈力的區(qū)別。
(學生活動)思考:用豎直的繩和彈簧懸吊小球,并用豎直向下的力拉住小球靜止,然后同時釋放,會有什么現(xiàn)象?原因是什么?
結(jié)論——繩子的彈力可以突變而彈簧的彈力不能突變(胡克定律)。
第二步,在本例中,突破“繩子的拉力如何瞬時調(diào)節(jié)”這一難點(從即將開始的運動來反推)。
知識點,牛頓第二定律的瞬時性。
答案:a甲 = gsinθ ;a乙 = gtgθ 。
應用:如圖11所示,吊籃P掛在天花板上,與吊籃質(zhì)量相等的物體Q被固定在吊籃中的輕彈簧托住,當懸掛吊籃的細繩被燒斷瞬間,P、Q的加速度分別是多少?
解:略。
答:2g ;0 。
三、牛頓第二、第三定律的應用
要點:在動力學問題中,如果遇到幾個研究對象時,就會面臨如何處理對象之間的力和對象與外界之間的力問題,這時有必要引進“系統(tǒng)”、“內(nèi)力”和“外力”等概念,并適時地運用牛頓第三定律。
在方法的選擇方面,則有“隔離法”和“整體法”。前者是根本,后者有局限,也有難度,但常常使解題過程簡化,使過程的物理意義更加明晰。
對N個對象,有N個隔離方程和一個(可能的)整體方程,這(N + 1)個方程中必有一個是通解方程,如何取舍,視解題方便程度而定。
補充:當多個對象不具有共同的加速度時,一般來講,整體法不可用,但也有一種特殊的“整體方程”,可以不受這個局限(可以介紹推導過程)——
Σ= m1 + m2 + m3 + … + mn
其中Σ只能是系統(tǒng)外力的矢量和,等式右邊也是矢量相加。
1、如圖12所示,光滑水平面上放著一個長為L的均質(zhì)直棒,現(xiàn)給棒一個沿棒方向的、大小為F的水平恒力作用,則棒中各部位的張力T隨圖中x的關(guān)系怎樣?
解說:截取隔離對象,列整體方程和隔離方程(隔離右段較好)。
答案:N = x 。
思考:如果水平面粗糙,結(jié)論又如何?
解:分兩種情況,(1)能拉動;(2)不能拉動。
第(1)情況的計算和原題基本相同,只是多了一個摩擦力的處理,結(jié)論的化簡也麻煩一些。
第(2)情況可設棒的總質(zhì)量為M ,和水平面的摩擦因素為μ,而F = μMg ,其中l(wèi)<L ,則x<(L-l)的右段沒有張力,x>(L-l)的左端才有張力。
答:若棒仍能被拉動,結(jié)論不變。
若棒不能被拉動,且F = μMg時(μ為棒與平面的摩擦因素,l為小于L的某一值,M為棒的總質(zhì)量),當x<(L-l),N≡0 ;當x>(L-l),N = 〔x -〈L-l〉〕。
應用:如圖13所示,在傾角為θ的固定斜面上,疊放著兩個長方體滑塊,它們的質(zhì)量分別為m1和m2 ,它們之間的摩擦因素、和斜面的摩擦因素分別為μ1和μ2 ,系統(tǒng)釋放后能夠一起加速下滑,則它們之間的摩擦力大小為:
A、μ1 m1gcosθ ; B、μ2 m1gcosθ ;
C、μ1 m2gcosθ ; D、μ1 m2gcosθ ;
解:略。
答:B 。(方向沿斜面向上。)
思考:(1)如果兩滑塊不是下滑,而是以初速度v0一起上沖,以上結(jié)論會變嗎?(2)如果斜面光滑,兩滑塊之間有沒有摩擦力?(3)如果將下面的滑塊換成如圖14所示的盒子,上面的滑塊換成小球,它們以初速度v0一起上沖,球應對盒子的哪一側(cè)內(nèi)壁有壓力?
解:略。
答:(1)不會;(2)沒有;(3)若斜面光滑,對兩內(nèi)壁均無壓力,若斜面粗糙,對斜面上方的內(nèi)壁有壓力。
2、如圖15所示,三個物體質(zhì)量分別為m1 、m2和m3 ,帶滑輪的物體放在光滑水平面上,滑輪和所有接觸面的摩擦均不計,繩子的質(zhì)量也不計,為使三個物體無相對滑動,水平推力F應為多少?
解說:
此題對象雖然有三個,但難度不大。隔離m2 ,豎直方向有一個平衡方程;隔離m1 ,水平方向有一個動力學方程;整體有一個動力學方程。就足以解題了。
答案:F = 。
思考:若將質(zhì)量為m3物體右邊挖成凹形,讓m2可以自由擺動(而不與m3相碰),如圖16所示,其它條件不變。是否可以選擇一個恰當?shù)腇′,使三者無相對運動?如果沒有,說明理由;如果有,求出這個F′的值。
解:此時,m2的隔離方程將較為復雜。設繩子張力為T ,m2的受力情況如圖,隔離方程為:
= m2a
隔離m1 ,仍有:T = m1a
解以上兩式,可得:a = g
最后用整體法解F即可。
答:當m1 ≤ m2時,沒有適應題意的F′;當m1 > m2時,適應題意的F′= 。
3、一根質(zhì)量為M的木棒,上端用細繩系在天花板上,棒上有一質(zhì)量為m的貓,如圖17所示,F(xiàn)將系木棒的繩子剪斷,同時貓相對棒往上爬,但要求貓對地的高度不變,則棒的加速度將是多少?
解說:法一,隔離法。需要設出貓爪抓棒的力f ,然后列貓的平衡方程和棒的動力學方程,解方程組即可。
法二,“新整體法”。
據(jù)Σ= m1 + m2 + m3 + … + mn ,貓和棒的系統(tǒng)外力只有兩者的重力,豎直向下,而貓的加速度a1 = 0 ,所以:
( M + m )g = m·0 + M a1
解棒的加速度a1十分容易。
答案:g 。
四、特殊的連接體
當系統(tǒng)中各個體的加速度不相等時,經(jīng)典的整體法不可用。如果各個體的加速度不在一條直線上,“新整體法”也將有一定的困難(矢量求和不易)。此時,我們回到隔離法,且要更加注意找各參量之間的聯(lián)系。
解題思想:抓某個方向上加速度關(guān)系。方法:“微元法”先看位移關(guān)系,再推加速度關(guān)系。、
1、如圖18所示,一質(zhì)量為M 、傾角為θ的光滑斜面,放置在光滑的水平面上,另一個質(zhì)量為m的滑塊從斜面頂端釋放,試求斜面的加速度。
解說:本題涉及兩個物體,它們的加速度關(guān)系復雜,但在垂直斜面方向上,大小是相等的。對兩者列隔離方程時,務必在這個方向上進行突破。
(學生活動)定型判斷斜面的運動情況、滑塊的運動情況。
位移矢量示意圖如圖19所示。根據(jù)運動學規(guī)律,加速度矢量a1和a2也具有這樣的關(guān)系。
(學生活動)這兩個加速度矢量有什么關(guān)系?
沿斜面方向、垂直斜面方向建x 、y坐標,可得:
a1y = a2y ①
且:a1y = a2sinθ ②
隔離滑塊和斜面,受力圖如圖20所示。
對滑塊,列y方向隔離方程,有:
mgcosθ- N = ma1y ③
對斜面,仍沿合加速度a2方向列方程,有:
Nsinθ= Ma2 ④
解①②③④式即可得a2 。
答案:a2 = 。
(學生活動)思考:如何求a1的值?
解:a1y已可以通過解上面的方程組求出;a1x只要看滑塊的受力圖,列x方向的隔離方程即可,顯然有mgsinθ= ma1x ,得:a1x = gsinθ 。最后據(jù)a1 = 求a1 。
答:a1 = 。
2、如圖21所示,與水平面成θ角的AB棒上有一滑套C ,可以無摩擦地在棒上滑動,開始時與棒的A端相距b ,相對棒靜止。當棒保持傾角θ不變地沿水平面勻加速運動,加速度為a(且a>gtgθ)時,求滑套C從棒的A端滑出所經(jīng)歷的時間。
解說:這是一個比較特殊的“連接體問題”,尋求運動學參量的關(guān)系似乎比動力學分析更加重要。動力學方面,只需要隔離滑套C就行了。
(學生活動)思考:為什么題意要求a>gtgθ?(聯(lián)系本講第二節(jié)第1題之“思考題”)
定性繪出符合題意的運動過程圖,如圖22所示:S表示棒的位移,S1表示滑套的位移。沿棒與垂直棒建直角坐標后,S1x表示S1在x方向上的分量。不難看出:
S1x + b = S cosθ ①
設全程時間為t ,則有:
S = at2 ②
S1x = a1xt2 ③
而隔離滑套,受力圖如圖23所示,顯然:
mgsinθ= ma1x ④
解①②③④式即可。
答案:t =
另解:如果引進動力學在非慣性系中的修正式 Σ+ * = m (注:*為慣性力),此題極簡單。過程如下——
以棒為參照,隔離滑套,分析受力,如圖24所示。
注意,滑套相對棒的加速度a相是沿棒向上的,故動力學方程為:
F*cosθ- mgsinθ= ma相 (1)
其中F* = ma (2)
而且,以棒為參照,滑套的相對位移S相就是b ,即:
b = S相 = a相 t2 (3)
解(1)(2)(3)式就可以了。
第二講 配套例題選講
教材范本:龔霞玲主編《奧林匹克物理思維訓練教材》,知識出版社,2002年8月第一版。
例題選講針對“教材”第三章的部分例題和習題。
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