
[学习目标] 1.熟练掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的思路和方法(重点)。2.理解加速度是解决两类动力学基本问题的桥梁(重点)。
一、从受力确定运动情况
例1 如图所示,小孩与冰车的总质量为30 kg,静止在冰面上。大人用与水平方向夹角为θ=37°、F=60 N的恒定拉力,使其沿水平冰面由静止开始移动。已知冰车与冰面间的动摩擦因数μ=0.05,重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:
(1)小孩与冰车的加速度大小;
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(2)冰车运动3 s时的速度大小;
(3)冰车运动5 s时的位移大小。
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例2(2023·上海市普陀区高一期末)如图所示,人和雪橇总质量为50 kg,在倾角θ为30°的足够长斜坡顶端,从静止开始匀加速下滑,雪橇和斜坡间的摩擦力恒为100 N,求人从静止开始下滑6 m后的速度大小(重力加速度g取10 m/s2)。
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1.基本思路
分析物体的受力情况,求出物体所受的合力,由牛顿第二定律求出物体的加速度;再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况。
2.流程图
已知物体受力情况
二、从运动情况确定受力
例3(2024·青海玉树高一期末)汽车轮胎与公路路面之间必须要有足够大的动摩擦因数,才能保证汽车安全行驶。为检测某公路路面与汽车轮胎之间的动摩擦因数,需要测试刹车的车痕。测试汽车在该公路水平直道上以72 km/h的速度行驶时,突然紧急刹车,车轮被抱死后在路面上滑动,直至停下来。量得车轮在公路上摩擦的痕迹长度是30 m,则路面和轮胎之间的动摩擦因数是多少?(g取10 m/s2)
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例4 民航客机都有紧急出口,发生意外情况的飞机紧急着陆后,打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气,生成一条连接出口与地面的斜面(如图甲所示)。斜面的倾角θ=30°(如图乙所示),人员可沿斜面匀加速滑行到地上。如果气囊所构成的斜面长度为8 m,一个质量为50 kg的乘客从静止开始沿气囊滑到地面所用时间为2 s,求乘客与气囊之间的动摩擦因数。(g=10 m/s2)
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1.基本思路
分析物体的运动情况,由运动学公式求出物体的加速度,再由牛顿第二定律求出物体所受的合力或某一个力。
2.流程图
三、多过程问题
例5 如图所示,一足够长的斜面倾角θ为37°,斜面BC与水平面AB平滑连接,质量m=2 kg的物体静止于水平面上的M点,M点与B点之间的距离L=9 m,物体与水平面和斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5,现物体受到一水平向右的恒力F=14 N作用,运动至B点时撤去该力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10 m/s2,则:
(1)物体在恒力F作用下运动时的加速度是多大?
(2)物体到达B点时的速度是多大?
(3)物体沿斜面向上滑行的最远距离是多少?物体回到B点的速度是多大?
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1.当题目给出的物理过程较复杂,由多个过程组成时,要将复杂的过程拆分为几个子过程。
2.分析每一个子过程的受力情况,由于不同过程中力发生了变化,所以加速度也会发生变化,所以对每一个过程都要重新分析,分别求加速度,用相应规律解决。
3.特别注意两个子过程交接的位置,该交接点速度是上一过程的末速度,也是下一过程的初速度,它起到承上启下的作用,对解决问题起重要作用。
答案精析
例1 (1)1.16 m/s2 (2)3.48 m/s (3)14.5 m
解析
(1)冰车和小孩整体受力如图所示。
在竖直方向的合力为零,则有FN+Fsinθ=mg①
在水平方向,根据牛顿第二定律得Fcosθ-Ff=ma②
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