A球自距地面高h处开始自由下落.同时B球以初速度v0正对A球竖直上抛.空气阻力不计.问: (1)要使两球在B球上升过程中相遇.则v0应满足什么条件? (2)要使两球在B球下降过程中相遇.则v0应满足什么条件? [解析] 两球相遇时位移之和等于h.即:gt2+(v0t-gt2)=h 所以:t=. 而B球上升的时间:t1=.B球在空中运动的总时间:t2=. (1)欲使两球在B球上升过程中相遇.则有t<t1,即<,所以v0>. (2)欲使两球在B球下降过程中相遇.则有:t1<t<t2 即:<<, 所以:<v0<. [答案] (1)v0> (2) <v0< 力学部分难点分析专题三 牛顿运动定律的应用 ●高考趋势展望 牛顿运动定律是经典力学的核心内容.是历年高考重点考查的内容之一. 高考对牛顿定律的考查不仅局限在力学范围内.常常结合带电粒子在电场.磁场中的运动.导体棒切割磁感线的运动等问题.考查考生综合应用牛顿运动定律和其他相关规律分析解决问题的能力. ●知识要点整合 牛顿运动定律反映的是力和运动的关系.所以.应用牛顿运动定律解决的动力学问题主要有两类:(1)已知物体受力情况求运动情况,(2)已知物体运动情况求受力情况.在这两类问题中.加速度是联系物体受力情况和运动情况的桥梁. 至于超重和失重状态.仅是动力学的简单问题之一.只要能熟练应用牛顿定律解决动力学问题.超重和失重问题很容易解决.在有些题目中用超重.失重的思想去进行推理.分析.判断.还是比较简捷和有用的. 物体所受的合外力决定物体运动的性质.即决定物体做匀速运动还是变速运动.匀变速运动还是非匀变速运动,物体做何种形式的运动.还要根据物体的初始运动状态.即初速度v0进行分析方能确定.如果合外力与初速度v0的方向都沿一条直线.则物体做匀变速直线运动.像竖直上抛运动,如果物体受的合外力方向与初速度方向不在一条直线上.则物体做变速曲线运动.如果合外力是恒力.则物体做匀变速曲线运动.像平抛运动,如果合外力的方向总是与速度方向垂直.则物体做圆周运动. 应用牛顿运动定律解决动力学问题.要对物体进行受力分析.进行力的分解和合成,要对物体运动规律进行分析.然后根据牛顿第二定律.把物体受的力和运动联系起来.列方程求解.这是对多方面力学知识.分析综合能力.推理能力.应用数学知识解决物理问题的能力的综合考查.要深刻理解牛顿运动定律的物理意义.要能够熟练地应用牛顿运动定律解题.即便是向应用型.能力型变革的高考试题中.无非是增加些结合实际生产.生活的一些实例.在把这些实例抽象成物理模型的过程中考查学生的能力和物理学的思想方法.最后解决物理问题.仍然离不开基本的物理知识和规律. ●精典题例解读 [例1]如图1-3-1所示.置于水平地面上的盛水容器中.用固定于容器底部的细线使一木球悬浮于水中.若将细线剪断.则在木球上升但尚未露出水面的过程中.地面对容器的支持力如何变化? 图1-3-1 [解析] 细绳未剪断时.容器.水.木球均处于平衡状态.故地面对容器的支持力等于三者所受重力之和.由于木球所受浮力大于其重力.细绳被剪断后.它将加速上升.处于“超重 状态.在木球加速上升的过程中.相应的有同体积的“水球 以等大的加速度下降填补木球上升形成的空隙.处于失重状态.因木球的质量小于同体积的“水球 的质量.而其余部分的水及容器仍处于静止状态.所以整个容器系统呈失重状态.地面支持力将减小. 小结:本题最易犯的错误是只看到木球加速上升所呈的“超重 状态.而忽视了与木球等体积的“水球 的加速下降所呈的“失重 状态.而得出地面支持力增大的错误结论. [例2]一位同学的家住在一座25层的高楼内.他每天乘电梯上楼.经过多次仔细观察和反复测量.他发现电梯启动后的运动速度符合如图1-3-2所示的规律.他就根据这一特点在电梯内用台秤.重物和秒表测量这座楼房的高度.他将台秤放在电梯内.将重物放在台秤的托盘上.电梯从第一层开始启动.经过不间断地运行.最后停在最高层.在整个过程中.他记录了台秤在不同时间段内的示数.记录的数据如下表所示.但由于0~3.0 s段的时间太短.他没有来得及将台秤的示数记录下来.假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的.重力加速度g取10 m/s2. 图1-3-2 (1)电梯在1~3.0 s时间段内台秤的示数应该是多少? (2)根据测量的数据.计算该座楼房每一层的平均高度. 时间/s 台秤示数/kg 电梯启动前 5.0 0~3.0 3.0~13.0 5.0 13.0~19.0 4.6 19.0以后 5.0 [解析] 根据速度图象可知.电梯在0~3.0 s向上做匀加速直线运动.在3.0 s~13.0 s内电梯匀速上升.在13.0 s~19.0 s内电梯匀减速上升.t=19.0 s时电梯速度减小到零. (1)由题意知.砝码质量为5.0 kg.在0~3.0 s内匀加速运动中速度的改变量.跟13.0 s~19.0 s内匀减速运动中速度的改变量大小相等.但后者时间是前者的2倍.故两段时间内加速度大小的关系为a1=2a2,由牛顿第二定律得 mg-F2=ma2 a2=g-=0.8 m/s2 则 a1=1.6 m/s2 由牛顿第二定律得F1-mg=ma1 F1=m(g+a1)=58 N. 故在0~3.0 s内.台秤的示数为5.8 kg. (2)匀加速运动的位移为s1=a1t12=7.2 m 匀速运动的速度为v=a1t1=4.8 m/s 匀速运动的位移为s2=vt2=48 m 匀减速运动的位移为s3=t3=14.4 m 则24层楼总高度为H=s1+s2+s3=69.6 m, 每层楼高为h==2.9 m 小结:对于这种多过程问题.分析清楚各段过程的特点.找出各段过程间的关系是解题的关键. [例3]将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形箱中.如图1-3-3所示.在箱的上顶板和下底板装有压力传感器.箱可以沿竖直轨道运动.当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时.上顶板的传感器显示的压力为6.0 N.下底板的传感器显示的压力为10.0 N.(取g=10 m/s2) 图1-3-3 求:(1)金属块m的质量是多大? (2)若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半.则箱子的加速度是多大? [解析] 上顶板压力传感器显示的压力是金属块对上顶板的压力.大小也等于上顶板对金属块向下的压力,下底板传感器显示的压力为弹簧对下底板的压力.大小也等于弹簧对金属块向上的压力.根据金属块的受力情况和牛顿第二定律.即可求出质量.加速度. (1)设上顶板的传感器显示的压力为FN1.下底板的传感器显示的压力为FN2. 由牛顿第二定律: mg+FN1-FN2=ma 解得:m=0.5 kg (2)由于弹簧长度不变.则下底板的传感器显示的压力仍为10.0 N. 即 FN2′=FN2=10 N则上顶板的传感器显示的压力为FN1′=5 N 由牛顿第二定律: mg+FN1′-FN2′=ma′ 解得: a′=0 [例4]一个行星探测器从所探测的行星表面竖直升空.探测器的质量为1500 kg.发动机推力恒定.发射升空后9 s末.发动机突然因发生故障而灭火.图1-3-4是从探测器发射到落回地面全过程的速度图象.已知该行星表面没有大气.若不考虑探测器总质量的变化.求: 图1-3-4 (1)探测器在行星表面上升达到的最大高度H. (2)该行星表面附近的重力加速度g. (3)发动机正常工作时的推力F. (4)探测器落回地面时的速率v′. (5)探测器发射后经多长时间落地? [解析] 由图知.探测器在0~9 s内匀加速上升.上升的最大速度为64 m/s,9 s~25 s内匀减速上升,25 s以后匀加速下落.直到落地. (1)在上升过程中.由平均速度公式得=32 m/s 则探测器上升的最大高度为H= (t1+t2)=32×25 m=800 m (2)探测器9 s~25 s内只受重力.其运动的加速度为重力加速度.则g= m/s2=4 m/s2 (3)在0~9 s内.由牛顿第二定律得F-mg=ma1 由于a1= m/s2=7.1 m/s2 则F=m(g+a1)=1500×11.1 N=1.67×104 N (4)探测器下落过程为自由落体运动.则其落地速度为v′= m/s=80 m/s (5)探测器自由下落的时间为t3= s=20 s. 故探测器发射后到落地所经历的时间为t=t1+t2+t3=9 s+16 s+20 s=45 s. 小结:注意探测器上升的总高度和下落的高度相等.本题也可利用v-t图象求解.请同学们试一试. ●应用强化训练 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

A球自距地面高h处开始自由下落,同时B球以初速度v0正对A球竖直上抛,空气阻力不计.问:

(1)要使两球在B球上升过程中相遇,则v0应满足什么条件?

(2)要使两球在B球下降过程中相遇,则v0应满足什么条件?

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A球自距地面高h处开始自由下落,同时B球以初速度v0正对A球竖直上抛,空气阻力不计。问:

(1)要使两球在B球上升过程中相遇,则v0应满足什么条件??

(2)要使两球在B球下降过程中相遇,则v0应满足什么条件?

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A球自距地面高h处开始自由下落,同时B球以初速度v0正对A球竖直上抛,空气阻力不计。问:
(1)要使两球在B球上升过程中相遇,则v0应满足什么条件??
(2)要使两球在B球下降过程中相遇,则v0应满足什么条件?

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两个小球A和B,处在离地面H=20米的高处的同一水平面上,相距为s=10米.在A球开始自由下落的同时,B球以v0的水平初速度对着A球抛去(如图所示).要在A球下落5米后两球相遇,B球初速度v0的取值范围应如何?(g取10米/秒2)

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某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验,实验装置如图所示,图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器。实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t1,通过B的挡光时间为t2。为了证明小物体通过A、B时的机械能相等,还需要进行一些实验测量和列式证明。

⑴选出下列必要的实验测量步骤

A.用天平测出运动小物体的质量m

B.测出A、B两传感器之间的竖直距离h

C.测出小物体释放时离桌面的高度H

D.用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间△t

⑵若该同学用d和t的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度,并设想如果能满足________________________关系式,即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的。

⑶该同学的实验设计可能会引起明显误差的地方是(请写出一种): _____________。

㈡物体在空中下落的过程中,重力做正功,物体的动能越来越大,为了“探究重力做功和物体动能变化间的定量关系”,我们提供了如下图的实验装置。

⑴某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题:

如图所示,设质量为m(已测定)的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的  ①  ,通过光电门时的 ② ,试探究外力做的功 ③ 与小球动能变化量

④  的定量关系。(请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号;在③④空格处填写数学表达式。)

⑵某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字。

①用天平测定小球的质量为0.50kg;

②用游标尺测出小球的直径为10.0mm;

③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm;

④电磁铁先通电,让小球            

          ,小球自由下落。

⑥在小球经过光电门时间内,计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10-3s,由此可算得小球经过光电门时的速度为      m/s。

⑦计算得出重力做的功为     J,小球动能变化量为       J。(g取10m/s2,结果保留三位有效数字)

⑶试根据在⑵条件下做好本实验的结论:                 

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同步练习册答案