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2021-2022年人教版(2019)高中物理必修一运动和力的关系重点难点易错点高频考点经典必刷——连接体专题

doc 2022-01-12 09:01:20 10页
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运动和力的关系重点难点易错点高频考点经典必刷——连接体专题一、连接体与隔离体两个或两个以上物体相连接组成的物体系统,称为连接体。如果把其中某个物体隔离出来,该物体即为隔离体。二、外力和内力如果以物体系为研究对象,受到系统之外的作用力,这些力是系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力。应用牛顿第二定律列方程不考虑内力。如果把物体隔离出来作为研究对象,则这些内力将转换为隔离体的外力。三、连接体问题的分析方法1.整体法连接体中的各物体如果加速度相同,求加速度时可以把连接体作为一个整体。运用牛顿第二定律列方程求解。2.隔离法如果要求连接体间的相互作用力,必须隔离其中一个物体,对该物体应用牛顿第二定律求解,此法称为隔离法。3.整体法与隔离法是相对统一,相辅相成的。本来单用隔离法就可以解决的连接体问题,但如果这两种方法交叉使用,则处理问题就更加方便。如当系统中各物体有相同的加速度,求系统中某两物体间的相互作用力时,往往是先用整体法法求出加速度,再用隔离法法求物体受力。简单连接体问题的分析方法1.连接体:两个(或两个以上)有相互作用的物体组成的具有相同大小加速度的整体。2.“整体法”:把整个系统作为一个研究对象来分析(即当做一个质点来考虑)。注意:此方法适用于系统中各部分物体的加速度大小方向相同情况。3.“隔离法”:把系统中各个部分(或某一部分)隔离作为一个单独的研究对象来分析。注意:此方法对于系统中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同情况均适用。4.“整体法”和“隔离法”的选择求各部分加速度相同的连结体的加速度或合外力时,优选考虑“整体法”;如果还要求物体之间的作用力,再用“隔离法”,且一定是从要求作用力的那个作用面将物体进行隔离;如果连结体中各部分加速度不同,一般都是选用“隔离法”。5.若题中给出的物体运动状态(或过程)有多个,应对不同状态(或过程)用“整体法”或“隔离法”进行受力分析,再列方程求解。类型一、“整体法”与“隔离法”【例题1】如图所示,A、B两个滑块用短细线(长度可以忽略)相连放在斜面上,从静止开始共同下滑,经过0.5s,细线自行断掉,求再经过1s,两个滑块之间的距离。已知:滑块A的质量为3kg,与斜面间的动摩擦因数是0.25;滑块B的质量为2kg,与斜面间的动摩擦因数是0.75;sin37°=0.6,cos37°=0.8。斜面倾角θ=37°,斜面足够长,计算过程中取g=10m/s2。针对训练1.如图用轻质杆连接的物体AB沿斜面下滑,试分析在下列条件下,杆受到的力是拉力还是压力。(1)斜面光滑;(2)斜面粗糙。-8- 类型二、“假设法”分析物体受力【例题2】在一正方形的小盒内装一圆球,盒与球一起沿倾角为θ的斜面下滑,如图所示,若不存在摩擦,当θ角增大时,下滑过程中圆球对方盒前壁压力T及对方盒底面的压力N将如何变化?(提示:令T不为零,用整体法和隔离法分析)()A.N变小,T变大;B.N变小,T为零;C.N变小,T变小;D.N不变,T变大。针对训练1.如图所示,火车箱中有一倾角为30°的斜面,当火车以10m/s2的加速度沿水平方向向左运动时,斜面上的物体m还是与车箱相对静止,分析物体m所受的摩擦力的方向。-8-类型三、“整体法”和“隔离法”综合应用【例题3】如图所示,一内表面光滑的凹形球面小车,半径R=28.2cm,车内有一小球,当小车以恒定加速度向右运动时,小球沿凹形球面上升的最大高度为8.2cm,若小球的质量m=0.5kg,小车质量M=4.5kg,应用多大水平力推车?(水平面光滑)针对训练1.如图所示,一根轻质弹簧上端固定,下端挂一质量为m0的平盘,盘中有物体质量为m,当盘静止时,弹簧伸长了l,今向下拉盘使弹簧再伸长Δl后停止,然后松手放开,设弹簧总处在弹性限度内,则刚刚松开手时盘对物体的支持力等于()A.(1+)(m+m0)gB.(1+)mgC.mgD.(m+m0)g2.如图所示,两个质量相同的物体1和2紧靠在一起,放在光滑的水平桌面上,如果它们分别受到水平推力F1和F2作用,而且F1>F2,则1施于2的作用力大小为()-8- A.F1B.F2C.(F1+F2)D.(F1-F)。类型四、临界问题的处理方法【例题4】如图所示,小车质量M为2.0kg,与水平地面阻力忽略不计,物体质量m=0.50kg,物体与小车间的动摩擦因数为0.3,则:(1)小车在外力作用下以1.2m/s2的加速度向右运动时,物体受摩擦力是多大?(2)欲使小车产生3.5m/s2的加速度,给小车需要提供多大的水平推力?(3)若小车长L=1m,静止小车在8.5N水平推力作用下,物体由车的右端向左滑动,滑离小车需多长时间?针对训练1.如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上端系一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧下端连有一质量为m的小球,球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变。若手持挡板A以加速度a(a<gsinθ)沿斜面匀加速下滑,求,(1)从挡板开始运动到球与挡板分离所经历的时间;(2)从挡板开始运动到球速达到最大,球所经过的最小路程。2.如图所示,自由下落的小球下落一段时间后,与弹簧接触,从它接触弹簧开始,到弹簧压缩到最短的过程中,小球的速度、加速度、合外力的变化情况是怎样的?(按论述题要求解答)类型五、不同加速度时的“隔离法”【例题5】如图,底坐A上装有一根直立长杆,其总质量为M,杆上套有质量为m的环B,它与杆有摩擦,当环从底座以初速v向上飞起时(底座保持静止),环的加速度为a,求环在升起和下落的过程中,底座对水平面的压力分别是多大?针对训练1.如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,有两个用轻质弹簧相连接的物块A和B,它们的质量分别为mA、mB,弹簧的劲度系数为k,C为一固定挡板。系统处于静止状态。现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A使之向上运动,求物块B刚要离开时物块C时物块A的加速度a,以及从开始到此时物块A的位移d,重力加速度为g。2.如图所示,有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上,木板质量为M=4kg,长为L=1.4m;木板右端放着一小滑块,小滑块质量为m=1kg。其尺寸远小于L。小滑块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.4。(g=10m/s2)①现用恒力F作用在木板M上,为了使得m能从M上面滑落下来,求:F大小的范围。(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)②其他条件不变,若恒力F=22.8N,且始终作用在M上,使m最终能从M上面滑落下来。求:m在M-8- 上面滑动的时间。-8-基础巩固1.如图光滑水平面上物块A和B以轻弹簧相连接。在水平拉力F作用下以加速度a作直线运动,设A和B的质量分别为mA和mB,当突然撤去外力F时,A和B的加速度分别为( )ABFA.0、0B.a、0C.、D.a、FCABv2.如图A、B、C为三个完全相同的物体,当水平力F作用于B上,三物体可一起匀速运动。撤去力F后,三物体仍可一起向前运动,设此时A、B间作用力为F1,B、C间作用力为F2,则F1和F2的大小为(  )A.F1=F2=0     B.F1=0,F2=F   C.F1=,F2=D.F1=F,F2=0BAθ3.如图所示,质量分别为M、m的滑块A、B叠放在固定的、倾角为θ的斜面上,A与斜面间、A与B之间的动摩擦因数分别为μ1,μ2,当A、B从静止开始以相同的加速度下滑时,B受到摩擦力(  )A.等于零B.方向平行于斜面向上  C.大小为μ1mgcosθD.大小为μ2mgcosθ4.如图所示,质量为M的框架放在水平地面上,一轻弹簧上端固定在框架上,下端固定一个质量为m的小球。小球上下振动时,框架始终没有跳起,当框架对地面压力为零瞬间,小球的加速度大小为(  )mMA.gB.  C.0  D.5.如图,用力F拉A、B、C三个物体在光滑水平面上运动,现在中间的B物体上加一个小物体,它和中间的物体一起运动,且原拉力F不变,那么加上物体以后,两段绳中的拉力Ta和Tb的变化情况是(  )ABCTaTbA.Ta增大B.Tb增大C.Ta变小D.Tb不变Mm6.如图所示为杂技“顶竿”表演,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直竹竿,当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时,竿对“底人”的压力大小为(  )A.(M+m)g B.(M+m)g-ma C.(M+m)g+ma D.(M-m)g7.如图,在竖直立在水平面的轻弹簧上面固定一块质量不计的薄板,将薄板上放一重物,并用手将重物往下压,然后突然将手撤去,重物即被弹射出去,则在弹射过程中,(即重物与弹簧脱离之前),重物的运动情况是(  )-8- FA.一直加速B.先减速,后加速C.先加速、后减速D.匀加速ABC8.如图所示,木块A和B用一轻弹簧相连,竖直放在木块C上,三者静置于地面,它们的质量之比是1:2:3,设所有接触面都光滑,当沿水平方向抽出木块C的瞬时,A和B的加速度分别是aA=,aB=      。a9.如图所示,在前进的车厢的竖直后壁上放一个物体,物体与壁间的静摩擦因数μ=0.8,要使物体不致下滑,车厢至少应以多大的加速度前进?(g=10m/s2)θ10.如图所示,箱子的质量M=5.0kg,与水平地面的动摩擦因数μ=0.22。在箱子顶板处系一细线,悬挂一个质量m=1.0kg的小球,箱子受到水平恒力F的作用,使小球的悬线偏离竖直方向θ=30°角,则F应为多少?(g=10m/s2)能力提升m1m2FAB1.两个物体A和B,质量分别为m1和m2,互相接触放在光滑水平面上,如图所示,对物体A施以水平的推力F,则物体A对物体B的作用力等于(  )m2Fm1A.   B.      C.FD.2.如图所示,倾角为的斜面上放两物体m1和m2,用与斜面平行的力F推m1,使两物加速上滑,不管斜面是否光滑,两物体之间的作用力总为    。3.恒力F作用在甲物体上,可使甲从静止开始运动54m用3s时间,当该恒力作用在乙物体上,能使乙在3s内速度由8m/s变到-4m/s。现把甲、乙绑在一起,在恒力F作用下它们的加速度的大小是。从静止开始运动3s内的位移是。4.如图所示,三个质量相同的木块顺次连接,放在水平桌面上,物体与平面间,用力F拉三个物体,它们运动的加速度为1m/s2,若去掉最后一个物体,前两物体的加速度为m/s2。5.如图所示,在水平力F=12N的作用下,放在光滑水平面上的,运动的位移x与时间t满足关系式:,该物体运动的初速度,物体的质量=。若改用下图装置拉动,使的运动状态与前面相同,则的质量应为。(不计摩擦)aPA45°6.如图所示,一细线的一端固定于倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m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,线的拉力大小F=     。-8- 7.如图所示,质量为M的木板可沿倾角为θ的光滑斜面下滑,木板上站着一个质量为m的人,问(1)为了保持木板与斜面相对静止,计算人运动的加速度?(2)为了保持人与斜面相对静止,木板运动的加速度是多少?ABF8.如图所示,质量分别为m和2m的两物体A、B叠放在一起,放在光滑的水平地面上,已知A、B间的最大摩擦力为A物体重力的μ倍,若用水平力分别作用在A或B上,使A、B保持相对静止做加速运动,则作用于A、B上的最大拉力FA与FB之比为多少?θM9.如图所示,质量为80kg的物体放在安装在小车上的水平磅称上,小车沿斜面无摩擦地向下运动,现观察到物体在磅秤上读数只有600N,则斜面的倾角θ为多少?物体对磅秤的静摩擦力为多少?10.如图所示,一根轻弹簧上端固定,下端挂一质量为mo的平盘,盘中有一物体,质量为m,当盘静止时,弹簧的长度比自然长度伸长了L。今向下拉盘使弹簧再伸长△L后停止,然后松手放开,设弹簧总处在弹性限度以内,刚刚松开手时盘对物体的支持力等于多少?综合应用用1.如图所示,一根轻质弹簧上端固定,下端挂一个质量为的平盘,盘中有一物体,质量为m,当盘静止时,弹簧的长度比其自然长度伸长了l,今向下拉盘,使弹簧再伸长后停止,然后松手,设弹簧总处在弹性限度内,则刚松手时盘对物体的支持力等于(  )A.B.C.D.2.质量为m的三角形木楔A置于倾角为的固定斜面上,如图所示,它与斜面间的动摩擦因数为,一水平力F作用在木楔A的竖直面上。在力F的推动下,木楔A沿斜面以恒定的加速度a向上滑动,则F的大小为(  ) A.B.C.D.3.在无风的天气里,雨滴在空中竖直下落,由于受到空气的阻力,最后以某一恒定速度下落,这个恒定的速度通常叫做收尾速度。设空气阻力与雨滴的速度成正比,下列对雨滴运动的加速度和速度的定性分析正确的是( )-8- ①雨滴质量越大,收尾速度越大②雨滴收尾前做加速度减小速度增加的运动③雨滴收尾速度大小与雨滴质量无关④雨滴收尾前做加速度增加速度也增加的运动A.①②B.②④C.①④D.②③4.如图所示,将一个质量为m的物体,放在台秤盘上一个倾角为的光滑斜面上,则物体下滑过程中,台秤的示数与未放m时比较将(  )A.增加mgB.减少mgC.增加mgcos2D.减少mg2(1+sin2)5.质量为m和M的两个物体用轻绳连接,用一大小不变的拉力F拉M,使两物体在图中所示的AB、BC、CD三段轨道上都做匀加速直线运动,物体在三段轨道上运动时力F都平行于轨道,且动摩擦因数均相同,设在AB、BC、CD上运动时m和M之间的绳上的拉力分别为T1、T2、T3,则它们的大小(  )DCABmMFA.T1=T2=T3B.T1>T2>T3C.T1<T2<T3D.T1<T2=T36.如图所示,在光滑水平面上,放着两块长度相同,质量分别为M1和M2的木板,在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块,开始时,各物均静止,今在两物体上各作用一水平恒力F1、F2,当物块和木块分离时,两木块的速度分别为v1、v2,物体和木板间的动摩擦因数相同,下列说法:①若F1=F2,M1>M2,则v1>v2;②若F1=F2,M1<M2,则v1>v2;③F1>F2,M1=M2,则v1>v2;④若F1<F2,M1=M2,则v1>v2,其中正确的是(  )A.①③B.②④aC.①②D.②③7.如图所示,小车上固定着光滑的斜面,斜面的倾角为,小车以恒定的加速度向左运动,有一物体放于斜面上,相对斜面静止,此时这个物体相对地面的加速度是。8.如图所示,光滑水平面上有两物体用细线连接,设细线能承受的最大拉力为T,,现用水平拉力F拉系统,要使系统得到最大加速度F应向哪个方向拉?9.如图所示,木块A质量为1kg,木块B质量为2kg,叠放在水平地面上,AB之间最大静摩擦力为5N,B与地面之间摩擦系数为0.1,今用水平力F作用于A,保持AB相对静止的条件是F不超过N()。10.如图所示,5个质量相同的木块并排放在光滑的水平桌面上,当用水平向右推力F推木块1,使它们共同向右加速运动时,求第2与第3块木块之间弹力及第4与第5块木块之间的弹力?-8- -8-基础巩固1.D2.C3.BC4.D5.A   6.B 7.C   8.0、9.解:设物体的质量为m,在竖直方向上有:mg=F,F为摩擦力在临界情况下,F=μFN,FN为物体所受水平弹力。又由牛顿第二定律得:FN=ma由以上各式得:加速度10.48N解:对小球由牛顿第二定律得:mgtgθ=ma  ①对整体,由牛顿第二定律得:F-μ(M+m)g=(M+m)a  ②由①②代入数据得:F=48N能力提升1.B2.提示:先取整体研究,利用牛顿第二定律,求出共同的加速度=再取m2研究,由牛顿第二定律得FN-m2gsinα-μm2gcosα=m2a整理得3.3m/s2,13.5m4.2.55.4m/s,2kg,3kg6.g、    7.(1)(M+m)gsinθ/m,(2)(M+m)gsinθ/M。解析:(1)为了使木板与斜面保持相对静止,必须满足木板在斜面上的合力为零,所以人施于木板的摩擦力F应沿斜面向上,故人应加速下跑。现分别对人和木板应用牛顿第二定律得:对木板:Mgsinθ=F。对人:mgsinθ+F=ma人(a人为人对斜面的加速度)。解得:a人=,方向沿斜面向下。(2)为了使人与斜面保持静止,必须满足人在木板上所受合力为零,所以木板施于人的摩擦力应沿斜面向上,故人相对木板向上跑,木板相对斜面向下滑,但人对斜面静止不动。现分别对人和木板应用牛顿第二定律,设木板对斜面的加速度为a木,则:对人:mgsinθ=F。-10- 对木板:Mgsinθ+F=Ma木。解得:a木=,方向沿斜面向下。即人相对木板向上加速跑动,而木板沿斜面向下滑动,所以人相对斜面静止不动。8.1:2解析:当力F作用于A上,且A、B刚好不发生相对滑动时,对B由牛顿第二定律得:μmg=2ma ①对整体同理得:FA=(m+2m)a②由①②得当力F作用于B上,且A、B刚好不发生相对滑动时,对A由牛顿第二定律得:μmg=ma′ ③对整体同理得FB=(m+2m)a′④由③④得FB=3μmg所以:FA:FB=1:29.346N解析:取小车、物体、磅秤这个整体为研究对象,受总重力Mg、斜面的支持力N,由牛顿第二定律得,Mgsinθ=Ma,∴a=gsinθ取物体为研究对象,受力情况如图所示。将加速度a沿水平和竖直方向分解,则有f静=macosθ=mgsinθcosθ ①mg-N=masinθ=mgsin2θ ②由式②得:N=mg-mgsin2θ=mgcos2θ,则cosθ=代入数据得,θ=30°由式①得,f静=mgsinθcosθ代入数据得f静=346N。根据牛顿第三定律,物体对磅秤的静摩擦力为346N。10.mg(1+)解析:盘对物体的支持力,取决于物体状态,由于静止后向下拉盘,再松手加速上升状态,则物体所受合外力向上,有竖直向上的加速度,因此,求出它们的加速度,作用力就很容易求了。将盘与物体看作一个系统,静止时:kL=(m+m0)g①再伸长△L后,刚松手时,有k(L+△L)-(m+m0)g=(m+m0)a②由①②式得刚松手时对物体FN-mg=ma则盘对物体的支持力FN=mg+ma=mg(1+)综合应用用1.A2.C  3.A  4.C  5.A  6.B7.  8.向左拉9.6N解析:当F作用于A上时,A与B的受力分析如图所示。要使A、B保持相对静止,A与B的加速度必须相等。B的加速度最大值为:-10- 其中为5N,代入上式这也是A的加速度最大值。又因10.(1)(2)解析:(1)如图所示,以5个木块整体为研究对象。设每个木块质量为m,则将第3、4、5块木块隔离为一个研究对象,设第2块木块对第3块木块的弹力为N,其受力分析(如图),则所以第2与第3木块之间弹力为。(2)将第5木块隔离为一个研究对象(如图),设第4对第5木块弹力为,则所以第4与第5块木块之间弹力为-10-

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