《高中物理竞赛：动力学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理竞赛：动力学（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高中物理竞赛：动力学一、复习基础知识点一、 考点内容1牛顿第一定律，惯性。2牛顿第二定律，质量。3牛顿第三定律，牛顿运动定律的应用。4超重和失重。二、 知识结构三、复习思路 牛顿运动定律是力学的核心，也是研究电磁学的重要武器。在新高考中，涉及本单元的题目每年必出，考查重点为牛顿第二定律，而牛顿第一定律、第三定律在第二定律的应用中得到完美体现。在复习中，应注重对概念的全方位理解、对规律建立过程的分析，通过适当定量计算，掌握利用牛顿运动定律解题的技巧规律，强化联系实际和跨学科综合题目的训练，培养提取物理模型，迁移物理规律的解题能力。基础习题回顾1一个人站在医用体重计的测盘上，在人下蹲的全过程中，指
2、针示数变化应是：A、先减小，后还原 B、先增加，后还原C、始终不变 D、先减小，后增加，再还原abcd2如图所示，ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、d位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，d点为最低点。每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环分别从a、b、c处释放(初速度为零)，用t1、t2、t3依次表示滑环到达d所用的时间，则：A、t1 t2 t2 t3 C、t3 t1 t2 D、t1 = t2 = t33有一箱装得很满的土豆（如图），以一定的初速度在动摩擦因数为的水平面上向左做匀减速运动（不计其它外力和空气阻力），其中有一质量为m的土豆，则其它土豆对它的总作用
3、力大小是：A、 B、 C、 D、4在一次火灾事故中，因情况特殊别无选择，某人只能利用一根绳子从高处逃生，他估计这根绳子所能承受的最大拉力小于他的重量，于是，他将绳子的一端固定，然后沿着这根绳子从高处竖直下滑。为了使他更加安全落地，避免绳断人伤，此人应该： A尽量以最大的速度匀速下滑 B尽量以最大的加速度加速下滑C小心翼翼地、慢慢地下滑 D最好是能够减速下滑5在滑冰场上，甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上，原来静止不动，在相互猛推一下后分别向相反方向运动。假定两板与冰面间的摩擦因数相同。已知甲在冰上滑行的距离比乙远，这是由于：A、在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力B、在推的过程中，甲推乙的时间小于
4、乙推甲的时间C、在刚分开时，甲的初速度大于乙的初速度D、在分开后，甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小6如图所示，一物块位于光滑水平桌面上，用一大小为F、方向如图所示的力去推它，使它以加速度a右运动。若保持力的方向不变而增大力的大小，则： A、a变大 B、不变 C、a变小 D、因为物块质量未知，故不能确定a变化的趋势7吊在降落伞下的“神舟”五号载人飞船返回舱下落速度仍达14m/s，为实现软着陆，在返回舱离地面约为1.5m时开动5个反推力小火箭，若返回舱重3吨，则每支火箭的平均推力为 牛。（保留两位有效数字）8煤矿安全问题至关重要。某煤矿通过铁轨车送工人到地下工作。假设铁轨是一条倾斜向下的直线铁
5、轨，长1公里。铁轨车在该铁轨上从地下到安全出口的最快速度为2m/s，加速和减速时铁轨车的最大合外力都为车重（包括人）的0.05倍，则工人安全脱离的最少时间需要_ _s。（设铁轨车从静止开始加速，到达安全出口时速度刚好为0，g取10m/s2）。9一辆小汽车在平直的高速公路上以v0=108kmh的速度匀速行驶，突然驾驶员发现正前方s110m处有一辆因故障停在路上维修的货车，于是急刹车已知驾驶员的反应时间（从发现危险到踩下刹车踏板的时间）为0.6 s设刹车过程中车轮停止转动，汽车作匀减速运动求车轮与地面间的动摩擦因数至少要有多大才不会发生碰撞事故二、初赛知识要点分析一、牛顿运动定律（1）牛顿第一定律
6、：在牛顿运动定律中，第一定律有它独立的地位。它揭示了这样一条规律：运动是物体的固有属性，力是改变物体运动状态的原因，认为“牛顿第一定律是牛顿第二定律在加速度为零时的特殊情况”的说法是错误的，它掩饰了牛顿第一定律的独立地位。物体保持原有运动状态（即保持静止或匀速直线运动状态）的性质叫做惯性。因此，牛顿第一定律又称为惯性定律。但二者不是一回事。牛顿第一定律谈的是物体在某种特定条件下（不受任何外力时）将做什么运动，是一种理想情况，而惯性谈的是物体的一种固有属性。一切物体都有惯性，处于一切运动状态下的物体都有惯性，物体不受外力时，惯性的表现是它保持静止状态或匀速直线运动状态。物体所受合外力不为零时，它
7、的运动状态就会发生改变，即速度的大小、方向发生改变。此时，惯性的表现是物体运动状态难以改变，无论在什么条件下，都可以说，物体惯性的表现是物体的速度改变需要时间。质量是物体惯性大小的量度。（2）牛顿第二定律 物体的加速度跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向跟合外力方向相同，这就是牛顿第二定律。它的数学表达式为牛顿第二定律反映了加速度跟合外力、质量的定量关系，从这个意义上来说，牛顿第二定律的表达式写成更为准确。不能将公式理解为：物体所受合外力跟加速度成正比，与物体质量成正比，而公式的物理意义是：对于同一物体，加速度与合外力成正比，其比值保持为某一特定值，这比值反映了该物体保持原有
8、运动状态的能力。力与加速度相连系而不是同速度相连系。从公式可以看出，物体在某一时刻的即时速度，同初速度、外力和外力的作用时间都有关。物体的速度方向不一定同所受合外力方向一致，只有速度的变化量（矢量差）的方向才同合外力方向一致。牛顿第二定律反映了外力的瞬时作用效果。物体所受合外力一旦发生变化，加速度立即发生相应的变化。例如，物体因受摩擦力而做匀变速运动时，摩擦力一旦消失，加速度立即消失。刹车过程中的汽车当速度减小到零以后，不再具有加速度，它绝不会从速度为零的位置自行后退。（3）牛顿第三定律：作用力与反作用力具有六个特点：等值、反向、共线、同时、同性质、作用点不共物。要善于将一对平衡力与一对作用力
9、和反作用力相区别。平衡力性质不一定相同，且作用点一定在同一物体上。二、力和运动的关系物体所受合外力为零时，物体处于静止或匀速直线运动状态。物体所受合外力不为零时，产生加速度，物体做变速运动。若合外力恒定，则加速度大小、方向都保持不变，物体做匀变速运动。匀变速运动的轨迹可以是直线，也可以是曲线。物体所受恒力与速度方向处于同一直线时，物体做匀变速直线运动。根据力与速度同向或反向又可进一步分为匀加速运动和匀减速运动，自由落体运动和竖直上抛运动就是例子。若物体所受恒力与速度方向成角度，物体做匀变速曲线运动。例如，平抛运动和斜抛运动。物体受到一个大小不变，方向始终与速度方向垂直的外力作用时，物体做匀速圆
10、周运动。此时，外力仅改变速度的方向，不改变速度的大小。物体受到一个与位移方向相反的周期性外力作用时，做机械振动。综上所述：判断一个物体做什么运动，一看受什么样的力，二看初速度与合外力方向的关系。三、力的独立作用原理物体同时受到几个外力时，每个力各自独立地产生一个加速度，就像别的力不存在一样，这个性质叫做力的独立作用原理。物体的实际加速度就是这几个分加速度的矢量和。根据力的独立作用原理解题时，有时采用牛顿第二定律的分量形式 分力、合力及加速度的关系是 在实际应用中，适用选择坐标系，让加速度的某一个分量为零，可以使计算较为简捷。通常沿实际加速度方向来选取坐标，这种解题方法称为正交分解法。如图所示，
11、质量为的物体，置于倾角为的固定斜面上，在水平推力的作用下，沿斜面向上运动。物体与斜面间的滑动摩擦为，若要求物体的加速度，可先做出物体的受力图（如图所示）。沿加速度方向建立坐标并写出牛顿第二定律的分量形式物体的加速度 对于物体受三个力或三个以上力的问题，采用正交分解法可以减少错误。做受力分析时要避免“丢三拉四”。四、即时加速度中学物理课本中，匀变速运动的加速度公式，实际上是平均加速度公式。只是在匀变速运动中，加速度保持恒定，才可以用此式计算它的即时加速度。但对于做变加速运动的物体，即时加速度并不一定等于平均加速度。根据牛顿第二定律计算出的加速度是即使加速度。它的大小和方向都随着合外力的即时值发生
12、相应的变化。例如，在恒定功率状态下行驶的汽车，若阻力也保持恒定，则它的加速度随速度的增大而逐渐减小。当时，加速度为零，速度达到最大值因此，提高车速的办法是：加大额定功率，减小阻力。再如图所示，电梯中有质量相同的A、B两球，用轻质弹簧相连，并用细绳系于电梯天花板上。该电梯正以大小为的加速度向上做匀减速运动（）。若突然细绳断裂。让我们来求此时两小球的瞬时加速度。做出两球受力图，并标出加速度方向（如图所示）。根据牛顿第二定律可以写出对A： 对B：注意到，并注意到悬绳与弹簧的区别：物理学中的细绳常可以看作刚性绳，它受力后形变可以忽略不计，因而取消外力后，恢复过程所用时间可以不计。而弹簧受力后会发生明显
13、的形变，外力取消后，恢复过程需要一定的时间。因此，绳的张力可以突变，而弹簧的弹力不能突变。细绳断裂后，系在A上方的一段绳立即松开，拉力立即消失。而由于弹簧弹力不能突变，张力和皆保持不变。因而，B受合外力不变，方向仍向下。而A的即时加速度，方向也向下。五、惯性参照系在第一单元中，我们提到过，运用运动学规律来讨论物体间的相对运动并计算物体的相遇时间时，参照系可以任意选择，视研究问题方便而定。运动独立性原理的应用所涉及的，就是这一类问题。但是，在研究运动与力的关系时，即涉及到运动学的问题时，参照系就不能任意选择了。下面两个例子中，我们可以看到，牛顿运动定律只能对某些特定的参照系才成立，而对于正在做加
14、速运动的参照系不再成立。如图所示，甲球从高处开始自由下落。在甲出发的同时，在地面上正对甲球有乙球正以初速做竖直上抛运动。如果我们讨论的问题是：两球何时相遇，则参照系的选择是任意的。如果选地面为参照系，甲做自由落体运动，乙做竖直上抛运动。设甲向下的位移为，乙向上的位移为，则 得 若改选甲为参照系，则乙相对于甲做匀速直线运动，相对位移为，相遇时间为，可见，两个参照系所得出的结论是一致的。如果我们分析运动和力的关系。若选地球做参照系，甲做自由落体运动，乙做竖直上抛运动，二者都仅受重力，加速度都是，而，符合牛顿第二定律。但如果选甲为参照系，则两物皆受重力而加速度为零（在这个参照系中观察不到重力加速度）
15、，显然牛顿第二定律不再成立。再如图所示，平直轨道上有列车，正以速度做匀速运动，突然它以大小为的加速度刹车。车厢内高的货架上有一光滑小球飞出并落在车厢地板上。如果我们仅研究小球的运动，计算由于刹车，小球相对于车厢水平飞行多大距离。若选地面为参照系，车厢做匀减速运动，向前位移为。小球在水平方向不受外力，做匀速运动，位移为，在竖直方向上做自由落体运动，合运动为平抛运动。与之差就是刹车过程中小球相对于车厢水平飞行的距离。 若改选小球做参照系，水平速度观察不到，车厢相对于小球做大小为，方向向车前进反方向的，初速为零的匀加速运动。直接可以写出，两种方法得出相同的结论。如果我们对小球研究运动和力的关系。选地球为参照系时，小球具有向前的初速，仅受重力，做平抛运动，加速度为，符合牛顿第二定律。若选车厢做参照系，小球在水平方向相对于车厢将附加一个加速度为，由
