为什么这道物理题的b选项是对的?因为位移图像里的斜率表示速度大小,而t1前1的斜率比2小,而到t1时已经相交,不是意味着速度也相同了吗
你知道什么是斜率么.额 你要看整体趋势的 不是只看一点判断斜率 说直白点 切线代表斜率 1在t1点的切线比2在t1点切线陡 所以1的斜率大
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用图像来描述两个物理量之间的关系是物理学中常用的方法。利用图像法分析解答问题直观、简捷。对于物理学中两个物理量之间的关系，图像除了能直接表明其变化特点，提供直观、清晰的物理图景外，图像与横轴所围的面积还可以表示第三个物理量（这个物理量一定是由图像中的两物理量的乘积所确定），如速度－时间图像与横轴所围的面积为物体在这段时间内的位移等，充分利用图像带来的信息，也是求解物理题的一种有效的方法。反过来，充分利用图像的功能来解读题设条件中的物理情景，寻找物理量之间的关系的方法，无论是在学习还是现代科研中均被广泛应用。
要运用图像正确地分析、解答物理问题，应对物理图像做到“三会”：会看、会用、会画。
（一）能由坐标系的纵轴和横轴所代表的物理量，结合图像，认识图像所表达的物理意义
（二）运动学图像“六看”──点、线、面、轴、截、斜
【例1】（2014?天津卷）质点做直线运动的速度―时间图像如图1所示，该质点
A．在第1秒末速度方向发生了改变
B．在第2秒末加速度方向发生了改变
C．在前2秒内发生的位移为零
D．第3秒末和第5秒的位置相同
【解析】根据图像表示的物理意义可知，图线与时间轴围成的面积表示物体的位移，斜率表示加速度；根据图像可知1s末质点的速度方向没有变化，加速度的方向发生了变化，A项错误；第2s末质点的加速度没有变化，速度方向发生了变化，B项错误；前2s内质点的位移为正，C项错误；3～5s内图像与时间轴围城的面积绝对值为零，这段时间内质点的位移为零，所以第3s末和第5s末质点在同一位置，D项正确。
【例2】（2014?广东卷）图2是物体做直线运动的v-t图像，由图可知，该物体
A．第1s内和第3s内的运动方向相反
B．第3s内和第4s内的加速度相同
C．第1s内和第4s内的位移大小不相等
D．0~2s和0~4s内的平均速度大小相等
【解析】第1s内速度和第3s内速度都为正值，都与规定正方向相同，所以A错误；v-t图像的斜率代表物体运动加速度，其中斜率的数值大小表物理加速度大小，斜率的正负代表加速度的方向，第3s内和第4s内图像的斜率相同，所以第3s内加速度和第4s内加速度相同，所以B正确；物体的位移大小等于v-t图像的图线与坐标轴围成的面积大小，所以C错误；物体的平均速度，位移是矢量，0-2s和0-4s的位移相同，时间不同，所以它们的平均速度不相同，所以D错误。
【例3】（2014?大纲卷）―质点沿x轴做直线运动，其v-t图像如图3所示。质点在t＝0时位于x＝5m处，开始沿x轴正向运动。当t＝8s时，质点在x轴上的位置为（&&& ）
A．x＝3m&&&& B．x＝8m&&& C．x＝9m& &&D．x＝14m
【解析】根据图像表示的物理意义可知，图线与时间轴围城的面积表示物体的位移，面积在时间轴之上，表示位移为正，反之表示位移为负。由图像可知8秒内质点的位移为：，又因为初始时刻质点的位置为x＝5m处，所以8秒末质点在8m处，B项正确。
【例4】（2014?全国II卷）甲乙两汽车在一平直公路上同向行驶。在t=0到t=t1的时间内，它们的v-t图像如图4所示。在这段时间内
A．汽车甲的平均速度比乙大
B．汽车乙的平均速度等于
C．甲乙两汽车的位移相同
D．汽车甲的加速度大小逐渐减小，汽车乙的加速度大小逐渐增大
【解析】根据v-t图像的知识，图像与时间轴所围的面积表示位移，图像的斜率表示加速度可知C、D均错。因为两车均是变加速运动，平均速度不能用计算，故B错；根据平均速度的定义式结合图像可知A对。
【例5】（2014?山东卷）一质点在外力作用下做直线运动，其速度v随时间t变化的图像如图5所示。在图中所标注的时刻中，质点所受合外力的方向与速度方向相同的有&& （&&& ）
A．&&&&&& B．&&&&&&& C．&&&&&&& D．
【解析】当物体做加速运动时，加速度的方向和速度方向相同，合外力的方向与加速度的方向相同，图中t1和t3时刻质点所受合外力的方向与速度方向相同，正确选项AC。
【答案】AC
【例6】（2014?福建卷）如图6所示，滑块以初速度v0沿表面粗糙且足够长的固定斜面，从顶端下滑，直至速度为零。对于该运动过程，若用h、s、v、a分别表示滑块的下降高度、位移、速度和加速度的大小，t表示时间，则下列图像最能正确描述这一运动规律的是（& &）
【解析】滑块沿斜面做匀减速直线运动，速度随时间均匀减小，加速度恒定，C、D项错误；位移时间图像中斜率代表速度，A项中斜率表示竖直方向的分速度在增加，A项错误，B项斜率表示合速度在减小，B项正确。
【例7】（2014?江苏卷）一汽车从静止开始做匀加速直线运动，然后刹车做匀减速直线运动，直到停止。下列速度v和位移x的关系图像中，能描述该过程的是
【解析】匀加时根据速度位移关系变形可得，匀减时变形为，根据指数函数图像特点可知，A项正确。
【例8】（2014?重庆卷）以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时，一个物体所受空气阻力可忽略，另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比。下列用虚线和实线描述两物体运动的v-t图像可能正确的是
【解析】竖直上抛运动不受空气阻力，做向上匀减速直线运动至最高点再向下自由落体运动，v-t图像是倾斜向下的直线，四个选项（虚线）均正确表示；有阻力Ff=kv的上抛运动，上升时：，随着v减小，加速度减小，对应的v-t图线的斜率减小，A错误；下落时：，随着v增大，加速度减小，故在最高点时v=0，a=g，对应的v-t图线与轴的交点，其斜率应该等于g，即过交点的切线应该与竖直上抛运动的直线（虚线）平行，选项D正确。
【例9】（2014?四川卷）如图9所示，水平传送带以速度v1匀速运动。小物体P，Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连。t=0时刻P在传送带左端具有速度v2，P与定滑轮间的绳水平。t=t0时刻P离开传送带。不计定滑轮质量和摩擦。绳足够长。正确描述小物体P速度随时间变化的图像可能是
【解析】由题可知物体P有如下几种情况：当时，第一种情况，最大静摩擦力时，以加速度向右减速滑离，或以加速度先向右减速到0再向左加速从左端滑离，无符合的选项；第二种情况，最大静摩擦力时，以向右加速滑离，或以加速到，再受静摩擦力以匀速向右滑离，B选项符合；当时，第一种情况，P以加速度向右减速滑离，无符合的选项；第二种情况，P先以加速度减速到，若最大静摩擦力，则P受静摩擦力继续以匀速向右滑离，无符合的选项；第三种情况，P先以加速度减速到，若最大静摩擦力，则P将继续以加速度向右减速滑离，如果速度减为0时还未滑离，则P将继续以加速度反向向左做加速运动，直到滑离，，故A、D错误，C选项符合。
【答案】BC
【例10】（2014?上海卷）静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升，在某一高度撤去恒力。不计空气阻力，在整个上升过程中，物体机械能随时间变化关系是
【解析】物体受拉力加速上升时，拉力做正功，物体的机械能增大，又因为拉力做功为：，与时间成二次函数关系，AB项错误；撤去拉力后，物体只受重力作用，所以机械能守恒，D项错误，C项正确。
【例11】（2014?海南卷）如图7（a）所示，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的v-t图线如图10（b）所示，设a、b两点的电势分别为、，场强大小分别为、，粒子在a、b两点的电势能分别为、，不计重力，则有
A．＞&&&& B．＞&&& C．＜&&&& D．＞
【解析】 由v-t 图像的斜率渐小可知由a到b的过程中，粒子的加速度渐小，所以场强渐小，＞；根据动能定理，速度增大，可知势能减小，＞，可得选项BD正确。
【答案】BD
【例12】（2014?山东卷）如图8所示，半径为R的均匀带正电薄球壳，其上有一小孔A。已知壳内的场强处处为0；壳外空间的电场与将球壳上的全部电荷集中于球心O时在壳外产生的电场一样。一带正电的试探电荷（不计重力）从球心以初动能EK0沿OA方向射出。下列关于试探电荷的动能EK与电荷离开球心的距离r的关系图线，可能正确的是&& （&&& ）
【解析】壳内场强处处为零，试探电荷在壳内运动时动能不变，排除C、D选项；假设试探电荷在匀强电场中由静止开始运动，由动能定理可得，，则，Ek图像的斜率数值上等于电场力的大小，距离球壳越远试探电荷所受电场力越小，图像的斜率越小，选项A正确、B错误。
【例13】（2014?安徽卷）一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动。取该直线为x轴，起始点O为坐标原点，其电势能EP与位移x的关系如图9所示。下列图像中合理的是
【解析】由电场力做功与电势能的关系：，可知EP-x图线的斜率表示静电力F的大小，可见静电力F逐渐减小，而F=qE，故不是匀强电场，A错误；根据牛顿第二定律粒子做加速度减小的加速运动C错误，D正确；根据能量守恒，比较图线B错误。正确选项D。
【例14】（2014?上海卷）静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图10所示，x轴正向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷
A．在x2和x4处电势能相等
B．由x1运动到x3的过程中电势能增大
C．由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小
D．由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大
【解析】由图像可知，将正电荷沿x轴正向移动，电场力沿x轴负方向，从x2移动到x4的过程电场力做功不为零，两点电势能不相等，A项错误；从x1移动到x3的过程电场力沿x轴负方向，电场力做负功，电势能增大，B项正确；从x1到x4的过程场强先增大，后减小，所以电场力先增大后减小，C向正确；D项错误。
【答案】BC
①根据图像写出两个物理量之间的函数关系式，对照题目的有关的物理规律，阐述有关的物理问题。
②根据物理原理（公式）推导出两个物理量之间的函数关系，结合图像明确图像斜率、截距、“面积”的意义，从而由图像所给信息求出未知量。
【例15】（2014?上海卷）如图11所示，竖直平面内的轨道I和II都由两段细直杆连接而成，两轨道长度相等。用相同的水平恒力将穿在轨道最低点B的静止小球，分别沿I和II推至最高点A，所需时间分别为t1、t2；动能增量分别为△Ek1、△Ek2,假定球在经过轨道转折点前后速度大小不变，且球与I、II轨道间的动摩擦因数相等，则
（A）△Ek1△Ek2&& t1t2&&&&& （B） △Ek1=△Ek2 t1t2&
&（C）△Ek1△Ek2 &t1t2&&&&& （D）△Ek1=△Ek2& t1t2
【解析】小球从最低点到最高点受到摩擦力做功：Wf＝μmgcosα×L＝μmgx水平与斜面倾角无关；水平拉力为恒力，水平位移相同，所以拉力做功相等，根据动能定理可知，两球到达A点时的速度相同，动能相等，AC项错误；将小球的运动看作直线运动，画出其速率随时间变化的图像如图12所示，可知，沿II轨道运动的小球先到达，B项正确。
【例16】（2014?浙江卷）如图13所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起，棒上有如图所示的持续交流电流I，周期为T，最大值为Im，图中I所示方向为电流正方向。则金属棒
A．一直向右移动
B．速度随时间周期性变化
C．受到的安培力随时间周期性变化
D．受到的安培力在一个周期内做正功
【解析】由图像得棒的运动是先加速再减速，再加速再减速，一直向右运动，选项A对；一个周期内，棒先匀加速再匀减速运动，选项B对；由F=BIL，安培力随时间做周期性的变化，选项C对；受到的安培力在一个周期内先做正功后做负功，选项D错。
【答案】ABC
【例17】（2014?全国卷II卷）2012年10月，奥地利极限运动员菲利克斯?鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5km高度处，打开降落伞并成功落地，打破了跳伞运动的多项世界纪录，取重力加速度的大小
（1）忽略空气阻力，求该运动员从静止开始下落到1.5km高度处所需要的时间及其在此处速度的大小
（2）实际上物体在空气中运动时会受到空气阻力，高速运动受阻力大小可近似表示为，其中为速率，k为阻力系数，其数值与物体的形状，横截面积及空气密度有关，已知该运动员在某段时间内高速下落的图像如图14所示，着陆过程中，运动员和所携装备的总质量，试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数（结果保留1位有效数字）
【解析】（1）设运动员从开始自由下落至1.5km高度处的时间为t ，下落距离为h，在1.5km高度处的速度大小为v，由运动学公式有：，，且。联立解得：t=87s ，v=8.7×102m/s。
（2）运动员在达到最大速度vm时，加速度为零，由牛顿第二定律有：，由题图可读出，代入得：k=0.008kg/m
【答案】（1）87s&&& 8.7×102m/s&& （2）0.008kg/m
【例18】（2014?山东卷）研究表明，一般人的刹车反应时间（即图15甲中的刹车反应过程所用时间），t0=0.4s，但饮酒会引起反应时间延长。在某次试验中，志愿者少量饮酒后驾车以v0=72km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶。从发现情况到汽车停止，行驶距离为L=39m，减速过程中汽车位移x和速度v的关系曲线如图15所示，此过程可以视为匀变速直线运动。取重力加速度g=10m/s2，求：
（1）减速过程中的加速的大小和所用时间
（2）饮酒使试验者的反应时间延长了多少？
（3）减速过程中汽车对志愿者作用力的大小与志愿者重力大小的比值。
【解析】（1）设减速过程汽车加速度的大小为a，所用时间为t，由题可得初速度v0=20m/s，末速度vt=0，位移s=25m，由运动学公式得：，。代入数据得：&& ，t=2.5s ；
（2）设志愿者反应时间为，反应时间的增量为，由运动学公式得，，代入数据得
（3）设志愿者所受合外力的大小为F，汽车对志愿者作用力的大小为F0，志愿者质量为m，由牛顿第二定律得F=ma，平行四边形定则得：，代入数据得：。
【答案】（1）； t=2.5s （2）& （3）
【例19】（2014?安徽卷）在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物块B。物块与左右两边槽壁的距离如图16所示，L为1.0m。凹槽与物块的质量均为m，两者之间的动摩擦因数μ为0.5。开始时物块静止，凹槽以初速度向右运动，设物块与凹槽壁碰撞过程中没有能量损失，且碰撞时间不计。g取10m/s2。求：
（1）物块与凹槽相对静止时的共同速度；
（2）从凹槽开始运动到两者相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数；
（3）从凹槽开始运动到两者相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小。
【解析】（1）设两者间相对静止时的速度为v，由动量守恒定律得
（2）物块与凹槽间的滑动摩擦力& 设两者间相对静止时的路程为s1，由动能定理得。已知L=1m，可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞。
（3）设凹槽与物块碰前的速度分别为v1、v2，碰后的速度分别为、。有得&&
即每碰撞一次凹槽与物块发生一次速度交换，在同一坐标系上两者的速度图线如图20所示，根据碰撞次数可分为13段，凹槽、物块的v-t图像在两条连续的匀变速运动图线间转换，故可用匀变速直线运动规律求时间。则
凹槽的v-t图像所包围的阴影面积即为凹槽的位移大小s2。（等腰三角形面积共分13份，第一份面积为0.5L。其余每份面积均为L。）
根据题中所给条件，明确物体的运动特点及物理量之间存在的数学函数关系，画图时需根据物体在不同阶段的运动情况，通过定量计算分阶段、分区间逐一描图
【例20】（2014?全国I卷）如图18（a），线圈ab、cd绕在同一软铁芯上。在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图21（b）所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是&&& （&&& ）
【解析】根据法拉第电磁感应定律，cd线圈中的电压，由于磁场是线圈ab中的感应电流产生的，所以，综上所述，即电压大小与线圈中电流的变化率成正比。由图（b）可判断出0～0.5s和0.5～1.5s电流的变化率大小相等、方向相反，即i―t图像斜率大小相等、方向相反，只能是图像C正确。
【例21】（2014?安徽卷）如图19所示，匀强磁场的磁感应强度B为0.5T，其方向垂直于倾角θ为300的斜面向上。绝缘斜面上固定有“Λ”形状的光滑金属导轨MPN（电阻忽略不计），MP和NP长度均为2.5m。MN连线水平，长为3m。以MN的中点O为原点、OP为x轴建立一坐标系Ox。一根粗细均匀的金属杆CD，长度d为3m，质量m为1kg，电阻R为0.3Ω，在拉力F的作用下，从MN处以恒定的速度v=1m/s在导轨上沿x轴正向运动（金属杆与导轨接触良好）。g取10m/s2。
（1）求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x=0.8m电势差UCD；
（2）推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式，并在图20中画出F-x关系图像；
（4）求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热。
【解析】（1）金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势& （D点电势高）。当x=0.8m时，金属杆在导轨间的电势差为零。设此时杆在导轨外的长度为，则。由楞次定律判断D点电势高，故CD两端电势差
（2）杆在导轨间的长度l与位置x关系是&
对应的电阻Rl为：&&&& 电流&
杆受安培力F安为：
根据平衡条件得：，
画出的F-x图像如图21所示。
（5）外力F所做的功WF等于F-x图线下所围成的面积，即，而杆的重力势能增加量。故全过程产生的焦耳热
【答案】（1）1.5V；－0.6V& （2）；见解析图所示（3）7.5J习题课 速度位移关系_百度文库
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你可能喜欢A．气体从外界吸收热量，内能增加B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大D．气体的密度不变（2）在上述过程中，气体对外做功为5J，内能增加9J，则气体（选“吸收”或“放出”）热量J．（3）在状态D，该气体的密度为ρ，体积为2V0，则状态D的温度为多少？该气体的分子数为多少？B．（选修模块3-4）（1）下列说法中正确的是A．X射线穿透物质的本领比γ射线更强B．在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调谐C．根据宇宙大爆炸学说，遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线D．爱因斯坦狭义相对论指出：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的（2）如图所示，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=30°，棱镜材料的折射率n=．在此截面所在的平面内，空气中的一条光线平行于底边AB从AC边上的M点射入棱镜，经折射射到AB边．光线从AC边进入棱镜时的折射角为，试判断光线能否从AB边射出，（填“能”或“不能”）．（3）一列简谐横波由P点向Q点沿直线传播，P、Q两点相距1m．甲、乙分别为P、Q两质点的振动图象，如图所示，如果波长λ＞1m，则波的传播速度为多少？C．（选修模块3-5）（1）一个质子以1.0×107m/s的速度撞入一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝核的质量是质子的27倍，硅核的质量是质子的28倍，则下列判断中正确的是．A．核反应方程为1327Al+11H→1428SiB．核反应方程为1327Al+01n→1428SiC．硅原子核速度的数量级为107m/s，方向跟质子的初速度方向一致D．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向跟质子的初速度方向一致（2）目前，日本的“核危机”引起了全世界的瞩目，核辐射放出的三种射线超过了一定的剂量会对人体产生伤害．三种射线穿透物质的本领由弱到强的排列是A．α射线，β射线，γ射线B．β射线，α射线，γ射线C．γ射线，α射线，β射线D．γ射线，β射线，α射线（3）太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核（11H）结合成1个氦核（24He），同时释放出正电子（10e）．已知氢核的质量为mP，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c．计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能．
第二部分 &牛顿运动定律第一讲 牛顿三定律一、牛顿第一定律1、定律。惯性的量度2、观念意义，突破“初态困惑”二、牛顿第二定律1、定律2、理解要点a、矢量性b、独立作用性：ΣF&→&a&，ΣFx&→&ax&…c、瞬时性。合力可突变，故加速度可突变（与之对比：速度和位移不可突变）；牛顿第二定律展示了加速度的决定式（加速度的定义式仅仅展示了加速度的“测量手段”）。3、适用条件a、宏观、低速b、惯性系对于非惯性系的定律修正——引入惯性力、参与受力分析三、牛顿第三定律1、定律2、理解要点a、同性质（但不同物体）b、等时效（同增同减）c、无条件（与运动状态、空间选择无关）第二讲 牛顿定律的应用一、牛顿第一、第二定律的应用单独应用牛顿第一定律的物理问题比较少，一般是需要用其解决物理问题中的某一个环节。应用要点：合力为零时，物体靠惯性维持原有运动状态；只有物体有加速度时才需要合力。有质量的物体才有惯性。a可以突变而v、s不可突变。1、如图1所示，在马达的驱动下，皮带运输机上方的皮带以恒定的速度向右运动。现将一工件（大小不计）在皮带左端A点轻轻放下，则在此后的过程中（& & &&）A、一段时间内，工件将在滑动摩擦力作用下，对地做加速运动B、当工件的速度等于v时，它与皮带之间的摩擦力变为静摩擦力C、当工件相对皮带静止时，它位于皮带上A点右侧的某一点D、工件在皮带上有可能不存在与皮带相对静止的状态解说：B选项需要用到牛顿第一定律，A、C、D选项用到牛顿第二定律。较难突破的是A选项，在为什么不会“立即跟上皮带”的问题上，建议使用反证法（t&→&0&，a&→&∞&，则ΣFx&→&∞&，必然会出现“供不应求”的局面）和比较法（为什么人跳上速度不大的物体可以不发生相对滑动？因为人是可以形变、重心可以调节的特殊“物体”）此外，本题的D选项还要用到匀变速运动规律。用匀变速运动规律和牛顿第二定律不难得出只有当L&＞&时（其中μ为工件与皮带之间的动摩擦因素），才有相对静止的过程，否则没有。答案：A、D思考：令L = 10m ，v = 2 m/s ，μ= 0.2 ，g取10 m/s2&，试求工件到达皮带右端的时间t（过程略，答案为5.5s）进阶练习：在上面“思考”题中，将工件给予一水平向右的初速v0&，其它条件不变，再求t（学生分以下三组进行）——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、质量均为m的两只钩码A和B，用轻弹簧和轻绳连接，然后挂在天花板上，如图2所示。试问：① 如果在P处剪断细绳，在剪断瞬时，B的加速度是多少？② 如果在Q处剪断弹簧，在剪断瞬时，B的加速度又是多少？解说：第①问是常规处理。由于“弹簧不会立即发生形变”，故剪断瞬间弹簧弹力维持原值，所以此时B钩码的加速度为零（A的加速度则为2g）。第②问需要我们反省这样一个问题：“弹簧不会立即发生形变”的原因是什么？是A、B两物的惯性，且速度v和位移s不能突变。但在Q点剪断弹簧时，弹簧却是没有惯性的（没有质量），遵从理想模型的条件，弹簧应在一瞬间恢复原长！即弹簧弹力突变为零。答案：0 ；g 。二、牛顿第二定律的应用应用要点：受力较少时，直接应用牛顿第二定律的“矢量性”解题。受力比较多时，结合正交分解与“独立作用性”解题。在难度方面，“瞬时性”问题相对较大。1、滑块在固定、光滑、倾角为θ的斜面上下滑，试求其加速度。解说：受力分析 →&根据“矢量性”定合力方向&→&牛顿第二定律应用答案：gsinθ。思考：如果斜面解除固定，上表仍光滑，倾角仍为θ，要求滑块与斜面相对静止，斜面应具备一个多大的水平加速度？（解题思路完全相同，研究对象仍为滑块。但在第二环节上应注意区别。答：gtgθ。）进阶练习1：在一向右运动的车厢中，用细绳悬挂的小球呈现如图3所示的稳定状态，试求车厢的加速度。（和“思考”题同理，答：gtgθ。）进阶练习2、如图4所示，小车在倾角为α的斜面上匀加速运动，车厢顶用细绳悬挂一小球，发现悬绳与竖直方向形成一个稳定的夹角β。试求小车的加速度。解：继续贯彻“矢量性”的应用，但数学处理复杂了一些（正弦定理解三角形）。分析小球受力后，根据“矢量性”我们可以做如图5所示的平行四边形，并找到相应的夹角。设张力T与斜面方向的夹角为θ，则θ=（90°+ α）- β= 90°-（β-α） & & & & & & & & （1）对灰色三角形用正弦定理，有&=&& & & & & & & & & & & & & & & & & & & &（2）解（1）（2）两式得：ΣF =&最后运用牛顿第二定律即可求小球加速度（即小车加速度）答：&。2、如图6所示，光滑斜面倾角为θ，在水平地面上加速运动。斜面上用一条与斜面平行的细绳系一质量为m的小球，当斜面加速度为a时（a＜ctgθ），小球能够保持相对斜面静止。试求此时绳子的张力T 。解说：当力的个数较多，不能直接用平行四边形寻求合力时，宜用正交分解处理受力，在对应牛顿第二定律的“独立作用性”列方程。正交坐标的选择，视解题方便程度而定。解法一：先介绍一般的思路。沿加速度a方向建x轴，与a垂直的方向上建y轴，如图7所示（N为斜面支持力）。于是可得两方程ΣFx&= ma&，即Tx&－&Nx&= maΣFy&= 0&，&即Ty&+ Ny&= mg代入方位角θ，以上两式成为T cosθ－N sinθ = ma & & & & & & & & & && &（1）T sinθ + Ncosθ = mg& & & & & & & & & & & &（2）这是一个关于T和N的方程组，解（1）（2）两式得：T = mgsinθ&+ ma&cosθ解法二：下面尝试一下能否独立地解张力T 。将正交分解的坐标选择为：x——斜面方向，y——和斜面垂直的方向。这时，在分解受力时，只分解重力G就行了，但值得注意，加速度a不在任何一个坐标轴上，是需要分解的。矢量分解后，如图8所示。根据独立作用性原理，ΣFx&= max即：T&－&Gx&= max即：T&－&mg&sinθ&= m acosθ显然，独立解T值是成功的。结果与解法一相同。答案：mgsinθ&+ ma&cosθ思考：当a＞ctgθ时，张力T的结果会变化吗？（从支持力的结果N&= mgcosθ－ma sinθ看小球脱离斜面的条件，求脱离斜面后，θ条件已没有意义。答：T = m&。）学生活动：用正交分解法解本节第2题“进阶练习2”进阶练习：如图9所示，自动扶梯与地面的夹角为30°，但扶梯的台阶是水平的。当扶梯以a = 4m/s2的加速度向上运动时，站在扶梯上质量为60kg的人相对扶梯静止。重力加速度g = 10 m/s2，试求扶梯对人的静摩擦力f 。解：这是一个展示独立作用性原理的经典例题，建议学生选择两种坐标（一种是沿a方向和垂直a方向，另一种是水平和竖直方向），对比解题过程，进而充分领会用牛顿第二定律解题的灵活性。答：208N 。3、如图10所示，甲图系着小球的是两根轻绳，乙图系着小球的是一根轻弹簧和轻绳，方位角θ已知。现将它们的水平绳剪断，试求：在剪断瞬间，两种情形下小球的瞬时加速度。解说：第一步，阐明绳子弹力和弹簧弹力的区别。（学生活动）思考：用竖直的绳和弹簧悬吊小球，并用竖直向下的力拉住小球静止，然后同时释放，会有什么现象？原因是什么？结论——绳子的弹力可以突变而弹簧的弹力不能突变（胡克定律）。第二步，在本例中，突破“绳子的拉力如何瞬时调节”这一难点（从即将开始的运动来反推）。知识点，牛顿第二定律的瞬时性。答案：a甲&= gsinθ ；a乙&= gtgθ 。应用：如图11所示，吊篮P挂在天花板上，与吊篮质量相等的物体Q被固定在吊篮中的轻弹簧托住，当悬挂吊篮的细绳被烧断瞬间，P、Q的加速度分别是多少？解：略。答：2g ；0 。三、牛顿第二、第三定律的应用要点：在动力学问题中，如果遇到几个研究对象时，就会面临如何处理对象之间的力和对象与外界之间的力问题，这时有必要引进“系统”、“内力”和“外力”等概念，并适时地运用牛顿第三定律。在方法的选择方面，则有“隔离法”和“整体法”。前者是根本，后者有局限，也有难度，但常常使解题过程简化，使过程的物理意义更加明晰。对N个对象，有N个隔离方程和一个（可能的）整体方程，这（N + 1）个方程中必有一个是通解方程，如何取舍，视解题方便程度而定。补充：当多个对象不具有共同的加速度时，一般来讲，整体法不可用，但也有一种特殊的“整体方程”，可以不受这个局限（可以介绍推导过程）——Σ= m1&+ m2&+ m3&+ … + mn其中Σ只能是系统外力的矢量和，等式右边也是矢量相加。1、如图12所示，光滑水平面上放着一个长为L的均质直棒，现给棒一个沿棒方向的、大小为F的水平恒力作用，则棒中各部位的张力T随图中x的关系怎样？解说：截取隔离对象，列整体方程和隔离方程（隔离右段较好）。答案：N =&x 。思考：如果水平面粗糙，结论又如何？解：分两种情况，（1）能拉动；（2）不能拉动。第（1）情况的计算和原题基本相同，只是多了一个摩擦力的处理，结论的化简也麻烦一些。第（2）情况可设棒的总质量为M ，和水平面的摩擦因素为μ，而F = μMg ，其中l＜L ，则x＜(L-l)的右段没有张力，x＞(L-l)的左端才有张力。答：若棒仍能被拉动，结论不变。若棒不能被拉动，且F = μMg时（μ为棒与平面的摩擦因素，l为小于L的某一值，M为棒的总质量），当x＜(L-l)，N≡0 ；当x＞(L-l)，N =&〔x -〈L-l〉〕。应用：如图13所示，在倾角为θ的固定斜面上，叠放着两个长方体滑块，它们的质量分别为m1和m2&，它们之间的摩擦因素、和斜面的摩擦因素分别为μ1和μ2&，系统释放后能够一起加速下滑，则它们之间的摩擦力大小为：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）如果两滑块不是下滑，而是以初速度v0一起上冲，以上结论会变吗？（2）如果斜面光滑，两滑块之间有没有摩擦力？（3）如果将下面的滑块换成如图14所示的盒子，上面的滑块换成小球，它们以初速度v0一起上冲，球应对盒子的哪一侧内壁有压力？解：略。答：（1）不会；（2）没有；（3）若斜面光滑，对两内壁均无压力，若斜面粗糙，对斜面上方的内壁有压力。2、如图15所示，三个物体质量分别为m1&、m2和m3&，带滑轮的物体放在光滑水平面上，滑轮和所有接触面的摩擦均不计，绳子的质量也不计，为使三个物体无相对滑动，水平推力F应为多少？解说：此题对象虽然有三个，但难度不大。隔离m2&，竖直方向有一个平衡方程；隔离m1&，水平方向有一个动力学方程；整体有一个动力学方程。就足以解题了。答案：F =&&。思考：若将质量为m3物体右边挖成凹形，让m2可以自由摆动（而不与m3相碰），如图16所示，其它条件不变。是否可以选择一个恰当的F′，使三者无相对运动？如果没有，说明理由；如果有，求出这个F′的值。解：此时，m2的隔离方程将较为复杂。设绳子张力为T ，m2的受力情况如图，隔离方程为：&= m2a隔离m1&，仍有：T = m1a解以上两式，可得：a =&g最后用整体法解F即可。答：当m1&≤ m2时，没有适应题意的F′；当m1&＞ m2时，适应题意的F′=&&。3、一根质量为M的木棒，上端用细绳系在天花板上，棒上有一质量为m的猫，如图17所示。现将系木棒的绳子剪断，同时猫相对棒往上爬，但要求猫对地的高度不变，则棒的加速度将是多少？解说：法一，隔离法。需要设出猫爪抓棒的力f ，然后列猫的平衡方程和棒的动力学方程，解方程组即可。法二，“新整体法”。据Σ= m1&+ m2&+ m3&+ … + mn&，猫和棒的系统外力只有两者的重力，竖直向下，而猫的加速度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、特殊的连接体当系统中各个体的加速度不相等时，经典的整体法不可用。如果各个体的加速度不在一条直线上，“新整体法”也将有一定的困难（矢量求和不易）。此时，我们回到隔离法，且要更加注意找各参量之间的联系。解题思想：抓某个方向上加速度关系。方法：“微元法”先看位移关系，再推加速度关系。、1、如图18所示，一质量为M 、倾角为θ的光滑斜面，放置在光滑的水平面上，另一个质量为m的滑块从斜面顶端释放，试求斜面的加速度。解说：本题涉及两个物体，它们的加速度关系复杂，但在垂直斜面方向上，大小是相等的。对两者列隔离方程时，务必在这个方向上进行突破。（学生活动）定型判断斜面的运动情况、滑块的运动情况。位移矢量示意图如图19所示。根据运动学规律，加速度矢量a1和a2也具有这样的关系。（学生活动）这两个加速度矢量有什么关系？沿斜面方向、垂直斜面方向建x 、y坐标，可得：a1y&= a2y& & & & & & &①且：a1y&= a2sinθ & & ②隔离滑块和斜面，受力图如图20所示。对滑块，列y方向隔离方程，有：mgcosθ- N = ma1y& & &③对斜面，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&=&&。（学生活动）思考：如何求a1的值？解：a1y已可以通过解上面的方程组求出；a1x只要看滑块的受力图，列x方向的隔离方程即可，显然有mgsinθ= ma1x&，得:a1x&= gsinθ 。最后据a1&=&求a1&。答：a1&=&&。2、如图21所示，与水平面成θ角的AB棒上有一滑套C ，可以无摩擦地在棒上滑动，开始时与棒的A端相距b ，相对棒静止。当棒保持倾角θ不变地沿水平面匀加速运动，加速度为a（且a＞gtgθ）时，求滑套C从棒的A端滑出所经历的时间。解说：这是一个比较特殊的“连接体问题”，寻求运动学参量的关系似乎比动力学分析更加重要。动力学方面，只需要隔离滑套C就行了。（学生活动）思考：为什么题意要求a＞gtgθ？（联系本讲第二节第1题之“思考题”）定性绘出符合题意的运动过程图，如图22所示：S表示棒的位移，S1表示滑套的位移。沿棒与垂直棒建直角坐标后，S1x表示S1在x方向上的分量。不难看出：S1x&+ b = S cosθ & & & & & & & & & ①设全程时间为t ，则有：S =&at2& & & & & & & & & & & & & ②S1x&=&a1xt2& & & & & & & & & & & & ③而隔离滑套，受力图如图23所示，显然：mgsinθ= ma1x& & & & & & & & & & & &④解①②③④式即可。答案：t =&另解：如果引进动力学在非惯性系中的修正式 Σ+&*&= m&（注：*为惯性力），此题极简单。过程如下——以棒为参照，隔离滑套，分析受力，如图24所示。注意，滑套相对棒的加速度a相是沿棒向上的，故动力学方程为：F*cosθ- mgsinθ= ma相& & & & & & （1）其中F*&= ma & & & & & & & & & & &（2）而且，以棒为参照，滑套的相对位移S相就是b ，即：b = S相&=&a相&t2& & & & & & & & &（3）解（1）（2）（3）式就可以了。第二讲 配套例题选讲教材范本：龚霞玲主编《奥林匹克物理思维训练教材》，知识出版社，2002年8月第一版。例题选讲针对“教材”第三章的部分例题和习题。
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