高三下册物理 力和运动(一) 逐字稿-3,880字
师:同学们好,今天我们一起来上一节高三物理的二轮复习课,主题是力和运动,这是第一课时。首先,请同学们默读问题。
传送带的倾角是37度,动摩擦因数为0.5。当传送带静止时,将物体静止放到A点,物体所受到的最大静摩擦力为μMGcos37度,显然小于Mgsin37度,那么物体将沿传送带向下滑。这个情况很简单,我们用牛顿第二定律可以求出物体沿传送带下滑的加速度,再用运动学规律就能得到物体从A到B端所用的时间。
第二个问题,如果传送带以10米每秒的速度向上转动,对于A物体来说会有什么不同吗?这里涉及一个基本概念,决定物体运动的是物体所受的合外力和它的初始运动状态。所以尽管这两个小问中传送带的运动情况不一样,但是对A来说,它所受到的外力情况不变,初速度也都是0,因此运动情况和第一问完全一样。
第三问,若传送带以10米每秒的速度向下运动,它和第二问的不同在于滑动摩擦力的方向不一样。同样根据牛顿运动定律,滑块的加速度方向也不一样。10米每二次方秒的加速度,显然物体1秒钟能够达到和传送带同样的速度。在达到同样速度之后,物体相对于传送带又变成有向下的运动或运动趋势,此时物体所受摩擦力向上。同样根据刚才的判断,Mgsinθ大于μMGcosθ,物体还是在传送带上向下加速。根据牛顿运动定律可求得后一阶段的加速度,并根据运动学规律得到第二阶段的时间和总的时间。
在这个问题中,我们回顾一下解题过程,有几点值得我们吸取。一、物体的运动情况由什么决定?二、做受力分析的时候,滑动摩擦力的方向如何判断?如果接触面间相对速度为0,那么它们到底是静摩擦还是滑动摩擦?如何判断?接下来我们看下面的问题。
先敲击A,A在B上向右运动,这个时候B运动吗?怎么判断B受到地面的静摩擦力,且这个最大静摩擦力有多大?μ = 2m,显然大于A对B的摩擦力,也就是说,先敲击A,A在B上向右运动的时候,B是不动的。那么问题就简单了,对A受力分析,用牛顿定律求得加速度,用运动规律求得初速度。
第二步,A在B上停下来以后再敲击B,接下来A和B各做什么运动?首先,在敲击B的时候,A运动吗?当然运动,因为对A来说,B向前运动,A会受到一个向前的摩擦力作用,A在这个摩擦力作用下向前运动。A、B是一起走吗?当然不是,B一被敲击就获得了一个向右的速度,而A是从静止开始,在摩擦力的作用下加速。
因此第二问在左边缘再次对齐前,其实A和B是以不同的速度在向右运动。我们对B做受力分析,B受到自身重力、A的压力、地面支持力和上下表面两个摩擦力,这两个摩擦力都是滑动摩擦力,也就是说这两个摩擦力的大小根据题目条件都是确定的。那么我们用牛顿第二定律就很容易得到对齐前B的加速度是3。对齐后呢,题目明确告诉我们,此后两者一起运动至停下,这时A和B之间的摩擦力不再是滑动摩擦力,具体大小不知道了。但是A、B是一起运动,那么我们可以对A、B的整体进行分析,用牛顿定律求得对齐后共同的加速度是μg。
第三个问题,求B被敲击后获得的速度大小。刚才我们只是对它的运动情况做了定性分析,求得加速度,现在要定量地求速度,就得把整个运动过程再现一遍。一开始A、B都相对静止在桌面上,A被敲击向前运动了L,这个过程B是不动的。接下来敲击B,A从静止开始运动,B有一个初速度VB,运动到两个物体再次左端对齐的时候,速度达到相同,A加速运动了XA,B减速运动了XB,然后再一起向前运动。
我们看到这道题目求VB,已知条件和分析重点都集中在这一阶段,并且我们知道XB - XA = L。那么我们把这一过程用数学表达式表达出来,就得到一些式子。假设经过时间TAB达到共同速度,位移分别是XA、XB,加速度我们是可以求到的。也就是说在这五个式子里面,实际上v是未知量,t是未知量,XA、XB是未知量,还有VB是未知量。5个方程,5个未知量是可以求得结果的。当然我们也可以用比较形象简洁的办法来处理,对这个过程我们在同一张v - t图上画出A和B的运动曲线,B从初速度VB减速,向下减速,A初速度为0加速,两者包围的面积是L,这两条线的斜率我们是知道的,根据面积是L,从相关数学知识就可以很容易地得到VB表达式。
这道题是江苏高考的原题。解完后仔细看这道题,我们发现有两个条件,根据其余条件是可以分析得出的,也就是说在原题上,实际上为了控制试卷难度,把一些分析结论给我们了。我们重点看一下第三个问题,刚才我们直接用了“此后两者一起运动至停下”,就取A、B的整体为研究对象往下做。但是A、B相对静止以后一定一起运动吗?这个一起运动是偶然条件还是题目数据的必然结果?我们可以分析一下。
A、B达到共同速度的瞬间,A和B之间变成静摩擦,它的最大静摩擦力是μmg,也就是说能允许A和B共同运动,A的最大加速度就是μg。如果B的运动加速度比μg大,那么A是没有办法被摩擦力驱动和B保持相对静止的。那么B的运动加速度又是多大呢?刚才我们算了,假设A、B一起共同运动,取它们整体为研究对象,B的加速度就是μg。也就是说,在这道题目的具体情景下,A、B确实是一起运动直到停下。但如果把题目的条件改一下,假设A和B之间的动摩擦因数是$\frac{μ}{2}$,而B和地面间的动摩擦因数仍然是μ,那么在这样的情况下,A、B还能相对静止吗?还能一起运动至停下吗?这个问题同学们可以课后再继续研究。