应用牛顿运动定律解题的特殊方法

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  一、突变类问题
  1.当合外力恒定,加速度恒定,外力变化时,加速度也变,瞬时力决定瞬时加速度,解此类问题有两种模型。
  2.绳模型:同一根绳的两端及其中间各点的张力大小相等。
  3.弹簧模型:既能拉也能压各点的弹力大小相等。
  例1.(a)所示质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的两根细绳上,l1的一端挂在天花板上,与竖直方向夹角为θ,l2水平拉直,物体处于平衡状态,现将l2剪断,求剪断瞬间物体的加速度。
  解析:(1)被剪断的瞬间l1上张力发生了突变,FT1=mgcosθ,
  它与重力沿绳方向的分力抵消,垂直于绳方向的分力产生加速度:a=gsinθ。
  (2)l2被剪断的瞬间,弹簧l1的长度不能突变,FT1的大小方向都不变,加速度大小为:a=gtanθ。
  例2.(a)所示木块AB用轻弹簧相连,放在木箱C内,处于静止状态,质量之比是1:2:3。当剪断细绳的瞬间,各物体的加速度大小及方向?
  【解析】设A质量为m,则B、C的为2m、3m在未剪断绳时,A、B、C受力平衡如图(b)。剪断瞬间,弹簧弹力不发生突变,故Fl大小不變。设BC间的弹力瞬间消失。此时C做自由落体运动ac=g;B受力F1和2mg,则aB=(F1+2mg)/2m>g,即B大于C的,这是不可能的。因此B、C之间仍然有力存在,具有相同的加速度。设弹力为N,共同加速度为a,有F1+2mg-N=2ma①3mg+N=3ma②F1=mg,a=1.2N=0.6mg
  剪断绳瞬间,A的加速度为零;B、C加速度相同为1.2g,方向向下。
  二、简单连接体问题
  两个或两个以上物体相互连接并参与运动的系统称为有相互作用力的系统,一般求外力时,先隔离后后整体;求内力时,先整体后隔离。
  【例3】一质量为M,倾角为θ的楔形木块,放在水平桌面上,与桌面间的动摩擦因数为μ,一物块质量为m,置于楔形木块的斜面上,物块与斜面的接触是光滑的。为了保持物块相对斜面静止,可用一水平力F推楔形木块,如图,求此水平力大小的表达式。
  解析:把楔形木块和物块看成一个整体.由牛顿定律得F-f=(m+M)a,N-(m+M)g=0,f=μN
  联立得F=μ(m+M)g+(m+M)a①
  小物块m的受力如图.小物块相对地面是沿水平向左运动,故有Nsinθ=ma,Ncosθ= mg解得a=gtanθ代入①式得水平推力F=μ(m+M)g+(m+M)gtanθ.
  三、用极端分析法分析临界条件
  若题目中出现最大、最小、刚好等词时,一般都有临界现象出现,可用极端分析法。
  【例4】如图,一个质量为0.2kg的小球用细绳吊在倾角θ=53°的斜面顶端,斜面静止时球紧靠在斜面上,绳与斜面平行,不计摩擦,当斜面以10m/s2的加速度向右运动时,求绳子的拉力及斜面对小球的弹力。
  作者单位:河北省廊坊市香河第一中学
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