第三章 牛頓運動定律
(1)認真分析題意,明確已知條件和所求量,搞清所求問題的類型。
(2)選取研究對象.所選取的研究對象可以是一個物體,也可以是幾個物體組成的整體.同一題目,根據題意和解題需要也可以先后選取不同的研究對象。
(3)分析研究對象的受力情況和運動情況。
(4)當研究對象所受的外力不在一條直線上時:如果物體只受兩個力,可以用平行四邊形定則求其合力;如果物體受力較多,一般把它們正交分解到兩個方向上去分別求合力;如果物體做直線運動,一般把各個力分解到沿運動方向和垂直運動的方向上。
(5)根據牛頓第二定律和運動學公式列方程,物體所受外力、加速度、速度等都可根據規定的正方向按正、負值代入公式,按代數和進行運算。
(6)求解方程,檢驗結果,必要時對結果進行討論。
3.應用例析
【例1】一斜面ab長為10m,傾角為30°,一質量為2kg的小物體(大小不計)從斜面頂端a點由靜止開始下滑,如圖所示(g取10 m/s2)
(1)若斜面與物體間的動摩擦因數為0.5,求小物體下滑到斜面底端b點時的速度及所用時間.
(2)若給小物體一個沿斜面向下的初速度,恰能沿斜面勻速下滑,則小物體與斜面間的動摩擦因數μ是多少?
解析:題中第(1)問是知道物體受力情況求運動情況;第(2)問是知道物體運動情況求受力情況。
(1)以小物塊為研究對象進行受力分析,如圖所示。物塊受重力mg、斜面支持力n、摩擦力f,
垂直斜面方向上受力平衡,由平衡條件得:mgcos30°-n=0
沿斜面方向上,由牛頓第二定律得:mgsin30°-f=ma
又f=μn
由以上三式解得a=0.67m/s2
小物體下滑到斜面底端b點時的速度: 3.65m/s
運動時間: s
(2)小物體沿斜面勻速下滑,受力平衡,加速度a=0,有
垂直斜面方向:mgcos30°-n=0
沿斜面方向:mgsin30°-f=0
又f=μn
解得:μ=0.58
【例2】如圖所示,一高度為h=0.8m粗糙的水平面在b點處與一傾角為θ=30°光滑的斜面bc連接,一小滑塊從水平面上的a點以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右運動。運動到b點時小滑塊恰能沿光滑斜面下滑。已知ab間的距離s=5m,求:
(1)小滑塊與水平面間的動摩擦因數;
(2)小滑塊從a點運動到地面所需的時間;
解析:(1)依題意得vb1=0,設小滑塊在水平面上運動的加速度大小為a,則據牛頓第二定律可得f=μmg=ma,所以a=μg,由運動學公式可得 得 ,t1=3.3s
(2)在斜面上運動的時間t2= ,t=t1+t2=4.1s
【例3】靜止在水平地面上的物體的質量為2 kg,在水平恒力f推動下開始運動,4 s末它的速度達到4m/s,此時將f撤去,又經6 s物體停下來,如果物體與地面的動摩擦因數不變,求f的大小。
解析:物體的整個運動過程分為兩段,前4 s物體做勻加速運動,后6 s物體做勻減速運動。
前4 s內物體的加速度為
①
設摩擦力為 ,由牛頓第二定律得
②