第三章 牛頓運動定律
(2)對研究對象進行受力分析。同時還應該分析研究對象的運動情況(包括速度、加速度),并把速度、加速度的方向在受力圖旁邊畫出來。
(3)若研究對象在不共線的兩個力作用下做加速運動,一般用平行四邊形定則(或三角形定則)解題;若研究對象在不共線的三個以上的力作用下做加速運動,一般用正交分解法解題(注意靈活選取坐標軸的方向,既可以分解力,也可以分解加速度)。
(4)當研究對象在研究過程的不同階段受力情況有變化時,那就必須分階段進行受力分析,分階段列方程求解。
解題要養成良好的習慣。只要嚴格按照以上步驟解題,同時認真畫出受力分析圖,標出運動情況,那么問題都能迎刃而解。
二、應用舉例
1.力與運動關系的定性分析
【例1】 如圖所示,如圖所示,輕彈簧下端固定在水平面上。一個小球從彈簧正上方某一高度處由靜止開始自由下落,接觸彈簧后把彈簧壓縮到一定程度后停止下落。在小球下落的這一全過程中,下列說法中正確的是
a.小球剛接觸彈簧瞬間速度最大
b.從小球接觸彈簧起加速度變為豎直向上
c.從小球接觸彈簧到到達最低點,小球的速度先增大后減小
d.從小球接觸彈簧到到達最低點,小球的加速度先減小后增大
解析:小球的加速度大小決定于小球受到的合外力。從接觸彈簧到到達最低點,彈力從零開始逐漸增大,所以合力先減小后增大,因此加速度先減小后增大。當合力與速度同向時小球速度增大,所以當小球所受彈力和重力大小相等時速度最大。選cd。
【例2】如圖所示.彈簧左端固定,右端自由伸長到o點并系住物體m.現將彈簧壓縮到a點,然后釋放,物體一直可以運動到b點.如果物體受到的阻力恒定,則
a.物體從a到o先加速后減速
b.物體從a到o加速運動,從o到b減速運動
c.物體運動到o點時所受合力為零
d.物體從a到o的過程加速度逐漸減小
解析:物體從a到o的運動過程,彈力方向向右.初始階段彈力大于阻力,合力方向向右.隨著物體向右運動,彈力逐漸減小,合力逐漸減小,由牛頓第二定律可知,此階段物體的加速度向右且逐漸減小,由于加速度與速度同向,物體的速度逐漸增大.所以初始階段物體向右做加速度逐漸減小的加速運動.
當物體向右運動至ao間某點(設為o′)時,彈力減小到等于阻力,物體所受合力為零,加速度為零,速度達到最大.
此后,隨著物體繼續向右移動,彈力繼續減小,阻力大于彈力,合力方向變為向左.至o點時彈力減為零,此后彈力向左且逐漸增大.所以物體從o′點后的合力方向均向左且合力逐漸增大,由牛頓第二定律可知,此階段物體的加速度向左且逐漸增大.由于加速度與速度反向,物體做加速度逐漸增大的減速運動.
正確選項為a、c.
點評:
(1)解答此題容易犯的錯誤就是認為彈簧無形變時物體的速度最大,加速度為零.這顯然是沒對物理過程認真分析,靠定勢思維得出的結論.要學會分析動態變化過程,分析時要先在腦子里建立起一幅較為清晰的動態圖景,再運用概念和規律進行推理和判斷.
(2)通過此題,可加深對牛頓第二定律中合外力與加速度間的瞬時關系的理解,加深對速度和加速度間關系的理解.譬如,本題中物體在初始階段,盡管加速度在逐漸減小,但由于它與速度同向,所以速度仍繼續增大.