高中物理牛顿运动定律整体隔离练习新人教版必修1

1、整体法与隔离法整体法隔离法应用【例7】如图所示三个物体质量分别为 ml、m2、m3,带有滑轮的物体放在光滑水平面上, 滑轮和所有触处的摩擦及纯的质量均不计，为使三个物体无相对运动，则水平推力F解析：对m2竖直方向合力为零，所以T=m2g,对mi水平方向只受 绳拉力T作用。所以a=T/m1=m2g/m1,由于三者加速度一样，所以F= （ ml 十 m2 十 m3） a=（mi十 m2十 m3） m2g/mi15.水平面上有带圆弧形凸起的长方形木块 A,木块A上的物体B用绕过凸起的轻绳与物体 C相连，B与凸起之间的纯是水平的。用一水平向左的拉力 F作用在物体B上，恰使物体A、B、 C保持相对静止，

2、如图，已知物体 A、B、C的质量均为m重力加速度为g,不计所有的摩擦，则拉力F应为多大?解：设纯中张力为T, A、B、C共同的加速度为a,与C相连部分的绳与竖直线夹角为a, 由牛顿运动定律，对 A、B、C组成的整体有： TOC o 1-5 h z F =3ma对B有 F -T = ma对C有F cosa =mgF sin 口 = ma联立式解得T = 2ma联立式解得T2 = m2 (a2 + g2)联立式解得联立式解得例10、用质量为m长度为L的绳沿着光滑水平面拉动质量为 M的物体，在纯的一端所 施加的水平拉力为F,如图14所示，求：（1）物体与纯的加速度；图14（2）纯中各处张力的大小（假

3、定纯的质量分布均匀，下垂度可 忽略不计。）分析与解：(1)以物体和纯整体为研究对象，根据牛顿第二定律可得:F= (M+m) a,解得 a=F/(M+m).(2)以物体和靠近物体x长的纯为研究对象，如图15所示根据牛顿第二定律可得：Fx=(M+mx/L)a=(M+ m x)L M由此式可以看出：绳中各处张力的大小是不同的，当纯施于物体M的力的大小为-F oF.mx=0 时,M1.如图所示,mi=2kg, m2=3kg连接的细绳仅能承受1N的拉力，桌面水平光滑，为了使细纯不 断而又使它们能一起获得最大加速度，则可施加的水平力F的最大值和方向是()A.向右，作用在 B.向右，作用在 C.向左，作用在

4、 D.向左，作用在m2上，m2 上，F=2.5Nm1上,m1 上，F=2.5NM m解：若水平力耳的方向向左，由牛顿第二定律.对整体 Fj=f旧47HtM J j wjj , T=m1nl巧=吆5占若水平力心的方向向右，由牛顿第二定律, 对整体(+旧J叫对叫口用此五二叫+“丁 =工$ n01 、% =不! Y-尸向右，作用在J丐匕F=2.5N【例2】如图所示，长方体物块 A叠放在长方体物块B上，B置于光滑水平面上.A、B质 量分别为mA=6kg , mB=2kg, A、B之间动摩擦因数 k0.2,开始时F=10N,此后逐渐增加， 在增大到45N的过程中，则()A.当拉力Fn#对人的摩擦力向右，

5、对人F-f=ma 解得 f=,m M若Mn#对人的摩擦力向左，对人m - MF+f=ma 解得 f=,m M若M=n#对人的摩擦力为05.某同学欲用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。P、Q为记录重物A运动情况的两个光电门。A、B为两重物，用跨过滑轮的细线连接，其中 mA = 2kg,细线、滑 背, 轮质量以及摩擦均可不计。为了保证无论 B物体质量多大，实验都能顺利 口F进行，该同学应选用抗拉能力至少是多大的绳索(L)来悬挂滑轮？(g取 B *10m/s2)()A. 150NB. 80NC. 40N20N解： m -=111(1承1若日物体质量很大,若占物体质量略大于2%, + )H&，MNd

6、FLiL2=LiD,由于A、B质量关系未知，故无法确定 Li、L2的大小关系解析：利用整体法和隔离法，分别对 AB整体和物体B分别由牛顿第二定律列式求解， 即得C选项正确。本题容易错选 A或C,草率地认为A、B置于粗糙水平面上时要受到摩擦 力的作用，力F的大小不变，因此L2应该短一些，或认为由于 A、B质量关系未知，故Li、 L2的大小关系无法确定。答案：C题后反思：本题涉及到胡克定律、滑动摩擦力、牛顿第二定律等。从考查方法的角度看， 本题重在考查考生对整体法和隔离法的应用，属于2级要求。对胡克定律、摩擦力的考查在近年高考中屡屡出现，并可与其他知识相结合，变化灵活，体现对考生能力的考查。【例4

7、】如图，两个质量相同的物体 mA、mB紧靠在一起放在光滑的水平面上如果它们分别受 到水平推力Fi和F2,且FiF2,则mA施于mB的作用力大小为mBFj+ mAFg) /2 (mB+mA)FiF2【例4】如图所示，A,B并排紧贴着放在光滑的水平面上，用水平力Fi ,F2同时推A和B.如Fi=10N, F2=6N, mA0, m0,由此可知(m B - m A)fi .(m b - m a )由式可推出N8 N.综上分析得8 NN F斛析：先确止岫界值，即刚好使 A、B发生相对泊动的F值。当A、sJuhwwjL；B间的静摩擦力达到5N时，既可以认为它们仍然保持相对静止，有共同的加速度，又可以认为

8、它们间已经发生了相对滑动，A在滑动摩擦力作用下加速运动。这时以A为对象得到a =5m/s2;再以A、B系统为对象得到 F = (mA+mB)a =15N(1)当 F=10N15N时，A、B间一定发生了相对滑动，用质点组牛顿第二定律列方程：F =mAaA+mBaB,而 a a =5m/s2,于是可以得到 a b =7.5m/s2.质量分别为10kg和20kg的物体A和B,叠放在水平面上，如图 11,AB间的最大静摩擦力为 10N,B与水平面间的摩擦系数L0.5，以2 F作用于B使AB 一同加速运动，则力FEf F满足： (g=10m/s2)。 B 图1110.如图5所示，物体A和B叠放在光滑水平

9、面上，在水平拉力F1=10 N, F2=12 N的作用下一起加速运动，物体A和B保持相对静止.若 may=4 kg, 为()f1向左，f2向右，大小都等于 1.2 Nf1向右，f2向左，大小都等于 1.2 NC.力向左，大小为2 N, f2为零D. f2向右，大小为 3 N, f1为零mB=6 kg ,则A与B所受的摩擦力f1和f2的大小和方向777777777777-图53.如图l所示, 人的加速度为F小车和人的总质量为 M,人用力F拉绳.若不计绳和滑轮质量，不计一切摩擦，则车和A.C.2M FMDB. 02FD. M【例8】如图所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为

10、 的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的即a=1g,则小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少? 2命题意图：考查对牛顿第二定律的理解运用能力及灵活选取研究对象的能力.B级要求.错解分析：（1）部分考生习惯于具有相同加速度连接体问题演练，对于动一静”连续体问题难以对其隔离，列出正确方程.（2）思维缺乏创新，对整体法列出的方程感到疑惑解题方法与技巧:解法一：（隔离法）木箱与小球没有共同加速度，所以须用隔离法取小球m为研究对象,受重力mg、摩擦力Ff,如图2-4,据牛顿第二定律得:mg-Ff=ma取木箱M为研究对象,受重力 Mg、地面支持力Fn及小球给予的

11、摩擦力Ff如图.据物体平衡条件得:Fn -Ff -Mg=0且 Ff=Ff由式得FN=2Mm一g由牛顿第三定律知，木箱对地面的压力大小为2M mFn Fn = 2解法二：(整体法)对于动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式:(mg+Mg) -FN = ma+MK 02M m故木箱所受支持力：FN= 2 g,由牛顿第三定律知:2M m木箱对地面压力FN =FN= 2 g.1、连接体的求解方法【例5】如图所示，等臂天平左端挂一质量不计的光滑定滑轮，跨过滑轮的轻绳，两端各拴一物体A和B.已知物体B的质量mB=3kg,欲使天平平衡，物体 C的质量可能为()A. 3 kg ； B. 9

12、 kg； C. 12 kg ； D. 15 kg解：设绳的拉力为T,对物体A,B,分别由牛顿第二定律有mBg T=mBa,T mAg=mAa.由式得T = 2mAmB g ;对物体C,由平衡条件有m,g=2T= 4mAmB gmB mAmB mA当mA-0时，有 mC=0当 mA-0cW,有 mC=4mB=12 kgd得0mC12kg；,故选项A、B正确“利用区间解选择题”，对有些物理选择题，若能够相应的物理规律，确定出所求物理量 的取值范反复推论便可迅速求解，这是一种重复的解题方法：【例1】如图所示，在长l=1m,质量为mB=30kg的车厢B内的右壁处，放上一个质量mA= 20kg 的小物体

13、A (可视为质点)，对车厢B施加一水平向右的恒力F,且F=120N,使之从静止开 始运动。测得车厢B在最初2.0s内移动s=5.0m,且这段时间内小物块未与车厢壁发生过碰撞。 假设车厢与地面间的摩擦忽略不计。小物块与车厢壁之间的碰撞无机械能损失。(1)试计算判断A、B之间在2.0s内是否发生相对运动。(2)求2.8s末A、B的速度大小。【例2】如图所示，一个质量为 M的长方形木板B放在光滑水平地面上，在其右端放一个质量为 m的小木块A, mV2,且物体与木板之间的动摩擦因数相同,Fi=F2,且 MiM2Fi=F2,且 MiF2,且 Mi = M2Fi1)。断开轻纯，棒和 中 环自由下落。假设棒

14、足够长，与地面发生碰撞时，触地时间极短，无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直，空气阻力不计。求：(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中，环的加速度。(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间，棒运动的路程S。.离子推进器是新一代航天动力装置，可用于卫星姿态控制和轨道修正。推进剂从图中P处注入，在A处电离出正离子，BC之间加有恒定电压，正离子进入 B时的速度忽略不计， 经加速后形成电流为I的离子束后喷出。已知推进器获得的推力为F,单位时间内喷出的离子质量为J。为研究问题方便，假定离子推进器在太空中飞行时不受其他外力，忽略推进器 运动速度。(1)求加在BC间的电压U;(2)为使离子推进器正常

15、运行，必须在出口 D处向正离子束注入电子，试解释其原因。例题解答:ABD【例11【分析】（1）根据题目的描述，无法立即得出两者是否相对滑动。根据车厢2s内前进的距离可得出它的加速度，假设两者不滑动，可以根据牛顿第二定律求出共同加速度进行比较。【解答】（1）设2.0s内车厢的加速度aB,车厢的位移为s, 1根据包移公式s =-aBt , aB aB 2 2.5m/s假设两者相对静止，本!据牛顿第二定律 F =（mA +mB）a ,得共同加速度a = 2.4m/s2因为a2.8s,所以AB在2.8s时未碰撞，由速度公式可得A、B速度大小：vA = aAt =6.3m/svB =aBt =7m/s【

16、例2】【分析】（1）以地为参考系，A向左做减速运动，当速度减为零时，小木块 A就到达了最远 处。【解答】对于A,根据牛顿第二定律得：f = maA由运动学公式：02 -V； =2HaSa由了 公式：0 =V0 - 3ati2由解得：Sa =m曳；由解得i =防 2ff【分析】(2)以地为参考系，A向左做减速运动，当速率减为零时，小木块 A就到达了最远 处。但此时B仍向右做减速运动，A将反向加速运动，此时A的速率小于B的速率，相对于 B, A仍向左运动，当两者速率相同时，达到了木板的最远处。【解答】 TOC o 1-5 h z 对于B,根据牛顿第二定律得：f =MaB设经过时间t, A速度为va

17、,由速度公式：Va=v0aAt设经过时间t, B速度为vb,由速度公式：Vb=v。aBt两者速度相等，有Va=-Vb,解得所用时间为t2Mm 2v0M m f2B向右的距离为Sb =V0t-aBt22A向左的距离为Sa =V0t- aAt2相对于木板，A向左的最大距离为s = Sa +Sb = m- f M m【例3【分析】C在A上向右运动，A、B是否运动还要判定；最终要求在 B上恰好不掉下来，C 在A上就撤去力F还是在B上撤去力也要判定。【解答】C给A向右的摩擦力fc = 1 me g = 5N地面给A的最大静摩擦力fA =N2(mC +mA)g =7.5N因为fAfc, A、B静止不动，C

18、向右加速运动设C刚到B上时的速度为Vi,此时F已停止作用于C,C的加速度为aC = = N1g =5m/s2mCf- - f 5-3 cB的加速度为 aB = 2m/smB1经过时间t两者速度相同v1-aCt = aBtC恰好不掉下，两者位移关系vt-1act2 = 1aBt2 + L22解得 v1 K、：7m/s2设F作用在C上时，C在A上运动的距离为S,由动能定律得2 jFS - fC LmCv1 解得 S=0.3m此过程中C的加速度为aC =-=15m/s2 mC此过程中加速时间为ti,由位移公式snct；得ti=0.2s. 2练习答案：BD令xi表示未加F时弹簧的压缩量，由胡克定律和牛

19、顿定律可知 TOC o 1-5 h z mAgsin -kx1 =0令X2表示B刚要离开C时弹簧的伸长量，a表示此时A的加速度，由胡克定律和牛顿定律 可知kx2 mBgsin =0FmAgsin &kx2=mAa由式可得a=F -gsin0-mBgsin6mAmA由题意 d=x1+x2由式可得d = mA +mB gsin ek汽车沿倾斜车道作匀减速运动，有：J- ： F表示刹车时的阻力，由牛顿第二定律得：尸-（竭+啊由巾（竭+均）口2sina- - = 0.02式中：，一设刹车过程中地面作用于汽车的阻力为 f,依题意得：一 I用fN表示拖车作用汽车的力，对汽车应用牛顿第二定律得：联立以上各式

20、解得：-一八,+ _ 一，一、： 一二当木版匀速时有：F=f1 二仙Mg在木版上放铁块后：f2= ii (Mg+mg)又 f2-F=Ma小铁块在木板上滑行过程有：V0t-(at -C 的包移 sC =vt + aCt2 = 4.375m v 12AB 的包移 sAB =vt +-aABt2 = 3.125m 22Sc -aAB 2L，所以C与AB速度相同前就掉下来了。7.Vi = 2明厂v2,2moqU m0(m0 m). m (m0 m)8.(1)设棒第一次上升过程中，环的加速度为 a环由牛顿第二定律 kmg mg ma环得 a环=(k-1) g,方向竖直向上(2)设以地面为零势能面，向上为

21、正方向，棒第一次落地的速度大小为vi由机械能守恒 ；2mv； =2mgH/2)=L解得：t=2s(1)0.5(i mg2)v0、3Mgs设A、C之间的滑动摩擦力大小为f1，A与水平地面之间的滑动摩擦力大小为 f2 因= 0.22, =0.102F=-mgf2=俳(2m+m) g5 一开始A和C保持相对静止，在F的作用下向右加速运动，根据牛顿第二定律有F f2 = (2m + m)a得a=1/3m/S2由速度和位移公式可得出碰前 A的速度和运动时间2s = - at ,解得：t=6sv=at,解得：v=2m/s碰撞后瞬间，A的速度不变，B的速度为原来一半，即1m/sC 的加速度为 aC = F

22、- fC =-0.2m/s2mCAB 的加速度为 aAB = fc fAB =0.2m/s2mA mB先假设两板很长，C不掉下，经过时间t两者速度相同v + aCt=-+aABt#t=2.5s 2解得-2iH设棒弹起后的加速度a棒由牛顿第二定律 a棒=-(k+1)棒第一次弹起的最大高度Hig2Vi棒运动的路程 S=H+2H9.(1)设一个正离子的质量为 m,电荷量为q,加速后的速度为v,根据动能定理，有12qU = mv2设离子推进器在t时间内喷出质量为AM的正离子，并以其为研究对象，推进器对 AM的作用力为F；由牛顿第二定律，有F = Ma由速度公式可得：v=at 由牛顿第三定律知：设加速后

23、离子束的横截面积为F=FS,单位体积内的离子数为n,则有I = nqvSJ =nmvS由、可得q m. ：Mt解得F 2U = 2JI(2)推进器持续喷出正离子束，会使带有负电荷的电子留在其中，由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出。 无法正常工作。因此, 获得持续推力。电子积累足够多时，甚至会将喷出的正离子再吸引回来，致使推进器必须在出口 D处发射电子注入到正离子束，以中和正离子，使推进器16. (10分)如图所示,A、B两个物体间用最大张力为100N的轻绳相连，mA= 4kg, mB=8kg ,在拉力F的作用下向上加速运动，为使轻绳不被拉断， F的最大值是多少？ ( g取10m/s2)16.解：要使轻绳不被拉断，则绳的最大拉力 所示，据牛顿第二定律有 FT - mBg = mBa 再以A、B整体为对象，受力分析如图(2)同理列方程 F- ( mA+mB)g = (mA+mB)FT=100N,先以B为研究对象，受力分析如图(