专题强化7 瞬时性问题 学案

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名称 专题强化7 瞬时性问题 学案
格式 doc
文件大小 1.2MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2024-11-20 17:41:10

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文档简介

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高中物理必修一素养提升学案
第四章 运动和力的关系
专题强化7 瞬时性问题
【专题问题解读】
用牛顿第二定律求解瞬时加速度
两种基本模型
刚性绳模型(细钢丝、细线、轻杆等) 此类形变属于微小形变,其发生和变化过程时间极短,在物体的受力情况改变(如某个力消失)的瞬间,其形变可随之突变,弹力可以突变
轻弹簧模型(轻弹簧、橡皮绳、弹性绳等) 此类形变属于明显形变,其发生改变需要一段的时间,在瞬时问题中,其弹力的大小不能突变,可看成是不变的
【方法归纳】
解决瞬时性问题的基本思路
(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,求出各力大小(①若物体处于平衡状态,则利用平衡条件;②若处于加速状态,则利用牛顿第二定律)。
(2)分析当状态变化时(剪断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力,发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。
(3)求物体在状态变化后所受的合力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度。
【典例解析】
【典例】(2024辽宁部分重点高中3月联考)物体a与b通过轻弹簧连接,b、c、d三个物体用不可伸长的轻线通过定滑轮连接,如图所示,系统处于静止状态,a恰好和地面无挤压。已知a、c、d的质量均为m,弹簧的劲度系数为k。物体在运动过程中不会与滑轮相碰,不计一切阻力,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.将c与d间的线剪断,此时c的瞬时加速度为0
B.将c与d间的线剪断,此时b的瞬时加速度为0
C.将c与d间的线剪断,此时bc间绳子的拉力为1.5mg
D.将c与d间的线剪断,b下降时的速度最大
【名师解析】剪断c与d间的线之前,整个系统处于静止状态,根据题意可知弹簧对b的作用力方向向下,大小为,以cd为研究对象,c与b间的线对cd的拉力为,设物体质量b为M,以b为研究对象,则有,解得,将c与d间的线剪断瞬间,cd间绳子的拉力突变为0,弹簧对b的作用力不变,b与c的加速度a大小相等,设此时bc间绳子的拉力为T,以c为研究对象,由牛顿第二定律有,以bc整体为研究对象,由牛顿第二定律有,代入数据解得,,A、B项错误,C项正确;由上分析可知,剪断线后,b往下运动,当b速度最大时,bc加速度均为零,设此时弹簧弹力为,以bc整体为研究对象,由平衡条件可得,解得,即当b速度最大时,弹簧的弹力为零,b下降的距离等于弹簧长度的变化量,根据胡克定律可得弹簧变化量为,D项错误。
【参考答案】C
【针对性训练】
1. (2024安徽芜湖重点高中二模)如图所示,在以加速度匀加速上升的升降机中,大滑块C质量为,两个小滑块A和B质量均为,滑块之间以及滑块与水平面之间的动摩擦因数,在大滑块上施加水平向右的恒力F,使得三个滑块之间恰好保持相对静止,右边小滑块与大滑块始终未接触。忽略定滑轮的质量以及滑轮和轻绳之间的摩擦,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取,以下说法正确的是(  )
A. 三个滑块之间恰好相对静止时,所需外力F的大小为38N
B. 三个滑块之间恰好相对静止时,轻绳中拉力大小为15N
C. 保持其他条件不变,突然剪断细绳,剪断瞬间A物体的加速度大小为
D. 保持其他条件不变,突然剪断细绳,剪断后B物体做竖直上抛运动
【参考答案】BC
【名师解析】
要使得三个滑块之间相对静止,则有大滑块与两小滑块的总加速度相等,对三个滑块整体利用牛顿第二定律有
对大滑块上的小滑块A,设绳上的张力为,由牛顿第二定律有
其中
对大滑块右边的小滑块,则有
联立以上式子,代入数据求得 、
A错误,B正确;
剪断绳后,A相对于M发生相对滑动
代入得
故A物体此时加速度大小为,C正确;
剪断细线后B做斜抛运动,D错误;
2. (2024黑龙江哈尔滨重点高中质检)如图所示,质量均为的小球1、2用轻弹簧、细绳、连接并悬挂,两小球均处于静止状态,轻弹簧与竖直方向的夹角为,轻绳水平,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A. 轻弹簧弹力大小为
B. 轻绳拉力大小为
C. 剪断轻绳的瞬间,小球2的加速度大小为
D. 剪断轻绳的瞬间,小球1的加速度大小为
【参考答案】BCD
【名师解析】
以小球1、2整体受力分析,根据平衡条件可得
解得

故A错误,B正确;
剪断轻绳的瞬间,轻绳发生突变,拉力为零,小球2只受重力,故小球2的加速度大小为,故C正确;
剪断轻绳的瞬间,轻弹簧弹力不发生突变,对小球1,根据牛顿第二定律
解得小球1的加速度大小为
故D正确。
3. . (2024江西赣州3月质检)用两根细线、和一个轻弹簧将质量分别为2m和m的两个小球1和2连接并悬挂,如图所示。两小球处于静止状态,细线l1与竖直方向的夹角为,轻弹簧水平。重力加速度为g。则下列说法正确的是(  )
A. 细线对小球1的拉力大小
B. 弹簧对小球2的拉力大小F为
C. 细线对小球1的拉力大小
D. 剪断细线的瞬间,小球2的加速度大小为
【参考答案】AD
【名师解析】
以球1和球2为整体,根据受力平衡可得

解得细线对小球1的拉力大小为
弹簧对小球2的拉力大小F为
故A正确,B错误;
以球2为研究对象,根据受力平衡可得
则细线对小球1的拉力大小为
故C错误;
剪断细线的瞬间,弹簧弹力不变,则以球2受到的重力和弹簧弹力的合力大小为
根据牛顿第二定律可得
故D正确。
4 . (2024云南昆明质检)如图所示,将两个相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上,中间用一轻弹簧连接,两侧用细绳系于墙壁。开始时a、b均静止,弹簧处于伸长状态,两细绳均有拉力,a所受摩擦力Ffa≠0,b所受摩擦力Ffb=0。现将右侧细绳剪断,则剪断瞬间(  )
A. Ffa大小不变 B. Ffa方向改变
C. Ffb仍然为零 D. Ffb方向向左
【参考答案】A
【名师解析】
剪断右侧细绳的瞬间,右侧细绳上拉力突变为零,而弹簧对两木块的拉力没有发生突变,与原来一样,所以b相对地面有向左的运动趋势,受到静摩擦力Ffb方向向右,CD错误;
剪断右侧细绳的瞬间,木块a受到的各力都没有发生变化,A正确,B错误。
5.(2024年辽宁顶级名校质检)四个物体通过轻绳和轻弹簧按如图所示方式连接,已知,重力加速度为,若突然剪断间的绳子,剪断绳子后的瞬间,下列有关表述正确的是( )
A.的加速度为零 B.的加速度为
C.的加速度为 D.的加速度为
【参考答案】C
【名师解析】.突然剪断间的绳子,间绳的拉力突变为零,而间弹簧的弹力保持不变,将整体可得,解得,故AB错误;CD.初始时由平衡条件可得弹簧的弹力,突然剪断间的绳子,间绳的拉力突变为零,而间弹簧的弹力保持不变,可知的受力情况保持不变,则,对,解得,故C正确,D错误。
6. (2024陕西宝鸡期末)原长为的轻质弹簧,将其上端固定在O点,下端挂一个质量为的小球时,弹簧的长度变为。现将两个这样的弹簧和两小球按如图所示方式连接,A、B两小球的质量分别为,当整个系统静止时,下列说法正确的是(不考虑小球的大小,且弹簧都在弹性限度内,重力加速度为g)(  )
A. OA间的距离为2L
B. OB间距离为5L
C. 若剪断OA间弹簧瞬间,小球B的加速度大小为
D. 若剪断A、B间弹簧瞬间,小球A的加速度大小为
【参考答案】D
【名师解析】
每根弹簧的劲度系数为
则对A、B整体分析可知O、A间的距离为
选项A错误;
A、B间距
则O、B间距离为7L,选项B错误;
若剪断O、A间弹簧瞬间,下面的弹簧弹力不变,则小球B的加速度大小为0,选项C错误;
若剪断AB间弹簧瞬间,上面弹簧的弹力不变,则小球A的加速度大小为
选项D正确。
7. (2024四川德阳1月期末)如图所示,与水平方向夹角为的细绳一端系在小球O上,另一端固定在天花板上A点,劲度系数为k的水平轻质弹簧一端与小球连接,另一端固定在竖直墙上B点。小球质量为m,处于静止状态,弹簧处于弹性范围内,重力加速度为g,则(  )
A. 细绳的拉力大小为
B. 弹簧伸长,伸长量为
C. 细绳剪断的瞬间,小球加速度为
D. 将弹簧撤掉,维持小球静止在原处的最小外力大小为
【参考答案】D
【名师解析】
以小球为对象,根据受力平衡可得

联立解得细绳的拉力大小为
弹簧处于压缩状态,压缩量为
故AB错误;
细绳剪断的瞬间,弹簧弹力保持不变,则小球受到的重力和弹簧弹力的合力等于细绳剪断前绳子拉力,小球加速度为
故C错误;
将弹簧撤掉,维持小球静止在原处,当外力与绳子方向垂直时,外力具有最小值,则有
故D正确。
8. (2024安徽阜阳三中期末)如图所示,光滑水平面上有三个完全相同的物块,其中放在的上面,用轻质弹簧相连,他们在恒力的作用下一起沿水平面向右做匀加速直线运动。若突然撤去力,则撤去后瞬间关于两物块的受力和运动情况说法正确的是( )
A. 物块的加速度大小方向都不变
B. 物块加速度大小不变,方向反向
C. 物块的摩擦力方向不变
D. 物块相对于物块静止
【参考答案】AD
【名师解析】.撤去瞬间,弹簧弹力不变,则C的加速度大小方向都不变,A正确;
匀加速过程,根据牛顿第二定律
A所受摩擦力为
方向向右。
弹簧弹力为
撤去瞬间,对AB
对A
联立可知
A所受摩擦力方向向左,方向改变,且AB仍相对静止,C错误,D正确。
9. (2024四川南充一诊)如图,矩形框Q用与斜面平行的细绳系在固定的斜面体上,和Q质量相等的物体P被固定在矩形框中的竖直轻弹簧上端,斜面体倾角为30°,整个装置保持静止状态,不计矩形框和斜面间的摩擦,重力加速度为g,当细绳被剪断的瞬间,物体P的加速度大小和矩形框Q的加速度大小分别为(  )
A. B. C. D.
【参考答案】AD
【名师解析】
对物体P进行受力分析,受到了重力和弹簧弹力,细绳被剪断的瞬间,弹簧弹力不会突变,故物体P的加速度
故A正确,B错误;
对PQ整体分析,受到了重力,斜面的支持力,细线的拉力,整体系统处于静止状态,则有
细绳被剪断的瞬间,细线的力就突变成零了,物体Q的受力合外力情况会与之前的拉力T等大反向,即
所以
故C错误,D正确。
10. (2024安徽六校期末联考)两个质量相同的小球A、B用不同的连接方式悬挂,系统处于静止.如图甲中,A与天花板用轻弹连接,A、B用细绳连接;如图乙,A与天花板用细绳连接,A、B用轻弹簧连接.重力加速度大小为g,若甲、乙图中均剪断细绳,则剪断细绳瞬间,甲、乙图中A的加速度分别为(取竖直向下为正方向)( )
A. g g B. g g C. g 2g D. 2g g
【参考答案】.C
【名师解析】设A、B的质量为m,图甲中,A受到绳的拉力大小为mg,方向向下,剪断细绳瞬间,A受到的合力与剪断细绳前绳的拉力相等,方向相反,则A的加速度大小为g,方向向上;图乙中,A受到绳的拉力大小为2mg,方向向上,剪断细绳瞬间,A受到的合力与剪断细绳前绳的拉力相等,方向相反,则A的加速度大小为2g,方向向下,故选项C正确.。
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