黑龍江省哈爾濱市木蘭高級(jí)中學(xué)高中物理 經(jīng)典復(fù)習(xí)資料 摩擦力做功幾種求法.doc
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1、黑龍江省哈爾濱市木蘭高級(jí)中學(xué)高中物理 經(jīng)典復(fù)習(xí)資料 摩擦力做功幾種求法摩擦力做功幾種求法摩擦力做功計(jì)算是同學(xué)做題時(shí)容易疑惑的問題,概括的說分為三種情況,下面舉例說明:一、在摩擦力大小、方向都不變的情況下,應(yīng)該用可求。二、在摩擦力大小不變,方向改變時(shí),由微元法,可將變力功等效成恒力功求和。例1:質(zhì)量為m的物體,放在粗糙水平面上?,F(xiàn)使物體沿任意曲線緩慢地運(yùn)動(dòng),路程為s,物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。則拉力F做的功為多少?解:由微元法可知:F做的功應(yīng)等于摩擦力做功總和。例2:如圖所示,豎直固定放置的斜面AB的下端與光滑的圓弧軌道BCD的B端相切,圓弧面半徑為R,圓心O與A、D在同一水平面上,COB=
2、?,F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的小物體從斜面上的A點(diǎn)無初速滑下,已知小物體與AB斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。求(1)小物體在斜面體上能夠通過的路程;(2)小物體通過C點(diǎn)時(shí),對(duì)C點(diǎn)的最大壓力和最小壓力。解析(1)小物體在運(yùn)動(dòng)過程中,只有重力及摩擦力做功,小物體最后取達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零。設(shè)小物體在斜面上通過的總路程為s,由動(dòng)能定理得: 又 由式得:(2)小物體第一次到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度大,對(duì)C點(diǎn)壓力最大。由動(dòng)能定理 解式得小物體最后在BCD圓弧軌道上運(yùn)動(dòng),小物體通過C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道壓力最小。得: 解式得由牛頓第三定律知,小物體對(duì)C點(diǎn)壓力最大值為最小值 注意,摩擦力做功的公式中,s一般是物體運(yùn)動(dòng)的路程三、摩擦力大小、方向都在時(shí)刻
3、改變時(shí),速度V越大時(shí),壓力也越大,則由可知越大,f也越大,摩擦力做功越多。例1:連接A、B兩點(diǎn)的弧形軌道ACB與ADB是用相同材料制成的,它們的曲率半徑相同。如圖所示,一個(gè)小物體由A點(diǎn)以一定初速度v開始沿ACB滑到B點(diǎn)時(shí),到達(dá)B點(diǎn)速率為若小物體由A點(diǎn)以相同初速度沿ADB滑到B點(diǎn)時(shí),速率為與的關(guān)系:( )A B = C D 無法判斷解析A 物體沿ACB運(yùn)動(dòng)過程中受豎直向下的重力。垂直于軌道向上的支持力,沿切線方向的摩擦力,其中重力、支持力不做功,摩擦力做負(fù)功,又據(jù)圓運(yùn)動(dòng)的知識(shí),支持力的平均值小于重力,摩擦力的平均值較小。物體沿ADB運(yùn)動(dòng)過程中受豎直向下的重力、垂直于軌道向上的支持,沿切線方向的摩
4、擦力,重力、支持力不做功,摩擦力做負(fù)功,而此過程中支持力的平均值大于重力,摩擦力較大,而過程運(yùn)動(dòng)弧長(zhǎng)相同。所以沿ACB過程摩擦力做負(fù)功較小,到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速率較大,故選A正確。例2:如圖所示,地面上有一個(gè)半圓形軌道,一小物體(可視為質(zhì)點(diǎn))從一端離地面高為h的A點(diǎn)自由落下,恰好順著圓弧運(yùn)動(dòng),從另一端D點(diǎn)豎直向上射出,其最高點(diǎn)B距地面的高度為h/2,接著物體從B點(diǎn)又自由落下,返回到左邊的最高點(diǎn)( )A 低于C點(diǎn) B 高于C點(diǎn)C 恰在C點(diǎn) D 無法確定解析B 物體沿ACDB運(yùn)動(dòng)過程中應(yīng)用動(dòng)能定理可知: 即:由功能關(guān)系可知:由C到D過程中機(jī)械能損失為 , 同理可知:當(dāng)物體由BD到C過程中損失機(jī)械能小于 故
5、球一定能夠高于C點(diǎn)。例3:如圖所示,在豎直平面內(nèi)固定著1/4圓弧槽,圓弧槽的半徑為R,它的末端水平,上端離地高H,一個(gè)小球從上端A點(diǎn)無初速滑下,若小球的水平射程為S,求圓弧槽阻力做功。由平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)得:解:設(shè)小球脫離滑槽,開始做平拋運(yùn)動(dòng)的速度為由得:由動(dòng)能定理得: 05年高考試題(選)25(20分)如圖所示,一對(duì)雜技演員(都視為質(zhì)點(diǎn))乘秋千(秋千繩處于水平位置)從A點(diǎn)由靜止出發(fā)繞O點(diǎn)下擺,當(dāng)擺到最低點(diǎn)B時(shí),女演員在極短時(shí)間內(nèi)將男演員沿水平方向推出,然后自己剛好能回到高處A。求男演員落地點(diǎn)C與O點(diǎn)的水平距離s。已知男演員質(zhì)量m1和女演員質(zhì)量m2之比秋千的質(zhì)量不計(jì),秋千的擺長(zhǎng)為R,C點(diǎn)低5R。大家
6、一起來學(xué)習(xí)求如圖所示,滑塊A質(zhì)量m=0.01kg,與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2。用細(xì)線懸掛的小球質(zhì)量均為m=0.01kg且沿x軸均勻排列。A與第一只小球及小球與相鄰小球距離均為s=2m,且從左至右懸掛小球的線長(zhǎng)分別為 當(dāng)A與第一只小球間距為2m時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度 且正好沿著x軸正向運(yùn)動(dòng)。不計(jì)滑塊和小球大小且當(dāng)滑塊與球、球與球發(fā)生碰撞時(shí)機(jī)械能守恒,交換速度,碰后任一小球恰好能在堅(jiān)直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng)。( )(1)最左側(cè)懸掛小球的線長(zhǎng) 為多少?(2)滑塊在運(yùn)動(dòng)中能與幾個(gè)小球發(fā)生碰撞。(3)求出碰撞中第n個(gè)球懸線 的表達(dá)式。解析(1)設(shè)滑塊與第一個(gè)球碰撞前的速度為,由動(dòng)能定理得:滑塊與第一個(gè)球碰后
7、瞬間球速,對(duì)球上升過程中,由機(jī)械能守恒得:又因?yàn)榍蛟谧罡唿c(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律有,所以懸掛在最左側(cè)繩長(zhǎng)(2)對(duì)滑塊由動(dòng)能定理得所以滑塊滑行的總路程則滑塊在滑行過程中與小球碰撞個(gè)數(shù),應(yīng)取12個(gè)(3)設(shè)滑塊與第n個(gè)(n12)球碰前速度為由動(dòng)能定理得則滑塊與球碰后,球速若第n個(gè)懸線長(zhǎng)到最高點(diǎn)速度為對(duì)小球機(jī)械能守恒且在最高點(diǎn)由牛頓第二定律有聯(lián)立以上各式教師評(píng)語(yǔ)這是一道力學(xué)習(xí)題,可用來培養(yǎng)同學(xué)們的復(fù)合解題能力、考查的知識(shí)點(diǎn)有:動(dòng)能定理機(jī)械能守恒瞬間牛頓第二定律彈性碰撞時(shí)(不損失能量)由動(dòng)量守恒,能量守恒可知,質(zhì)量相等發(fā)生速度互換現(xiàn)象。漫談“動(dòng)量定理”的應(yīng)用動(dòng)量定理表明為對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)使物體的動(dòng)量發(fā)生改變
8、,其適用的范圍很廣,它不僅適用于恒力情形,而且也適用于變力情形,尤其在解決作用時(shí)間短,作用力大小隨時(shí)間變化的打擊、碰撞等問題時(shí),動(dòng)量定理要比拮牛頓定律方便得多,本文試從幾個(gè)角度談動(dòng)量定理的應(yīng)用。一、用動(dòng)量定理解曲線運(yùn)動(dòng)問題 例1以速度水平拋出一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體,若在拋出5s后未落地且未與其它物體相碰的,求它在5s內(nèi)動(dòng)量變化( )解析此題若求出末動(dòng)量,再求它與初動(dòng)量的矢量差,則極為繁瑣。由于平拋出去的物體只受重力且為恒力,故所求動(dòng)量的變化等于重力的沖量。則:注意:運(yùn)用求初、末速度必須在同一直線上,若不在同一直線,需考慮運(yùn)用矢量法則或動(dòng)量定理 求解。用求沖量,F(xiàn)必須是恒力,若F是變力,需用動(dòng)量
9、定理求解。二、用動(dòng)量定理解變質(zhì)量問題設(shè)在時(shí)間內(nèi)有質(zhì)量的物體參與作用,速度從零變到V,動(dòng)量定理可改寫成即,可理解為單位時(shí)間內(nèi)參與作用物體的質(zhì)量。例2一架質(zhì)量為M=500kg的直升飛機(jī),其螺旋槳把空氣以v=50m/s的速度下推,恰使直升飛機(jī)停在空中,則每秒種螺旋槳所推空氣的質(zhì)量為多少?解析飛機(jī)通過向下推空氣而獲得反沖力F,飛機(jī)停在空中,根據(jù)平衡方程,求出飛機(jī)與空氣的相互作用力F=Mg。每秒被推下的空氣的動(dòng)量變化等于飛機(jī)推力的沖量。故得每秒推下的空氣質(zhì)量三、用動(dòng)量定理解決碰擊問題打擊、碰撞過程的相互作用力,一般不是恒力,用動(dòng)量定理只需討論初、末狀態(tài)的動(dòng)量和作用力的沖量而不必討論每一瞬時(shí)力的大小和加速
10、度的大小問題例3蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張緊繃的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。一個(gè)質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員,從離水平面3.2m高處自由下落,著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平面5.0m高處。已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2s。則運(yùn)動(dòng)員對(duì)網(wǎng)的平均沖擊力是多少?利用“微元法”求解動(dòng)量問題解析運(yùn)動(dòng)員在與網(wǎng)接觸的過程中受到兩個(gè)力的作用,受力分析如圖所示,其合力的沖量即運(yùn)動(dòng)員動(dòng)量的改變。將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn),從高處下落,剛接觸網(wǎng)時(shí)速度的大小為 (向下)彈跳后到達(dá)的高度為,剛離網(wǎng)時(shí)速度大小 (向上)設(shè)向上的方向?yàn)檎?,?duì)運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸過程運(yùn)用動(dòng)量定理 有:由牛頓第三定律可知:運(yùn)動(dòng)員對(duì)網(wǎng)的平均作用力為四
11、、動(dòng)量定理的應(yīng)用可擴(kuò)展到全過程物體在不同階段受力情況不同,各力可以先后產(chǎn)生沖量,運(yùn)用動(dòng)量定理,就不用考慮運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)。例4質(zhì)量為m的物體靜止放在足夠大工業(yè)水平桌面上,物體與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)為,有一水平恒力F作用在物體上,使之加速前進(jìn),經(jīng)秒撤去力F后,物體運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間有多長(zhǎng)?解析本題若運(yùn)用牛頓定律解決,過程則較為繁瑣,運(yùn)用動(dòng)量定理則可一目了然。由于全過程初、末狀態(tài)動(dòng)量為零,對(duì)全過程運(yùn)用動(dòng)量定理有:故說明同學(xué)們可以嘗試運(yùn)用牛頓定律求解,掌握一題多解方法,同時(shí)比較各種方法的特點(diǎn),對(duì)今后的學(xué)習(xí)有較大的幫助。五、動(dòng)量定理的應(yīng)用可擴(kuò)展到物體系盡管系統(tǒng)內(nèi)各物體的運(yùn)動(dòng)情況不同,但各物體所受沖量之和仍等于各物體總
12、動(dòng)量的變化量,這也就是系統(tǒng)動(dòng)量定理。關(guān)于系統(tǒng)動(dòng)量定理的考查已經(jīng)在2003年高考命題中出現(xiàn),所以應(yīng)引起同學(xué)們的注意。例5質(zhì)量為M的金屬塊和質(zhì)量為m的木塊通過細(xì)線連在一起,從靜止開始以加速度a在水中下沉,經(jīng)時(shí)間,細(xì)線斷裂,金屬塊和木塊分離,再經(jīng)過時(shí)間木塊停止下沉,此時(shí)金屬塊的速度多大?(設(shè)此時(shí)金屬塊還沒有碰到底面)解析金屬塊和木塊作為一個(gè)系統(tǒng),整個(gè)過程系統(tǒng)受到的重力和浮力的沖量作用,設(shè)金屬塊和木塊的浮力分別為 和 ,木塊停止時(shí)金屬塊的速度為 ,取豎直向下為正方向,對(duì)全過程運(yùn)用動(dòng)量定理得: 斷細(xì)線前對(duì)系統(tǒng)有:聯(lián)立得在生活、生產(chǎn)、科技中我們常遇見到流質(zhì)類物體與其他物體相互作用的情況,學(xué)生對(duì)此類問題因不
13、能正確建模,往往難以下手,所以本文就此類進(jìn)行點(diǎn)拔指導(dǎo)。例1水力采煤時(shí),用水槍在高壓下噴出強(qiáng)力的水柱沖擊煤層,設(shè)水柱直徑d為30cm,水速v=50m/s,假設(shè)水柱垂直射在煤層表面上,沖擊煤層后水的速度變零,求水柱對(duì)煤層的平均沖擊力。解析本題的關(guān)鍵是研究對(duì)象的選取,如果所求的是整體受力,一般取整體為研究對(duì)象,如果所求的是動(dòng)量變化那部分質(zhì)量的受力,一般取該部分質(zhì)量為研究對(duì)象。取時(shí)間內(nèi)射到煤層的水量為研究對(duì)象,如圖所示,以水速方向?yàn)檎较?,?jù)動(dòng)量定理有:所以代入數(shù)據(jù)得負(fù)號(hào)表示水柱受到的平均沖擊力方向與水速方向相反。根據(jù)牛頓第三定律,水柱對(duì)煤層的平均沖擊力大小為 ,方向與水速方向相反。教師點(diǎn)評(píng)連續(xù)流體系
14、統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)內(nèi)動(dòng)量發(fā)生變化僅是質(zhì)量為的部分流體,解決這類問題時(shí),我們通常以為研究對(duì)象,應(yīng)用動(dòng)量定理求解,對(duì)的正確表達(dá)是解決這類問題的關(guān)鍵。例2高壓水槍豎直向上噴出水柱將一個(gè)質(zhì)量為m、開口向下的小鐵盒頂在空中,如圖所示,已知水以恒定的速度從橫截面積為S的水槍中持續(xù)不斷地噴出,沖擊鐵盒后,以同樣的速率返回。求鐵盒穩(wěn)定懸浮的位置距水槍口的高度h。解析水槍噴出的水做豎直上拋運(yùn)動(dòng),設(shè)水上升到h高度時(shí)速度為v,單位時(shí)間內(nèi),水槍噴出水的質(zhì)量為,則在水與鐵盒相互作用的過程中,受鐵盒的作用力為F,由于水中的每一滴與盒的作用時(shí)間極短,可忽略水的重力,取向上為正方向,由動(dòng)量定理得: ,對(duì)鐵盒有F=mg,又,聯(lián)立以
15、上各式解得:教師點(diǎn)評(píng)對(duì)于連續(xù)物質(zhì)對(duì)其它物體作用的問題,常選一質(zhì)量元作研究對(duì)象進(jìn)行研究,這種處理問題的思維方法望同學(xué)們重視,這是以后我們?cè)趯W(xué)習(xí)電流強(qiáng)度時(shí)推導(dǎo)電流強(qiáng)度微觀表達(dá)式、學(xué)習(xí)磁場(chǎng)力證明洛倫茲力等公式的保證。05年高考試題(選)答案25解:設(shè)分離前男女演員在秋千最低點(diǎn)B的速度v0,由機(jī)械能守恒定律設(shè)剛分離時(shí)男演員速度的大小為v1,方向與v0相同女演員速度的大小為v2,方向與v0相反,由動(dòng)量守恒, 分離后,男演員做平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)男演員從被推出到落在C點(diǎn)所需的時(shí)間為t,根據(jù)題給條件,由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律,根據(jù)題給條件,女演員剛好回A點(diǎn),由機(jī)械能守恒定律, ,已知m1=2m2, 由以上各式可得x=8R。表?yè)P(yáng)期中考試物理成績(jī)優(yōu)秀的同學(xué)百分段學(xué)生名單張嘉赫、康樹鵬、曲天直、劉光耀、信 通、王鳳鑫馮浩源、姚程文九十分段學(xué)生名單史小汐、劉厶源、裴建宇、李青聘、高 雪、王宇佳丁春敏、劉家赫、何金洋、李浩銘、譚海超、曲睿祺曲 瑞、張 濤、王嘉煜、付 堯、蘭云鶴、翟艷偉王 金、胡美琦、姚 實(shí)、于 躍、朱精精、譚夢(mèng)巖李瑞田、李 奇、劉 博、于懿源、張朋中、李 木董家強(qiáng)、袁 博、野環(huán)鵬、李玲玲、丁 浩、孫晗毓徐 瑩、鄂朋宇、宋 麟、韓 健、李志強(qiáng)、張 建吳 迪、張政強(qiáng)、魏龍賀、李 鵬、于 劍思維比知識(shí)更重要! 知識(shí)與思維有密切的聯(lián)系,但決不是同一個(gè)東西。物理教學(xué)就是叫學(xué)生怎樣思考、叫學(xué)生善于獨(dú)立思考。3
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