见证奇迹情境之一:弹簧与绳子上弹力突变的瞬间
典例1 如图所示,将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上,中间用一轻弹簧连接,两侧用细绳固定于墙壁.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方向向右
【分析】 剪断右侧绳子的瞬间,弹簧的弹力不变,故a的受力没有任何变化,A对;b受到向左的弹力而有向左运动的趋势,摩擦力Ffb方向必定向右,D对.答案:AD
见证奇迹情境之二:接触面上的弹力发生突变瞬间
典例2 如图所示,木块A、B的质量分别为m1、m2,紧挨着并排放在光滑的水平面上,A与B间的接触面垂直于图中纸面且与水平面成θ角,A与B间的接触面光滑.现施加一个水平力F作用于A,使A、B一起向右运动且A、B不发生相对运动,求F的最大值.
【分析】 木块A、B一起向右做匀加速运动,F越大,加速度a越大,则垂直于A、B接触面的弹力越大,水平面对A的弹力N地越小.A、B不发生相对运动的临界条件是N地=0,此时木块A受到重力m 1g、B对A的弹力N和水平力F三个力的作用,根据牛顿第二定律,对A有:F-Nsinθ=m1a,Ncosθ=m1g.,对A、B整体有F=(m1+m2)a,由以上三式可得,F的最大值为:Fm=m1(m1+m2)gtan θ/m2
见证奇迹情境之三:斜面上的弹力发生突变的瞬间
典例3 如图所示,水平地面上有一楔形物块a,其斜面上有一小物块b,b与平行于斜面的细绳的一端相连,细绳的另一端固定在斜面上.a与b之间光滑,a和b以共同速度在地面的光滑段向左匀速运动.当它们刚运行至地面的粗糙段时,下列说法可能正确的是
A.绳的张力减小,地面对a的支持力不变
B.绳的张力减小,地面对a的支持力增大
C.绳的张力增大,斜面对b的支持力不变
D.绳的张力增大,斜面对b的支持力增大
【分析】在a和b以共同速度刚好滑行到粗糙段的瞬间,a的加速度只能向右,而b由于绳子不能伸长,故其水平向右的分加速度不可能大于a的加速度,竖直向上的分加速度一定大于等于零,这一点是本题突破的关键所在.答案:AB
瞬时加速度问题
在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时,经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型.全面准确地理解它们的特点,可帮助我们灵活正确地分析问题.
1.这些模型的共同点:都是质量可忽略的理想化模型,都会发生形变而产生弹力,同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关.
2.这些模型的不同点
(1)轻绳:只能产生拉力,且方向一定沿着绳子背离受力物体,不能承受压力;绳子的弹力可以发生突变——瞬时产生、瞬时改变、瞬时消失.
(2)轻杆:既能承受拉力,又可承受压力,施力或受力方向不一定沿着杆;杆的弹力也可以发生突变.
(3)轻弹簧:既能承受拉力,也可承受压力,力的方向沿弹簧的轴线,弹力的大小遵循胡克定律;因形变量较大,产生形变或使形变消失都有一个过程,故弹簧的弹力不能突变.
(4)橡皮绳:只能承受拉力,不能承受压力;遵循胡克定律,不能突变.
连接体问题
1.连接体问题
在研究力和运动的关系时,经常会涉及相互联系的物体之间的相互作用,这类问题称为“连接体问题”.连接体一般是指由两个或两个以上有一定联系的物体构成的系统.
2.解连接体问题的基本方法:整体法与隔离法.
常见的连接体一般具有加速度相同的特点,解答关于连接体的习题需要抓住加速度这一联系量,并优先考虑使用整体法解答,但涉及内力时应使用隔离法.
隔离法与整体法,不是相互对立的,一般问题的求解中,往往两种方法交叉运用,相辅相成.无论哪种方法均以尽可能避免或减少非待求量(即中间未知量的出现,如非待求的力,非待求的中间状态或过程等)的出现为原则.
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