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高中物理连接体问题中牵引力分配

高中物理连接体问题中牵引力分配

力学中,只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分支,叫作运动学;研究运动和力的关系的分支,叫作动力学。动力学知识在生产和科学研究中很重要,设计各种机器,控制交通工具,研究天体运动等,都离不开动力学知识。

也可以说:“运动和力的关系”是物理学研究的永恒主题。因而在历年的高考中,牛顿运动定律的应用是高考的高频考点,考题情景虽然常考常新,但是连接体问题是这一基本的情景都会在考题中找到它的影子。下面就牛顿运动定律的应用的几个问题做简单分类的整理,供同学们参考。

连接体:多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆联系)在一起构成的物体系统称为连接体.连接体一般具有相同的运动情况(速度、加速度).

1.同速连接体

特点:两物体通过弹力、摩擦力作用,具有相同速度和相同加速度.

处理方法:用整体法求出a与F的关系,用隔离法求出F内力与a的关系。

2.关联速度连接体

特点:两连接物体的速度、加速度大小相等,方向不同,但有所关联.

处理方法:分别对两物体隔离分析,应用牛顿第二定律进行求解.

基本模型在恒定拉力的作用下,质量分别为12的小物块A一起沿光滑的水平面做匀加速直线运动,求:A间轻绳的拉力大小?
解析隔离m2
受力分析——水平方向上只受轻绳的拉力T(沿绳水平向右) 
由牛顿第二定律:
………………(1)
整体受力分析——只受恒定拉力F(水平向右)
由牛顿第二定律:
…………(2)
联立(1)、(2)可解得:
结论牵引力按质量分配——条件:运动方向上,m2只受轻绳的拉力。
-模型变式延伸思考-
变式一光滑的水平面动摩擦因数为的水平面
解析】隔离m2
受力分析——水平方向上受轻绳的拉力T(沿绳水平向右) 、地面的摩擦力f2(水平向左)
由牛顿第二定律:
…………(1)
整体受力分析——受恒定拉力F(水平向右)、地面对它们的摩擦力f1、f2(均水平向左)
由牛顿第二定律:
……(2)
联立(1)、(2)可解得:
结论牵引力按质量分配——条件:运动方向上,m2除了受轻绳的拉力,还受地面对它的摩擦力。

变式二在水平面运动沿竖直方向运动
解析】隔离m2
受力分析——竖直方向上受轻绳的拉力T(沿绳竖直向上) 、重力G2(竖直向下)
由牛顿第二定律:
…………(1)
整体受力分析——受恒定拉力F(竖直向上)、它们的重力G1G2(均竖直向下)
由牛顿第二定律:
……(2)
联立(1)、(2)可解得:
结论牵引力按质量分配——条件:运动方向上,m2除了受轻绳的拉力,还受重力。
变式三在光滑水平面运动沿光滑斜面运动
解析】隔离m2
受力分析——沿斜面向上受轻绳的拉力T(沿绳斜向上) 、重力G2(竖直向下)、支持力N2(垂直斜面向上)
由牛顿第二定律:
…………(1)
整体受力分析——受恒定拉力F(沿绳斜向上)、它们的重力G1、G2(均竖直向下)、支持力N1、N2(均垂直斜面向上)
由牛顿第二定律:
……(2)
联立(1)、(2)可解得:
结论牵引力按质量分配——条件:运动方向上,m2除了受轻绳的拉力,还有重力沿斜面方向上的分力。
变式四在光滑水平面运动沿动摩擦因数为斜面运动
解析】隔离m2
受力分析——沿斜面向上受轻绳的拉力T(沿绳斜向上) 、重力G2(竖直向下)、支持力N2(垂直斜面向上)、摩擦力f2(沿斜面向下)
由牛顿第二定律:
…………(1)
整体受力分析——受恒定拉力F(沿绳斜向上)、它们的重力G1、G2(均竖直向下)、支持力N1、N2(均垂直斜面向上)、摩擦力f1、f2(均沿斜面向下)
由牛顿第二定律:
……(2)
联立(1)、(2)可解得:
结论牵引力按质量分配——条件:运动方向上,m2除了受轻绳的拉力,还有重力沿斜面方向上的分力、以及摩擦力。

归纳总结:(1)特点——分母为总质量,分子为后面物体的质量。

(2)条件——物体2只受轻绳的拉力、或者物体1和2共同受到与其质量成正比的其他力(比如:重力、摩擦力等)。
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1.(同速连接体)(多选)如图1所示,材料相同的物体m1m2由轻绳连接,在恒定拉力F 的作用下沿斜面向上加速运动,轻绳拉力的大小(    )

 A.与斜面的倾角θ 有关

B.与物体和斜面之间的动摩擦因数μ 有关

C.与两物体的质量m1m2有关

D.若改用F沿斜面向下拉连接体,轻绳拉力的大小与θμ 无关

参考答案C D】

2.(多选)如图2所示,水平地面上有三个靠在一起的物块ABC,质量均为m,设它们与地面间的动摩擦因数均为μ,用水平向右的恒力推物块A,使三个物块一起向右做匀加速直线运动,用F1F2分别表示AB之间相互作用力的大小,则下列判断正确的是( )

A.若μ≠0,则F1F2=2∶1

B.若μ≠0,则F1F2=3∶1

C.若μ=0,则F1F2=2∶1

D.若μ=0,则F1F2=3∶1

参考答案:A C】

3.(多选)如图3所示,在粗糙的水平面上,质量分别为mM的物块AB用轻弹簧相连,两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ,当用水平力F作用于B上且两物块共同向右以加速度a1匀加速运动时,弹簧的伸长量为x1;当用同样大小的恒力F沿着倾角为θ的光滑斜面方向作用于B上且两物块共同以加速度a2匀加速沿斜面向上运动时,弹簧的伸长量为x2,则下列说法正确的是(  )

A.若m>M,有x1x2       B.若m<M,有x1x2

C.若μ>sinθ,有x1>x2       D.若μ<sinθ,有x1<x2

参考答案:A B】

4.(多选)如图4所示,abc为三个质量均为m的物块,物块ab通过水平轻绳相连后放在水平面上,物块放在b上.现用水平拉力作用于a,使三个物块一起水平向右匀速运动.各接触面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g.下列说法正确的是(  )

A.该水平拉力大于轻绳的弹力

B.物块c受到的摩擦力大小为μmg

C.当该水平拉力增大为原来的1.5倍时,物块c受到的摩擦力大小为0.5μmg

D.剪断轻绳后,在物块b向右运动的过程中,物块c受到的摩擦力大小为μmg

参考答案:A C D】

5.(高考题)(2020·江苏卷·5)中欧班列在欧亚大陆开辟了“生命之路”,为国际抗疫贡献了中国力量.某运送防疫物资的班列由40节质量相等的车厢组成,在车头牵引下,列车沿平直轨道匀加速行驶时,第2节对第3节车厢的牵引力为F若每节车厢所受摩擦力、空气阻力均相等,则倒数第3节对倒数第2节车厢的牵引力为(  )

A.F       B.19F /20        C.F/19         D.F/20

参考答案:C】

6.(关联速度连接体)(多选)物块B放在光滑的水平桌面上,其上放置物块A,物块A、C通过细绳相连,细绳跨过定滑轮,如图5所示,物块A、B、C质量均为m,现释放物块C,A和B一起以相同加速度加速运动,不计细绳与滑轮之间的摩擦力,重力加速度大小为g,则细线中的拉力大小及A、B间的摩擦力大小分别为(  )

参考答案:B D】

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