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012牛顿第二定律桥梁-加速度

时间:2023-08-20 15:32:23

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012牛顿第二定律桥梁-加速度

高三物理一轮复习,你好,我是王老师

今天这一期我们继续讲一下牛第二定律。

在上一期,我和你主要说了牛顿运动定律,它解决了两个主要问题,由力搞定运动,或者是由运动搞定力。

但是不管你解决任何一个物理量,你会发现有一个最关键、最核心的物理量,必须面对,这个物理量就是加速度。

今天我就重点讲解一下加速度。

在做牛顿运动定律这一章节的题目的时候,你应该会发现,题目会常常让你求解加速度,或者间接的求解加速度。如此重要的物理量,我已经帮你总结了几种常用求解加速度的方法,到目前为止,基本上有4种方法可以求解加速度:

第1种,根据加速度的定义,a=∆v/∆t。一段时间之内速度的变化量,这是最基本的一种方法;

第2种,根据运动学的公式,求解加速度。前面讲过的各个运动学的公式,基本都包含加速度。当你使用运动学求解加速度的时候,也就意味着你要由运动求解力了。

第3种,就是牛顿第二定律,F=ma这个经典公式。使用这个公式,肯定少不了受力分析,然后通过力求解加速度。这时,你肯定是由力来求解运动了。

最后第4种,是大家最最常用的方法,它就是V-t图。通过图像求解加速度,简单直观。是那些图像题目惯用的考法,年年都有。押题不押V-t图,不如回家考红薯。

以上这4种求解加速度的方法是最基本,最常用的方法。

当你在求解加速度的时候,你不妨想一想,我应该使用哪一种方法求解加速度呢?接下来,你可以选定其中的某一个方法,开始求解了。这4种方法今天就不一一展开说了。

但有两点关于加速度,需要详细研究一下。

第1点,加速度具有瞬时性。你做题你就经常会发现,题目问你某个物体瞬间加速度是多少?或者某个物体瞬间受到的力是多少?这其实研究加速度的瞬时特性。对于这一点,最具代表性的就是弹簧和细绳了。

关于弹簧和细绳的受力分析,还是有一些细微的差别。

细绳一般认为它是一种不可伸长、没有形变的。它只能提供拉力,不能提供支持力,不拉绳子,绳子就没有力,也就是说绳子上力的可以瞬间消失;

而弹簧呢,它可以伸展,也可以收缩,在伸展和收缩的过程中,力的大小与形变量有关。当作用在弹簧上的外力消失时,弹簧上力不是瞬间变化,弹簧本身还是有弹力的,它是逐渐地恢复到原长,力也是逐渐变化,直到恢复原长。

比如说我剪断弹簧和剪断绳子,绳子上的力立即消失了,而对弹簧来说,瞬间力还是存在的,是逐渐消失的。

我通过一个例题针对这一点带你理解一下:

题目中,B放在原来处于平衡状态的A物块上,让你求解这个瞬间a对b的支持力。你想,A物块下方是弹簧,B放上去的瞬间,弹簧其实还来不及形变的。但是A物块所受到的外力已经发生改变了,既然外力改变了,A物块它就不是平衡状态了,既然它已经不是平衡状态了,那它肯定就得具有加速度。

A的运动状态分析清楚后,就可以使用牛顿第二定律求解了。

对A做一下受力分析:

A平衡时,重力等于弹簧弹力。列出受力平衡方程式,公式一;

当B放在A上的一瞬间,A受到自身的重力,B对A的压力,以及弹簧对A的支持力。由于此时弹簧来不及形变,弹簧的弹力就等于在A在平衡状态之下的重力,根据受力分析,就可以写出公式二;

你看公式2,知道A的重力,弹簧的弹力,要求解FN,还需要搞定加速度。为了解决加速度a,还需要找到一个等式,就需要对B做受力分析。

B受到自身的重力,A对B的支持力,根据牛顿第二定律,写出得到公式三。

在公式2和公式3里面都有加速度a,那这两个加速度a是否是一样的呢?

当然一样的了,因为B压着A准备和A一起向下运动,它们相当于一个整体压着弹簧,向下去运动。

所以A和B的加速度相等,联立公式2和公式3,就可以求得它们加速度大小了。找到了加速度,就是找到了桥梁,后面就简单了。

把加速度的值带回到公式2求解,计算得B对A的压力为15N。

答案选C。

这道题讲到这里就算搞定了,当对A和B受力分析的时候,你有没有发现它们有一个关系,就是A和B具有相同的加速度。

如果你用公式2去加公式3,就会得到一个新的公式,这个公式有什么含义么?

你看,如果对AB做整体受力分析,当在B放在A上的瞬间,A和b具有相同的加速度时,AB物块在一起,受到整体的重力,弹簧的支持力,AB之间的内力在整体法分析里不需考虑,这样就可以直接写出公式四了。

你看,只要加速度相同,多个物体就可以使用整体法进行分析,这就是关于加速度,需要你理解的第2点了。

好,我们继续看一下第二个例题。

BC三个物体两两连在一起,静止释放的时候,BC重,会一起下降,A就会上升,三个物体通过一根绳子连接在一起,又都是由静止开始运动,同一根绳子,速度大小相等,所以A与BC,它们的加速度大小是一样的。

注意这里我说的是“大小”,但是A与BC的加速度方向可不一样,A向上,BC向下。所以是不能对ABC三个物体一起进行整体分析。

但是B和C加速度大小、方向都一样,就可以对B和C进行整体分析了。

先对BC做受力分析,整体受到拉力和重力,它们所具有的加速度为a,这样就可以写出公式1;

再对A物体做受力分析,A也受到拉力和自身的重力,根据牛顿第二定律写出公式2;

公式1和公式2中的加速度方向不同,但是大小值是一样的,可以联立进行求解,最终计算得到加速度a=g/9。

A物体的加速度大小 g /9, 方向向上,BC作为整体,它们的加速度大小也为 g /9,但是方向向下。

选项A错误,B正确。

C、 D选项,要求解C对B的拉力,可以使用隔离法对C进行受力分析,为啥是对C隔离分析呢?你可以出门左转,听一下整体法与隔离法的那一期内容。C对B的拉力就是B对C的拉力。

物体C受到自身的重力,B对 C的拉力,既然在AB选项中,加速度已经求出来了,你就可以使用牛顿第二定律写出公式3,最后求解拉力T为8/9 mg。

选项d正确,最终这道题答案为B和D

当对物体使用整体法进行受力分析的时候你是需要判断各个物体的加速度是否相同?这个“相同”不仅是大小相同,而且方向也是要一样的。

最后,我还是带你今天一起回顾一下讲解的主要内容。

加速度是牛顿定律在求解过程中的一个关键物理量。

加速度目前有4种方法可以求解它,分别是定义法,运动学公式,牛顿第二定律以及图像法。

同时加速度还具有瞬时特性,那么针对瞬时特性最爱考的两类模型就是绳和弹簧。绳子的力为瞬时力,而弹簧的力,它是缓慢变化的,不会在瞬间发生改变。

最后,当你需要对物体进行整体法受力分析的时候,首先要判断两个或者多个物体它们的加速度是否一样,不仅方向要相同,而且大小要一样下面就可以用整体法进行受力分析了。

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