人教版高中物理必修第一册第四章素养提升课(六)连接体问题、临界问题、动力学图像问题课件

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第四章　运动和力的关系素养提升课(六)　连接体问题、临界问题、动力学图像问题1．学会处理动力学中的连接体问题。2．学会处理动力学中的临界问题。3．学会处理动力学中的图像问题。探究重构·关键能力达成探究1　动力学中的连接体问题1．常见连接体模型两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体。常见模型如图所示。2．外力和内力如果以物体(包括物体间的绳、弹簧等)组成的系统为研究对象，则系统之外的作用力为该系统受到的外力，而系统内各物体间的相互作用力为该系统的内力。3．处理连接体问题的方法(1)整体法：把多个物体组成的系统作为一个研究对象来分析的方法。不必考虑系统内力的影响，只考虑系统受到的外力。(2)隔离法：把系统中的各个部分(或某一部分)隔离，作为一个单独的研究对象来分析的方法。此时系统的内力就有可能成为该研究对象的外力，在分析时要特别注意。【典例1】　如图所示，A、B、C三个物体以轻质细绳1、2相连，mA＝2 kg，mB＝3 kg，mC＝1 kg，A、C与水平桌面间的动摩擦因数μ＝0.25，不计绳2与滑轮间的摩擦，取g＝10 m/s2，求：(1)系统的加速度大小；(2)绳1和绳2中的张力大小。[思路点拨]　解此题应抓住以下两点：(1)物体A、B、C的加速度大小相等。(2)物体A、C与水平桌面间存在摩擦力，且动摩擦因数相同，所以A、C可以看作一个“小整体”。 [解析]　设系统的加速度大小为a，绳1的张力大小为F1，绳2的张力大小为F2。对物体C由牛顿第二定律得F1－μmCg＝mCa对A、C整体由牛顿第二定律得F2－μ(mA＋mC)g＝(mA＋mC)a对物体B由牛顿第二定律得mBg－F2＝mBa联立解得a＝3.75 m/s2，F1＝6.25 N，F2＝18.75 N。[答案]　(1)3.75 m/s2　(2)6.25 N　18.75 N 规律方法　整体法与隔离法的选用(1)求解各部分加速度都相同的连接体问题时，要优先考虑整体法；如果还需要求物体之间的作用力，再用隔离法。(2)求解连接体问题时，随着研究对象的转换，往往两种方法交叉运用。一般的思路是先用其中一种方法求加速度，再用另一种方法求物体间的作用力或系统所受合力。(3)无论运用整体法还是隔离法，解题的关键还是在于对研究对象进行正确的受力分析。  √  √√ 探究2　动力学中的临界问题1．动力学中的典型临界问题(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离的临界条件是弹力N＝0。(2)相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑动的临界条件为静摩擦力达到最大值。(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限的，绳子断与不断的临界条件是张力等于它所能承受的最大张力。绳子松弛的临界条件是T＝0。(4)加速度最大与速度最大的临界条件：当物体在受到变化的外力作用下运动时，其加速度和速度都会不断变化。当所受合外力最大时，具有最大加速度；合外力最小时，具有最小加速度。当加速度为零时，所对应的速度便会出现最大值或最小值。2．求解临界极值问题的三种常用方法(1)极限法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的。(2)假设法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题。(3)数学方法：将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出临界条件。    [母题变式]　本题中若劈的加速度为a3＝2g且水平向左加速运动时，绳的拉力又为多大？ [针对训练]3．如图所示，有一倾角为θ的光滑斜面，放在水平面上，用固定在斜面上的竖直挡板A与斜面夹住一个光滑球，球的质量为m。若要使球对竖直挡板无压力，球连同斜面应一起(　　)A．水平向右加速，加速度a＝g tan θB．水平向左加速，加速度a＝g tan θC．水平向右减速，加速度a＝g sin θD．水平向左减速，加速度a＝g sin θ√B　[球对竖直挡板无压力时，球的受力分析如图所示，重力mg和斜面支持力N的合力方向水平向左。F＝mg tan θ＝ma，解得a＝g tan θ，因此斜面应向左加速或者向右减速，故B正确。] √ 探究3　动力学中的图像问题1．动力学图像2．分析方法：就图像本身而言，分析方法与运动学图像相同，即关注“点、线、斜率、截距、面积”等元素，只是动力学图像问题增加了受力分析，以及应用牛顿第二定律求解物体的加速度(或质量、受力等)。3．解题关键：充分挖掘图像隐含条件或信息，并把运动学图像和力的图像结合分析。【典例3】　(多选)粗糙的水平地面上一物体在水平拉力作用下做直线运动，水平拉力F及运动速度v随时间变化的图像如图甲和图乙所示。重力加速度g＝10 m/s2。以下说法正确的是(　　)A．第2 s内物体位移大小是4 mB．0～4 s过程中物体做匀变速直线运动C．物体的质量m＝5 kgD．物体与地面间的动摩擦因数为0.1√√ [针对训练]5．(2023·全国甲卷)(多选)用水平拉力使质量分别为m甲、m乙的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为μ甲和μ乙。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知(　　)A．m甲m乙C．μ甲μ乙√√BC　[对水平面上的物体根据牛顿第二定律有F－μmg＝ma，整理得F＝ma＋μmg，则F-a图像中图线的斜率k＝m，截距为μmg，由题F-a图像可知k甲>k乙，则m甲>m乙，A错误，B正确；由题F-a图像可知两图线的截距相同，则μ甲m甲g＝μ乙m乙g，因为m甲>m乙，所以μ甲