第四章 专题四 动力学中的连接体问题和临界问题-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册创新导学案课件PPT（人教版2019）

第四章　运动和力的关系 专题四　动力学中的连接体问题和临界问题 目录 1 2 课堂探究评价 KE TANG TAN JIU PING JIA 课后课时作业 KE HOU KE SHI ZUO YE 目录 课堂探究评价 KE TANG TAN JIU PING JIA 目录 探究1 探究2 探究　　连接体的动力学问题 * 1．什么是连接体的动力学问题 连接体的动力学问题，是指几个物体或上下叠放在一起，或前后挤靠在一起，或通过轻绳、轻弹簧、轻杆等连在一起组成物体系统，做加速度不为零的运动，求解各物体所受的力、运动参量等的问题。 目录 探究1 探究2 * 2．常见的连接体模型 3．连接体动力学问题的分类 (1)系统内各物体的加速度相同； (2)系统内各物体的加速度不同(包括加速度大小相等但方向不同)。 目录 探究1 探究2 方法 整体法 隔离法 方法 简述 把加速度相同的多个物体看作一个整体，根据牛顿运动定律列方程求解 把其中的一个物体或几个物体隔离出来，根据牛顿运动定律列方程求解 优点 不必考虑系统内的相互作用力 可以求解系统内各物体的详细受力、运动情况 选用 原则 系统内各物体的加速度大小、方向必须均相同；只能求系统整体的加速度、所受外力等 系统内各物体的加速度相同或不同均适用；求系统内某个物体所受的作用力、加速度等 注意 事项 若加速度大小相等但方向不同，不能用整体法根据牛顿第二定律列式 通常选受力个数较少的物体为研究对象 * 4．连接体动力学问题的解题方法 目录 探究1 探究2 * 深化思考：若连接体问题中的绳子、弹簧、杆相对于所连接的物体不是足够“轻”，应如何建立物理模型解题？为此，我们分析以下问题。如图所示，通过辘轳用绳子悬挂着质量为M的空水桶沿竖直方向以加速度a匀加速往井下放，绳子单位长度的质量为m0，当绳子长度为l时(桶还未入水)，绳子竖直部分各处的张力大小相等吗？ 目录 探究1 探究2 提示 提示：设绳子竖直部分距水桶与绳的结点为x处的张力大小为F，依题意，x处以下的绳子的质量为m＝m0x 将水桶及x处以下的绳子隔离分析，根据牛顿第二定律有Mg＋mg－F＝(M＋m)a 联立可解得F＝(M＋m0x)(g－a)(x≤l) 根据F的表达式可知：绳子的质量不可忽略时，绳子竖直部分各处的张力大小不相等。 目录 探究1 探究2 答案 * 例1 (多选)如图所示的装置叫阿特伍德机。绳子两端的物体竖直运动的加速度大小总是小于自由落体的加速度g，这使得实验者可以有较长的时间从容地观测、研究。已知物体A、B的质量均为M，物体C的质量为m。轻绳与轻滑轮间的摩擦不计，轻绳不可伸长且足够长。物体A、B、C由图示位置静止释放后(　　) A．绳子上的拉力大小T＝(M＋m)g B．物体A的加速度a＝eq \f(m,2M＋m)g C.eq \f(M,m)的取值小一些，便于观测和研究 D.eq \f(M,m)的取值大一些，便于观测和研究 目录 探究1 探究2 规范解答 [规范解答]　对物体A，由牛顿第二定律得T－Mg＝Ma，对B、C整体，由牛顿第二定律得(M＋m)g－T＝(M＋m)a，联立解得T＝Mg＋eq \f(Mmg,2M＋m)，a＝eq \f(m,2M＋m)g，故A错误，B正确；由a＝eq \f(m,2M＋m)g＝eq \f(1,\f(2M,m)＋1)g知，eq \f(M,m)的取值大一些，则a小一些，便于观测和研究，故C错误，D正确。 目录 探究1 探究2 答案 * 例2 某列车由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4节对第5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4节对倒数第5节车厢的作用力为(　　) A．F B.eq \f(F,9) C.eq \f(F,19) D.eq \f(F,20) 目录 探究1 探究2 规范解答 [规范解答]　根据题意可知第4节车厢对第5节车厢的牵引力为F，每节车厢质量相等，设为m，每节车厢所受阻力相同，设为Ff。以第5～40节车厢为研究对象，根据牛顿第二定律有F－36Ff＝36ma，设倒数第5节车厢对倒数第4节车厢的牵引力为F′，以最后四节车厢为研究对象，则根据牛顿第二定律有F′－4Ff＝4ma，联立解得F′＝eq \f(F,9)，根据牛顿第三定律可得倒数第4节车厢对倒数第5节车厢的作用力大小也为eq \f(F,9)，故B正确。 目录 探究1 探究2 * “串联式”连接体中力的“分配协议” 如下列各图所示，对于一起做加速运动的物体系统，m1和m2间的弹力或中间绳的拉力F12的大小遵守以下力的“分配协议”： 目录 探究1 探究2 * (1)若外力F作用于m1上，则F12＝eq \f(m2F,m1＋m2)。 (2)若外力F作用于