高中物理-第三章-牛顿运动定律练习.doc

第三章 牛顿运动定律考点解读内容要求说明16、牛顿第一定律，惯性17、牛顿第二定律，质量，圆周运动中的向心力18、牛顿第三定律19、牛顿力学的适用范围20、牛顿定律的应用21、万有引力定律的应用，人造地球卫星的运动（限于圆轨道）22、宇宙速度23、超重和失重24、共点力作用下的物体的平衡本章内容包括力的概念及其计算方法，重力、弹力、摩擦力的概念及其计算，牛顿运动定律，物体的平衡，失重和超重等概念和规律。其中重点内容重力、弹力和摩擦力在牛顿第二定律中的应用，这其中要求学生要能够建立起正确的“运动和力的关系”。因此，深刻理解牛顿第一定律，则是本章中运用牛顿第二定律解决具体的物理问题的基础。本章中所涉及到的基本方法有：力的分解与合成的平行四边形法则，这是所有矢量进行加、减法运算过程的通用法则；运用牛顿第二定律解决具体实际问题时，常需要将某一个物体从众多其他物体中隔离出来进行受力分析的“隔离法”，隔离法是分析物体受力情况的基础，而对物体的受力情况进行分析又是应用牛顿第二定律的基础。因此，这种从复杂的对象中隔离出某一孤立的物体进行研究的方法，在本章中便显得十分重要。知识网络牛顿第一定律 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 物体的这种性质叫做惯性。惯性是物体的固有属性，衡量惯性的大小的物理量是质量。牛顿运动定律牛顿第二定律 物体加速度的大小跟它所受合外力的大小成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向与合外力方向相同。表达式F合=ma，其中F单位：牛（N）；m单位：千克（kg）；a单位：米秒2(m/s2)。意义：力是改变物体运动状态的原因。牛顿第三定律 两个物体间相互作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 (作用力与反作用力同时产生，同时消失，是同种性质的力，它们分别作用在不同的物体上，不存在“平衡问题。)解题方法指导【例1】在光滑水平面上的木块受到一个方向不变，大小从某一数值逐渐变小的外力作用时，木块将作 A匀减速运动 B匀加速运动 C速度逐渐减小的变加速运动 D速度逐渐增大的变加速运动【分析】 木块受到外力作用必有加速度，已知外力方向不变，数值变小，根据牛顿第二定律可知，木块加速度的方向不变，大小在逐渐变小，也就是木块每秒增加的速度在减少，由于加速度方向与速度方向一致，木块的速度大小仍在不断增加，即木块作的是加速度逐渐减小速度逐渐增大的变加速运动【答】 D【例2】一个质量m=2kg的木块，放在光滑水平桌面上，受到三个大小均为F=10N、与桌面平行、互成120角的拉力作用，则物体的加速度多大？若把其中一个力反向，物体的加速度又为多少？【分析】 物体的加速度由它所受的合外力决定放在水平桌面上的木块共受到五个力作用：竖直方向的重力和桌面弹力，水平方向的三个拉力由于木块在竖直方向处于力平衡状态，因此，只需由水平拉力算出合外力即可由牛顿第二定律得到加速度（1）由于同一平面内、大小相等、互成120角的三个力的合力等于零，所以木块的加速度a=0（2）物体受到三个力作用平衡时，其中任何两个力的合力必与第三个力等值反向如果把某一个力反向，则木块所受的合力F合=2F=20N，所以其加速度为：它的方向与反向后的这个力方向相同【例3】沿光滑斜面下滑的物体受到的力是 A力和斜面支持力 B重力、下滑力和斜面支持力 C重力、正压力和斜面支持力 D重力、正压力、下滑力和斜面支持力【误解一】选（B）。【误解二】选（C）。【正确解答】选（A）。【错因分析与解题指导】 误解一依据物体沿斜面下滑的事实臆断物体受到了下滑力，不理解下滑力是重力的一个分力，犯了重复分析力的错误。误解二中的“正压力”本是垂直于物体接触表面的力，要说物体受的，也就是斜面支持力。若理解为对斜面的正压力，则是斜面受到的力。在用隔离法分析物体受力时，首先要明确研究对象并把研究对象从周围物体中隔离出来，然后按场力和接触力的顺序来分析力。在分析物体受力过程中，既要防止少分析力，又要防止重复分析力，更不能凭空臆想一个实际不存在的力，找不到施力物体的力是不存在的。【例4】图中滑块与平板间摩擦系数为，当放着滑块的平板被慢慢地绕着左端抬起，角由0增大90的过程中，滑块受到的摩擦力将 A不断增大 B不断减少 C先增大后减少 D先增大到一定数值后保持不变【误解一】 选（A）。【误解二】 选（B）。【误解三】 选（D）。【正确解答】选（C）。【错因分析与解题指导】要计算摩擦力，应首先弄清属滑动摩擦力还是静摩擦力。若是滑动摩擦，可用f=N计算，式中为滑动摩擦系数，N是接触面间的正压力。若是静摩擦，一般应根据物体的运动状态，利用物理规律（如F=0或F = ma）列方程求解。若是最大静摩擦，可用f=sN计算，式中的s是静摩擦系数，有时可近似取为滑动摩擦系数，N是接触面间的正压力。【误解一、二】 都没有认真分析物体的运动状态及其变化情况，而是简单地把物体受到的摩擦力当作是静摩擦力或滑动摩擦力来处理。事实上，滑块所受摩擦力的性质随着角增大会发生变化。开始时滑块与平板将保持相对静止，滑块受到的是静摩擦力；当角增大到某一数值0时，滑块将开始沿平板下滑，此时滑块受到滑动摩擦力的作用。当角由0增大到0过程中，滑块所受的静摩擦力f的大小与重力的下滑力平衡，此时f = mgsinf 随着增大而增大；当角由0增大到90过程中，滑块所受滑动摩擦力f=N=mgcos，f 随着增大而减小。【误解三】 的前提是正压力N不变，且摩擦力性质不变，而题中N随着的增大而不断增大。【例5】如图，质量为M的凹形槽沿斜面匀速下滑，现将质量为m的砝码轻轻放入槽中，下列说法中正确的是 AM和m一起加速下滑BM和m一起减速下滑CM和m仍一起匀速下滑【误解一】 选（A）。【误解二】 选（B）。【正确解答】 选（C）。【错因分析与解题指导】误解一和误解二犯了同样的错误，前者片面地认为凹形槽中放入了砝码后重力的下滑力变大而没有考虑到同时也加大了正压力，导致摩擦力也增大。后者则只注意到正压力加大导致摩擦力增大的影响。事实上，凹形槽中放入砝码前，下滑力与摩擦力平衡，即Mgsin=Mgcos；当凹形槽中放入砝码后，下滑力（M + m）gsin与摩擦力（M + m）gcos仍平衡，即（M + m）gsin=（M + m）gcos凹形槽运动状态不变。【例6】图1表示某人站在一架与水平成角的以加速度a向上运动的自动扶梯台阶上，人的质量为m，鞋底与阶梯的摩擦系数为，求此时人所受的摩 擦力。【误解】 因为人在竖直方向受力平衡，即N = mg，所以摩擦力f=N=mg。【正确解答】如图2，建立直角坐标系并将加速度a沿已知力的方向正交分解。水平方向加速度a2=acos由牛顿第二定律知f = ma2 = macos【错因分析与解题指导】计算摩擦力必须首先判明是滑动摩擦，还是静摩擦。若是滑动摩擦，可用f=N计算；若是静摩擦，一般应根据平衡条件或运动定律列方程求解。题中的人随着自动扶梯在作匀加速运动，在水平方向上所受的力应该是静摩擦力，误解把它当成滑动摩擦力来计算当然就错了。另外，人在竖直方向受力不平衡，即有加速度，所以把接触面间的正压力当成重力处理也是不对的。用牛顿运动定律处理平面力系的力学问题时，一般是先分析受力，然后再将诸力沿加速度方向和垂直于加速度方向正交分解，再用牛顿运动定律列出分量方程求解。有时将加速度沿力的方向分解显得简单。该题正解就是这样处理的。【例7】在粗糙水平面上有一个三角形木块abc，在它的两个粗糙斜面上分别放两个质量m1和m2的木块m1m2，如图1所示。已知三角形木块和两个物体都是静止的，则粗糙水平面对三角形木块 A有摩擦力作用，摩擦力方向水平向右 B有摩擦力作用，摩擦力方向水平向左 C有摩擦力作用，但摩擦力方向不能确定 D以上结论都不对【误解一】 选（B）。【误解二】 选（C）。【正确解答】 选（D）。【错因分析与解题指导】误解一根据题目给出的已知条件m1m2，认为m1对三角形木块的压力大于m2对三角形木块的压力，凭直觉认为这两个压力在水平方向的总效果向右，使木块有向右运动的趋势，所以受到向左的静摩擦力。误解二求出m1、m2对木块的压力的水平分力的合力F=（m1cos1sin1m2cos2sin2）g后，发现与m1、m2、1、2的数值有关，故作此选择。但因遗漏了m1、m2与三角形木块间的静摩擦力的影响而导致错误。解这一类题目的思路有二：1先分别对物和三角形木块进行受力分析，如图2，然后对m1、m2建立受力平衡方程以及对三角形木块建立水平方向受力平衡方程，解方程得f的值。若f=0，表明三角形木块不受地面的摩擦力；若f为负值，表明摩擦力与假设正方向相反。这属基本方法，但较繁复。2将m1、m2与三角形木块看成一个整体，很简单地得出整体只受重力（M + m1 + m2）g和支持力N两个力作用，如图3,因而水平方向不受地面的摩擦力。【例8】质量分别为mA和mB的两个小球，用一根轻弹簧联结后用细线悬挂在顶板下（图1），当细线被剪断的瞬间，关于两球下落加速度的说法中，正确的是 AaA=aB=0 BaA=aB=g CaAg，aB=0 DaAg，aB=0【分析】分别以A、B两球为研究对象当细线未剪断时，A球受到竖直向下的重力mAg、弹簧的弹力T，竖直向上细线的拉力T；B球受到竖直向下的重力mBg，竖直向上弹簧的弹力T图2它们都处于力平衡状态因此满足条件T = mBg，T=mAg + T =（mA+mB）g细线剪断的瞬间，拉力T消失，但弹簧仍暂时保持着原来的拉伸状态，故B球受力不变，仍处于平衡状态，aB=0；而A球则在两个向下的力作用下，其瞬时加速度为【正确解答】选（C）。【说明】1本题很鲜明地体现了a与F之间的瞬时关系，应加以领会 2绳索、弹簧以及杆（或棒）是中学物理中常见的约束元件，它们的特性是不同的，现列表对照如下：【例9】在车箱的顶板上用细线挂着一个小球（图1），在下列情况下可对车厢的运动情况得出怎样判断：1）细线竖直悬挂：_; 2）细线向图中左方偏斜：_3）细线向图中右方偏斜：_ 。【分析】作用在小球上只能有两个力：地球对它的重力mg、细线对它的拉力（弹力）T根据这两个力是否处于力平衡状态，可判知小球所处的状态，从而可得出车厢的运动情况。（1）小球所受的重力mg与弹力T在一直线上，如图2（a）所示，且上、下方向不可能运动，所以小球处于力平衡状态，车厢静止或作匀速直线运动。（2）细线左偏时，小球所受重力mg与弹力T不在一直线上如图2（b），小球不可能处于力平衡状态小球一定向着所受合力方向（水平向右方向）产生加速度所以，车厢水平向右作加速运动或水平向左作减速运动（3）与情况（2）同理，车厢水平向左作加速运动或水平向右作减速运动图2（c）【说明】力是使物体产生加速度的原因，不是产生速度的原因，因此，力的方向应与物体的加速度同向，不一定与物体的速度同向如图2（b）中，火车的加速度必向右，但火车可能向左运动；图2（c） 中，火车的加速度必向左，但火车可能向右运动【例10】如图1，人重600牛，平板重400牛，如果人要拉住木板，他必须用多大的力（滑轮重量和摩擦均不计）？【误解】对滑轮B受力分析有2F=T对木板受力分析如图2，则N+F=N+G板又N=G人【正确解答一】对滑轮B有2F=T对人有N+F=G人对木板受力分析有F+T=G板+N【正确解答二】对人和木板整体分析如图3，则T+2F=G人+G板由于T=2F【错因分析与解题指导】误解错误地认为人对木板的压力等于人的重力，究其原因是没有对人进行认真受力分析造成的。【正确解答一、二】选取了不同的研究对象，解题过程表明，合理选取研究对象是形成正确解题思路的重要环节。如果研究对象选择不当，往往会使解题过程繁琐费时，并容易发生错误。通常在分析外力对系统的作用时，用整体法；在分析系统内物体（或部分）间相互作用时，用隔离法。在解答一个问题需要多次选取研究对象时，可整体法和隔离法交替使用。【例11】如图1甲所示，劲度系数为k2的轻质弹簧，竖直放在桌面上，上面压一质量为m的物块，另一劲度系数为k1的轻质弹簧竖直地放在物块上面，其下端与物块上表面连接在一起，要想使物块在静止时，下面弹簧承受物重的2/3，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高的距离是多少？【分析】由于拉A时，上下两段弹簧都要发生形变，所以题目给出的物理情景比较复杂，解决这种题目最有效的办法是研究每根弹簧的初末状态并画出直观图，清楚认识变化过程如图1乙中弹簧2的形变过程，设原长为x20，初态时它的形变量为x2，末态时承重2mg/3，其形变量为x2，分析初末态物体应上升x2-x2对图丙中弹簧1的形变过程，设原长为x10（即初态）受到拉力后要承担物重的1/3，则其形变是为x1，则综合可知A点上升量为d=x1+x2-x2【解】末态时对物块受力分析如图2依物块的平衡条件和胡克定律F1+F2=mg （1）初态时，弹簧2弹力F2 = mg = k2x2（2）式（3）代入式（1）可得由几何关系d=x1+x2-x2 （4）【说明】从前面思路分析可知，复杂的物理过程，实质上是一些简单场景的有机结合通过作图，把这个过程分解为各个小过程并明确各小过程对应状态，画过程变化图及状态图等，然后找出各状态或过程符合的规律，难题就可变成中档题，思维能力得到提高。轻质弹簧这种理想模型，质量忽略不计，由于撤去外力的瞬时，不会立即恢复形变，所以在牛顿定律中，经常用到；并且由于弹簧变化时的状态连续性，在动量等知识中也经常用到，这在高考中屡见不鲜【例12】如图1所示，在倾角=60的斜面上放一个质量m的物体，用k=100N/m的轻弹簧平行斜面吊着发现物体放在PQ间任何位置恰好都处于静止状态，测得AP=22cm，AQ=8cm，则物体与斜面间的最大静摩擦力等于多少？物体位于Q点时，弹簧必处于压缩状态，对物体的弹簧TQ沿斜面向下；物体位于P点时，弹簧已处于拉伸状态，对物体的弹力Tp沿斜面向上P，Q两点是物体静止于斜面上的临界位置，此时斜面对物体的静摩擦力都达到最大值fm，其方向分别沿斜面向下和向上【解】 作出物体在P、Q两位置时的受力图（图2），设弹簧原长为L0，则物体在Q和P两处的压缩量和伸长量分别为x1=L0-AQ，x2=AP-L0根据胡克定律和物体沿斜面方向的力平衡条件可知：kx1 =k（L0-AQ）=fm - mgsin，kx2 =k（AP-L0）=fm + mgsin联立两式得【说明】 题中最大静摩擦力就是根据物体的平衡条件确定的，所以画出P、Q两位置上物体的受力图是至关重要的【例13】质量均为m的四块砖被夹在两竖直夹板之间，处于静止状态，如图1。试求砖3对砖 2的摩擦力。【误解】隔离砖“2”，因有向下运动的趋势，两侧受摩擦力向上，【正确解答】先用整体法讨论四个砖块，受力如图2所示。由对称性可知，砖“1”和“4”受到的摩擦力相等，则f=2mg；再隔离砖“1”和“2”，受力如图3所示，不难得到f=0。【错因分析与解题指导】误解凭直觉认为“2”和“3”间有摩擦，这是解同类问题最易犯的错误。对多个物体组成的系统内的静摩擦力问题，整体法和隔离法的交替使用是解题的基本方法。本题还可这样思考：假设砖“2”与“3”之间存在摩擦力，由对称性可知，f23和f32应大小相等、方向相同，这与牛顿第三定律相矛盾，故假设不成立，也就是说砖“2”与“3”之间不存在摩擦力。利用对称性解题是有效、简便的方法，有时对称性也是题目的隐含条件。本题砖与砖、砖与板存在五个接触面，即存在五个未知的摩擦力，而对砖“1”至“4”只能列出四个平衡方程。如不考虑对称性，则无法求出这五个摩擦力的具体值易错题辨析例1 甲、乙两人手拉手玩拔河游戏，结果甲胜乙败，那么甲乙两人谁受拉力大？【错解】因为甲胜乙，所以甲对乙的拉力比乙对甲的拉力大。就像拔河一样，甲方胜一定是甲方对乙方的拉力大。【错解原因】产生上述错解原因是学生凭主观想像，而不是按物理规律分析问题。按照物理规律我们知道物体的运动状态不是由哪一个力决定的而是由合外力决定的。甲胜乙是因为甲受合外力对甲作用的结果。甲、乙两人之间的拉力根据牛顿第三定律是相互作用力，甲、乙二人拉力一样大。【分析解答】甲、乙两人相互之间的拉力是相互作用力，根据牛顿第三定律，大小相等，方向相反，作用在甲、乙两人身上。【评析】生活中有一些感觉不总是正确的，不能把生活中的经验，感觉当成规律来用，要运用物理规律来解决问题。例2如图21所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向上共受三个力，F1，F2和摩擦力，处于静止状态。其中F1=10N，F2=2N。若撤去力F1则木块在水平方向受到的合外力为（ ）A.10N向左 B.6N向右 C.2N向左 D.0【错解】木块在三个力作用下保持静止。当撤去F1后，另外两个力的合力与撤去力大小相等，方向相反。故A正确。【错解原因】造成上述错解的原因是不加分析生搬硬套运用“物体在几个力作用下处于平衡状态，如果某时刻去掉一个力，则其他几个力的合力大小等于去掉这个力的大小，方向与这个力的方向相反”的结论的结果。实际上这个规律成立要有一个前提条件，就是去掉其中一个力，而其他力不变。本题中去掉F1后，由于摩擦力发生变化，所以结论不成立。【分析解答】由于木块原来处于静止状态，所以所受摩擦力为静摩擦力。依据牛二定律有F1-F2-f=0此时静摩擦力为8N方向向左。撤去F1后，木块水平方向受到向左2N的力，有向左的运动趋势，由于F2小于最大静摩擦力，所以所受摩擦力仍为静摩擦力。此时F2+f=0即合力为零。故D选项正确。【评析】摩擦力问题主要应用在分析物体运动趋势和相对运动的情况，所谓运动趋势，一般被解释为物体要动还未动这样的状态。没动是因为有静摩擦力存在，阻碍相对运动产生，使物体间的相对运动表现为一种趋势。由此可以确定运动趋势的方向的方法是假设静摩擦力不存在，判断物体沿哪个方向产生相对运动，该相对运动方向就是运动趋势的方向。如果去掉静摩擦力无相对运动，也就无相对运动趋势，静摩擦力就不存在。例3如图22所示水平放置的粗糙的长木板上放置一个物体m，当用于缓慢抬起一端时，木板受到的压力和摩擦力将怎样变化？【错解】以木板上的物体为研究对象。物体受重力、摩擦力、支持力。因为物体静止，则根据牛顿第二定律有错解一：据式知道增加，f增加。错解二：另有错解认为据式知增加，N减小则f=N说明f减少。【错解原因】错解一和错解二都没能把木板缓慢抬起的全过程认识透。只抓住一个侧面，缺乏对物理情景的分析。若能从木块相对木板静止入手，分析出再抬高会相对滑动，就会避免错解一的错误。若想到f=N是滑动摩擦力的判据，就应考虑滑动之前怎样，也就会避免错解二。【分析解答】以物体为研究对象，如图23物体受重力、摩擦力、支持力。物体在缓慢抬起过程中先静止后滑动。静止时可以依据错解一中的解法，可知增加，静摩擦力增加。当物体在斜面上滑动时，可以同错解二中的方法，据f=N，分析N的变化，知f滑的变化。增加，滑动摩擦力减小。在整个缓慢抬起过程中y方向的方程关系不变。依据错解中式知压力一直减小。所以抬起木板的过程中，摩擦力的变化是先增加后减小。压力一直减小。【评析】物理问题中有一些变化过程，不是单调变化的。在平衡问题中可算是一类问题，这类问题应抓住研究变量与不变量的关系。可从受力分析入手，列平衡方程找关系，也可以利用图解，用矢量三角形法则解决问题。如此题物体在未滑动时，处于平衡状态，加速度为零。所受三个力围成一闭合三角形。如图24。类似问题如图25用绳将球挂在光滑的墙面上，绳子变短时，绳的拉力和球对墙的压力将如何变化。从对应的矢量三角形图26不难看出，当绳子变短时，角增大，N增大，T变大。图27在AC绳上悬挂一重物G，在AC绳的中部O点系一绳BO，以水平力F牵动绳BO，保持AO方向不变，使BO绳沿虚线所示方向缓缓向上移动。在这过程中，力F和AO绳上的拉力变化情况怎样？用矢量三角形（如图28）可以看出T变小，F先变小后变大。这类题的特点是三个共点力平衡，通常其中一个力大小、方向均不变，另一个力方向不变，大小变，第三个力大小、方向均改变。还有时是一个力大小、方向不变，另一个力大小不变，方向变，第三个力大小、方向都改变。例4如图29物体静止在斜面上，现用水平外力F推物体，在外力F由零逐渐增加的过程中，物体始终保持静止，物体所受摩擦力怎样变化？【错解】错解一：以斜面上的物体为研究对象，物体受力如图210，物体受重力mg，推力F，支持力N，静摩擦力f，由于推力F水平向右，所以物体有向上运动的趋势，摩擦力f的方向沿斜面向下。根据牛顿第二定律列方程f+mgsin=Fcos N-Fsin-mgcos=0 由式可知，F增加f也增加。所以在变化过程中摩擦力是增加的。错解二：有一些同学认为摩擦力的方向沿斜面向上，则有F增加摩擦力减少。【错解原因】上述错解的原因是对静摩擦力认识不清，因此不能分析出在外力变化过程中摩擦力的变化。【分析解答】本题的关键在确定摩擦力方向。由于外力的变化物体在斜面上的运动趋势有所变化，如图210，当外力较小时（Fcosmgsin）物体有向下的运动趋势，摩擦力的方向沿斜面向上。F增加，f减少。与错解二的情况相同。如图211，当外力较大时（Fcosmgsin）物体有向上的运动趋势，摩擦力的方向沿斜面向下，外力增加，摩擦力增加。当Fcos=mgsin时，摩擦力为零。所以在外力由零逐渐增加的过程中，摩擦力的变化是先减小后增加。【评析】若斜面上物体沿斜面下滑，质量为m，物体与斜面间的摩擦因数为，我们可以考虑两个问题巩固前面的分析方法。（1） F为怎样的值时，物体会保持静止。（2）F为怎样的值时，物体从静止开始沿斜面以加速度a运动。受前面问题的启发，我们可以想到F的值应是一个范围。首先以物体为研究对象，当F较小时，如图210物体受重力mg、支持力N、斜向上的摩擦力f和F。物体刚好静止时，应是F的边界值，此时的摩擦力为最大静摩擦力，可近似看成f静=N（最大静摩擦力）如图建立坐标，据牛顿第二定律列方程当F从此值开始增加时，静摩擦力方向开始仍然斜向上，但大小减小，当F增加到FCOS=mgsin时，即F=mgtg时，F再增加，摩擦力方向改为斜向下，仍可以根据受力分析图2-11列出方程随着F增加，静摩擦力增加，F最大值对应斜向下的最大静摩擦力。要使物体静止F的值应为关于第二个问题提醒读者注意题中并未提出以加速度a向上还是向下运动，应考虑两解，此处不详解此，给出答案供参考。例5如图212，m和M保持相对静止，一起沿倾角为的光滑斜面下滑，则M和 m间的摩擦力大小是多少？【错解】以m为研究对象，如图213物体受重力mg、支持力N、摩擦力f，如图建立坐标有:再以mN为研究对象分析受力，如图214，（mM）gsin=（Mm）a据式，解得f=0,所以m与M间无摩擦力。【错解原因】造成错解主要是没有好的解题习惯，只是盲目的模仿，似乎解题步骤不少，但思维没有跟上。要分析摩擦力就要找接触面，摩擦力方向一定与接触面相切，这一步是堵住错误的起点。犯以上错误的客观原因是思维定势，一见斜面摩擦力就沿斜面方向。归结还是对物理过程分析不清。【分析解答】因为m和M保持相对静止，所以可以将（mM）整体视为研究对象。受力，如图214，受重力（M十m）g、支持力N如图建立坐标，根据牛顿第二定律列方程x：(M+n)gsin=(M+m)a 解得a=gsin沿斜面向下。因为要求m和M间的相互作用力，再以m为研究对象，受力如图215。根据牛顿第二定律列方程因为m，M的加速度是沿斜面方向。需将其分解为水平方向和竖直方向如图216。由式，解得f=mgsincos方向沿水平方向m受向左的摩擦力，M受向右的摩擦力。【评析】 此题可以视为连接件问题。连接件问题对在解题过程中选取研究对象很重要。有时以整体为研究对象，有时以单个物体为研究对象。整体作为研究对象可以将不知道的相互作用力去掉，单个物体作研究对象主要解决相互作用力。单个物体的选取应以它接触的物体最少为最好。如m只和M接触，而M和m还和斜面接触。另外需指出的是，在应用牛顿第二定律解题时，有时需要分解力，有时需要分解加速度，具体情况分析，不要形成只分解力的认识。例6 如图2-17物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上。A，B质量分别为mA=6kg， mB=2kg，A，B之间的动摩擦因数=0.2，开始时F=10N，此后逐渐增加，在增大到45N的过程中，则 A当拉力F12N时，两物体均保持静止状态B两物体开始没有相对运动，当拉力超过12N时，开始相对滑动C两物体间从受力开始就有相对运动D两物体间始终没有相对运动【错解】 因为静摩擦力的最大值近似等于滑动摩擦力。fmax=N=0.26=12（N）。所以当F12N时，A物体就相对B物体运动。F12N时，A相对B不运动。所以A，B选项正确。【错解分析】 产生上述错误的原因一致是对A选项的理解不正确，A中说两物体均保持静止状态，是以地为参考物，显然当有力F作用在A物体上，A，B两物体对地来说是运动的。二是受物体在地面上运动情况的影响，而实际中物体在不固定物体上运动的情况是不同的。【分析解答】 首先以A，B整体为研究对象。受力如图2-18，在水平方向只受拉力F，根据牛顿第二定律列方程F=(mA+mB)a 再以B为研究对象，如图2-19，B水平方向受摩擦力f=mBa 代入式F=（6+2）6=48N由此可以看出当F48N时A，B间的摩擦力都达不到最大静摩擦力，也就是说，A，B间不会发生相对运动。所以D选项正确。【评析】 物理解题中必须非常严密，一点的疏忽都会导致错误。避免错误发生的最好方法就是按规范解题。每一步都要有依据。例7 如图220，用绳AC和 BC吊起一重物，绳与竖直方向夹角分别为30和60，AC绳能承受的最大的拉力为150N，而BC绳能承受的最大的拉力为100N，求物体最大重力不能超过多少？【错解】以重物为研究对象，重物受力如图221。由于重物静止，则有TACsin30=TBCsin60TACcos30+TBCcos60=G将TAC=150N，TBC=100N代入式解得G=200N。【错解原因】以上错解的原因是学生错误地认为当TAC=150N时，TBC=100N，而没有认真分析力之间的关系。实际当TBC=100N时，TBC已经超过150N。【分析解答】以重物为研究对象。重物受力如图2-21，重物静止，加速度为零。据牛顿第二定律列方程TACsin30-TBCsin60=0 TACcos30+TBCcos60-G=0 而当TAC=150N时，TBC=86.6100N将TAC=150N，TBC=86.6N代入式解得G=173.32N。所以重物的最大重力不能超过173.2N。例8 如图222质量为M，倾角为的楔形物A放在水平地面上。质量为m的B物体从楔形物的光滑斜面上由静止释放，在B物体加速下滑过程中，A物体保持静止。地面受到的压力多大？【错解】以A，B整体为研究对象。受力如图223，因A物体静止，所以N=G=（Mm）g。【错解原因】由于A，B的加速度不同，所以不能将二者视为同一物体。忽视了这一点就会造成错解。【分析解答】分别以A，B物体为研究对象。A，B物体受力分别如图224a，224b。根据牛顿第二定律列运动方程，A物体静止，加速度为零。x：Nlsin-f=0 y：N-Mg-Nlcos=0 B物体下滑的加速度为a，x：mgsin=ma y：Nl-mgcos=0 由式，解得N=Mgmgcos根据牛顿第三定律地面受到的压力为Mg十mgcos。【评析】 在解决物体运动问题时，在选取研究对象时，若要将几个物体视为一个整体做为研究对象，应该注意这几个物体必须有相同的加速度。例9如图2-25天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的两个质量相同的小球。两 小球均保持静止。当突然剪断细绳时，上面小球A与下面小球B的加速度为 Aa1=g a2=gBa1=g a2=gCa1=2g a2=0Da1=0 a2=g【错解】 剪断细绳时，以(A+B)为研究对象，系统只受重力，所以加速度为g，所以A，B球的加速度为g。故选A。【错解原因】 出现上述错解的原因是研究对象的选择不正确。由于剪断绳时，A，B球具有不同的加速度，不能做为整体研究。【分析解答】 分别以A，B为研究对象，做剪断前和剪断时的受力分析。剪断前A，B静止。如图2-26，A球受三个力，拉力T、重力mg和弹力F。B球受三个力，重力mg和弹簧拉力FA球：T-mg-F=0 B球：F-mg=0 由式，解得T=2mg，F=mg剪断时，A球受两个力，因为绳无弹性剪断瞬间拉力不存在，而弹簧有形米，瞬间形状不可改变，弹力还存在。如图2-27，A球受重力mg、弹簧给的弹力F。同理B球受重力mg和弹力F。A球：-mg-F=maA B球：F-mg=maB 由式解得aA=-2g（方向向下）由式解得aB=0故C选项正确。【评析】（1）牛顿第二定律反映的是力与加速度的瞬时对应关系。合外力不变，加速度不变。合外力瞬间改变，加速度瞬间改变。本题中A球剪断瞬间合外力变化，加速度就由0变为2g，而B球剪断瞬间合外力没变，加速度不变。（2）弹簧和绳是两个物理模型，特点不同。弹簧不计质量，弹性限度内k是常数。绳子不计质量但无弹性，瞬间就可以没有。而弹簧因为有形变，不可瞬间发生变化，即形变不会瞬间改变，要有一段时间。例10如图228，有一水平传送带以2ms的速度匀速运动，现将一物体轻轻放在传送带上，若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5，则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少？【错解】由于物体轻放在传送带上，所以v0=0，物体在竖直方向合外力为零，在水平方向受到滑动摩擦力（传送带施加），做v0=0的匀加速运动，位移为10m。据牛顿第二定律F=ma有f=mg=ma，a=g=5m/s2【错解原因】上述解法的错误出在对这一物理过程的认识。传送带上轻放的物体的运动有可能分为两个过程。一是在滑动摩擦力作用下作匀加速直线运动；二是达到与传送带相同速度后，无相对运动，也无摩擦力，物体开始作匀速直线运动。关键问题应分析出什么时候达到传送带的速度，才好对问题进行解答。【分析解答】以传送带上轻放物体为研究对象，如图229在竖直方向受重力和支持力，在水平方向受滑动摩擦力，做v0=0的匀加速运动。据牛二定律F=ma有水平方向：f=ma 竖直方向：N-mg=0 f=N 由式，解得a=5ms2设经时间tl，物体速度达到传送带的速度，据匀加速直线运动的速度公式v0=v0+at 解得t1=0.4s物体位移为0.4m时，物体的速度与传送带的速度相同，物体0.4s后无摩擦力，开始做匀速运动S2=v2t2 因为S2=S-S1=100.4=9.6（m），v2=2ms代入式得t2=4.8s则传送10m所需时间为t=0.44.8=5.2s。【评析】本题是较为复杂的一个问题，涉及了两个物理过程。这类问题应抓住物理情景，带出解决方法，对于不能直接确定的问题可以采用试算的方法，如本题中错解求出一直做匀加速直线运动经过10m用2s，可以拿来计算一下，2s末的速度是多少，计算结果v=52=10（m/s），已超过了传送带的速度，这是不可能的。当物体速度增加到2m/s时，摩擦力瞬间就不存在了。这样就可以确定第2个物理过程。例11如图2-30，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都可以不计，盘内放一个物体P处于静止。P的质量为12kg，弹簧的劲度系数k=800N/m。现给P施加一个竖直向上的力F，使P从静止开始向上做匀加速运动。已知在前0.2s内F是变化的，在0.2s以后F是恒力，则F的最小值是多少，最大值是多少？【错解】F最大值即N=0时，F=ma+mg=210(N)【错解原因】错解原因是对题所叙述的过程不理解。把平衡时的关系G=F+N，不自觉的贯穿在解题中。【分析解答】解题的关键是要理解0.2s前F是变力，0.2s后F的恒力的隐含条件。即在0.2s前物体受力和0.2s以后受力有较大的变化。以物体P为研究对象。物体P静止时受重力G、称盘给的支持力N。因为物体静止，F=0N=G=0 N=kx0 设物体向上匀加速运动加速度为a。此时物体P受力如图2-31受重力G，拉力F和支持力N据牛顿第二定律有F+N-G=ma 当0.2s后物体所受拉力F为恒力，即为P与盘脱离，即弹簧无形变，由00.2s内物体的位移为x0。物体由静止开始运动，则将式，中解得的x0=0.15m代入式解得a=7.5m/s2F的最小值由式可以看出即为N最大时，即初始时刻N=N=kx。代入式得Fmin=ma+mg-kx0=12(7.5+10)-8000.1