物理競賽典型例題精講——車廂中滑輪掛物受力

2021-01-13 物理競賽指導

03-03-05_車廂中滑輪掛物受力

本期高中物理競賽試題,我們共同來研究一下非慣性參考系中物體受力的情況,由於在研究此類問題時,通常選取的參考系並不是慣性參考系,因此在解決問題的時候,都需要引入慣性力修正來輔助受力分析,才能有效的簡化計算和分析問題的過程,最快最簡單的處理類似問題。

在高中物理競賽中,需要選取非慣性參考系的情況並不在少數,通常在動力學中,常常通過以下的三種情景來進行考查,第一種,也是最簡單的一種,就是本期題目中所見到的類型,考慮一個做勻加速直線運動的車廂或電梯中的物體的受力情況。第二種就是沿斜面或運動斜面下滑的物體的受力分析,這類情況其實與第一類情況差不多,唯一需要進一步考慮的就是運動物體之間的加速度或速度的關係,例如:沿繩子方向受力相等、加速度相等等。第三類情況就是組合滑輪組受力的情況,由於滑輪在運動過程中很多情況下都是做勻加速直線運動的,因此在這樣的動滑輪下分析物體的受力時,就需要引入慣性力修正了,最後還有一類,此類情況遇到的較少,就是做勻速圓周運動的物體為參考系的情況,此類問題一般比較複雜,除了應用慣性力修正外還需要其它的如角動量守恆的知識經行解答,後期,小編將單獨找幾個類似的題目做幾期內容總結一下。

由於本期內容屬於該類問題的入門級題目,解題思路和方法上面已經說明得很清楚了,同學們只要能夠看明白,將這個題目接出來並不複雜,同學們可以試試看哦。

高中物理競賽典型題與解題步驟

一條細繩兩端各繫著質量為m1和m2的兩個物體,通過滑輪掛在車頂,如圖1所示,繩與滑輪間的摩擦忽略不計,且m1>m2,若車廂以加速度a向右運動時,m1靜止在地板上不動,求:

(1) 繩對重物的拉力為多大。(2) 地板與m1之間的摩擦因數至少要多大。高中物理競賽題解題方法與思路

題目都做出來了吧,本期題目確實沒有多少難度,就本題考點分析一下,本題主要考查了兩個知識點的應用:首先是慣性力修正的應用,在選取車廂為參考系的情況下,需要引入慣性力修正來更簡單更方便的分析解答問題,本題目中的兩個重物在引入慣性力修正後,由於相對於車廂兩個物體的都保持相對靜止的狀態,因此在分析受力時,兩個物體的受力都是平衡的,為進一步列方程求解答案鋪平了道路。第二,本題的所考查的另一個要點就是物體的受力分析,需要明確每個物體的受力情況,每個物體受幾個力,都是什麼力,大小方向都是多少,其中有沒有等量關係等等問題,都要在物體的受力分析過程中,明確的找出來,特別是對車廂地面上放置的物體,水平方向上的受力分析至關重要,一定不能忘記摩擦力的作用。

下面小編就帶領著同學們一點一點兒的分析這個題目。首先對上面懸掛的物體受力分析,當車廂做勻加速直線運動時,由於慣性力修正的作用,繩子將向後偏,此時物體將受到三個力的作用,物體的重力,繩子的拉力以及慣性力修正,通過受力的三角形法則,在直角三角形中,不難通過勾股定理得到拉力的大小,即解題步驟中的方程一。然後對車廂地面上的重物受力分析可知,首先繩子產生的拉力將通過定滑輪傳導到地面上的物體,因此地面上的物體將等量的受到一個豎直向上的拉力作用,其次還要受到支持力,摩擦力,自身重力以及慣性力修正的作用,保持靜止狀態,故通過受力分析,寫出方程二,並進一步得到本題的答案。

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