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  4. 自由落体运动共点力的平衡

质量为m1、m2、m3的三个物体从上到下叠放在一起,先使它们一起自由下落,再设法使它们一起匀速下落,则在先后两次情况中,质量为m2的那个物体受到的合外力之差为______.

一、题文

质量为m1、m2、m3的三个物体从上到下叠放在一起,先使它们一起自由下落,再设法使它们一起匀速下落,则在先后两次情况中,质量为m2的那个物体受到的合外力之差为______.

考点提示:自由落体运动,共点力的平衡

二、答案

当整体一起做匀速直线运动时,质量为m2的那个物体所受的合力为零,当整体一起做自由落体运动时,根据牛顿第二定律得,质量为m2的那个物体受到的合外力为F=m2g,则合力差为m2g.
故答案为:m2g.

三、考点梳理

知名教师分析,《质量为m1、m2、m3的三个物体从上到下叠放在一起,先使它们一起自由下落,再设法使它们一起匀速下落,则在先后两次情况中,质量为m2的那个物体受到的合外力之差为______.》这道题主要考你对 自由落体运动共点力的平衡 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:自由落体运动,共点力的平衡

考点名称:自由落体运动
  • 自由落体运动:
    物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

    自由落体运动的公式:
    v=gt;h=gt2;v2=2gh。

    运动性质:
    自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

    自由落体加速度:
    在同一地点,一切物体在自由落体运动中的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度。

  • 物体做自由落体运动的条件:

    ①只受重力而不受其他任何力,包括空气阻力。
    ②从静止开始下落。

    重力加速度g:

    ①方向:总是竖直向下的。
    ②大小:g=9.8m/s2,粗略计算可取g=10m/s2
    ③在地球上不同的地方,g的大小不同.g随纬度的增加而增大(赤道g最小,两极g最大),g随高度的增加而减小。

  • 知识点拨:

    自由落体运动的规律:
    自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以,匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。

  • 小知识--重力加速度:

    ①把地球当做旋转椭球,重力加速度计算公式为:g=9.7803(1+0.0052884-0.00000592)m/s2
        
    式中为物体所在处的地理纬度
    ②重力加速度还和物体离地面的高度h有关。当h远小于地球半径R时,

    小知识—空气阻力:

    空气阻力是物体在空气中运动时受到的阻力。空气阻力的大小与物体相对于空气的速度、物体的形状等都有很大的关系。

考点名称:共点力的平衡
  • 共点力:

    作用在物体的同一点,或作用线相交于一点的几个力。

    平衡状态:

    物体保持匀速直线运动或静止叫平衡状态,是加速度等于零的状态。

    共点力作用下的物体的平衡条件:

    物体所受的合外力为零,即∑F=0,若采用正交分解法求解平衡问题,则平衡条件应为:∑Fx=0,∑Fy=0。

    解决平衡问题的常用方法:

    隔离法、整体法、图解法、三角形相似法、正交分解法等。
  • 图解法分析分力与合力的关系:

    当两个分力成一定的夹角α(α<180)时,增大其中一个分力或使两个分力都增大,合力的变化情况如何呢?这个问题可以用数学公式推导分析,也可以用函数图像数形结合分析,但最简捷有效的方法是图解法。为了便于分析合力的变化,设,借助辅助参考圆来进行分析。如图所示,F1、F2的共点在圆心,而且开始时F1、F2的合力为F,大小恰好为圆的半径。

    (1)当保持力F2不变,只增大F1时,如图所示,合力,的大小可能出现三种情况:减小、不变或增大,即 。我们可以得到这样的结论:当两个力F1、F1夹角α保持不变,在增大其中一个分力时,它们的合力大小可能减小、不变或增大。
     
    (2)当两个分力F1、F2都增大时,如图所示,合力F 的大小也有可能出现三种情况:减小、不变或增大,即,我们也可以得到这样的结论:当两个力F1、F2夹角α保持不变,在同时增大两个分力时,它们的合力F大小可能减小、不变或增大。


    整体法与隔离法:

    (1)整体法:当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时,一般可采用整体法。运用整体法解题的基本步骤是:
    ①明确研究的系统和运动的全过程;
    ②画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图;
    ③选用适当的物理规律列方程求解。
    (2)隔离法:为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法。运用隔离法解题的基本步骤是:
    ①明确研究对象或过程、状态;
    ②将某个研究对象或某段运动过程、某个状态从全过程中隔离出来;
    ③画出某状态下的受力图或运动过程示意图;
    ④选用适当的物理规律列方程求解。隔离法和整体法常常需交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简捷明了。
  • 受力分析的一般顺序:

    (1)明确研究对象,研究对象可以是质点、结点、物体、物体系。
    (2)找出所有接触点。
    (3)按顺序分析物体受力。一般先分析场力(重力、电场力、磁场力等不接触力).再依次对每一接触点分析弹力、摩擦力。
    (4)找出每个力的施力物体。(防“多”分析力)
    (5)看受力与运动状态是否相符。(防“漏”力、 “错”力)
    (6)正确画出受力图。注意不同对象的受力图用隔离法分别画出,对于质点和不考虑力对物体的形变和转动效果的情况,可将各力平移至物体的重心上,即各力均从重心画起。

    受力分析的步骤:

    第一步:隔离物体。隔离物体就是把被分析的那个物体或系统单独画出来,而不要管其周围的其他物体,这是受力分析的基础。
    第二步:在已隔离的物体上画出重力和其他已知力。重力是一个已知力,可首先把它画出来。另外,物体往往在重力及其他主动力作用下才与其他物体产生挤压、拉伸以及相对运动等,进而产生弹力和摩擦力,所以还要分析其他主动力。第三步:查找接触点和接触面。就是查找被分析物体与其他物体的接触点和接触面。弹力和摩擦力是接触力,其他物体对被分析物体的弹力和摩擦力只能通过接触点和接触面来作用,这就是说寻找物体所受的弹力(拉力、压力、支持力等)和摩擦力只能在被分析物体与其他物体相接触的点和面上找。查找接触点和接触面要全,每个接触点或面上最多有两个力(一个弹力,一个摩擦力)。
    第四步:分析弹力(拉力、压力、支持力等)。在被分析物体与其他物体的接触处,如果有形变(挤压或拉伸),则该处就有弹力,反之则没有。在确定弹力存在以后,其方向就比较容易确定了。
    第五步:分析摩擦力。摩擦力分静摩擦力和滑动摩擦力,它们的产生条件是两物体接触处不光滑,除挤压外还要有相对滑动的趋势或相对滑动。因此分析接触面上有无摩擦力,首先要看接触面是否光滑(这是题目中的已知条件),其次看有无弹力,然后再进行摩擦力的判断:接触面上有相对滑动时有滑动摩擦力,其大小,方向跟物体的相对运动方向相反;接触面上无相对滑动但有相对滑动趋势时有静摩擦力,它的大小和方向总是跟迫使物体产生相对滑动趋势的外力有关。

    受力分析中的技巧:

    (1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的分力或合力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解。
    (2)区分内力和外力。对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成了外力,要画在受力图上。
    (3)在难以确定物体的某些受力情况时,可先根据 (或确定)物体的运动状态,再运用平衡条件或牛顿运动定律来判定未知力。也就是说在分析物体受力时要时刻结合研究对象所处的运动状态,同时对不易确定的力。可结合牛顿第三定律来分析其反作用力是否存在以及方向如何等情况。

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