題目列表(包括答案和解析)
乙實(shí)驗(yàn)小組用圖9提供的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
在“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中，需要用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)情況，如圖9所示。給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供的電源是 （選填序號(hào)）
A．4節(jié)干電池
B．3節(jié)蓄電池
C．學(xué)生電源4 V~6 V，交流輸出
D．學(xué)生電源4 V~6 V，直流輸出
實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，紙帶連接在小車上并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔；
②平衡摩擦力，在長(zhǎng)木板的左端下面墊上木塊反復(fù)移動(dòng)木塊的位置直到小車在斜面上保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
③將一根橡皮筋按圖7方式連接在小車上，調(diào)整小車位置，在彈性限度內(nèi)使橡皮筋的形變大一些，記下小車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置。
④接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，待打點(diǎn)聲音平穩(wěn)后釋放小車，得到一條打了一系列印痕的紙帶，在紙帶上標(biāo)明所對(duì)應(yīng)的橡皮筋條數(shù)。
⑤測(cè)出紙帶上打點(diǎn)均勻部分的最大點(diǎn)間距，并求出最大間隔對(duì)應(yīng)的平均速度，這就是小車的最大速度vm。
⑥改變橡皮筋的條數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。把橡皮筋條數(shù)n和對(duì)應(yīng)的最大速度的平方vm2記錄在表格內(nèi)。
| 實(shí)驗(yàn)次數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 橡皮筋條數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 小車最大速度的平方vm2/m2·s-2 | vm12 | vm22 | vm32 | vm42 | vm52 | vm62 |
根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)步驟回答下列問(wèn)題：
a．采用平衡摩擦力的方法可使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)要說(shuō)明判斷小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)比較精確的方法。
答：
。
b．實(shí)驗(yàn)步驟⑥，“改變橡皮筋的條數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)”中，各個(gè)橡皮筋是以串聯(lián)方式還是并聯(lián)方式接在小車上？
答： 。
c．在上述實(shí)驗(yàn)中，每一次實(shí)驗(yàn)，不同數(shù)量的橡皮筋對(duì)小車做功的大小不能直接測(cè)量，需要轉(zhuǎn)化成另一個(gè)量表示。請(qǐng)你說(shuō)明不同數(shù)量的橡皮筋對(duì)小車做功的大小用什么量表示？在用此量表示時(shí)，需要注意什么？
答：
。
d．采用什么方法尋找橡皮筋對(duì)小車做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系？
答： 。
50.理想實(shí)驗(yàn)有時(shí)更能深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，其中有一個(gè)是經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，其余是推論。
①減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來(lái)的高度
②兩個(gè)對(duì)接的斜面，讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面
③如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)釋放時(shí)的高度
④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)
請(qǐng)將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列 （只要填寫(xiě)序號(hào)即可）
在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實(shí)，有的則是理想化的推論。下列關(guān)于事實(shí)和推論的分類正確的是………………………………（ �。�
A.①是事實(shí)，②③④是推論 B.②是事實(shí)，①③④是推論
C.③是事實(shí)，①②④是推論 D.④是事實(shí)，①②③是推論
51.某中學(xué)化學(xué)小組查閱資料發(fā)現(xiàn)金屬氧化物A也能催化氯酸鉀的分解，且A和二氧化錳的最佳催化溫度均在500℃左右。于是對(duì)A和二氧化錳的催化性能進(jìn)行了定量對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)均以收滿500 mL氧氣為準(zhǔn)（其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略）。
表一 用MnO2催化劑
實(shí)驗(yàn) 序號(hào) | KClO3質(zhì)量（g） | MnO2質(zhì)量（g） | 反應(yīng)溫度（℃） | 待測(cè)數(shù)據(jù) |
1 | 8.00 | 2.00 | 500 |
|
2 | 8.00 | 2.00 | 500 |
|
表二 用A作催化劑
實(shí)驗(yàn) 序號(hào) | KClO3質(zhì)量（g） | A質(zhì)量（g） | 反應(yīng)溫度（℃） | 待測(cè)數(shù)據(jù) |
1 | 8.00 | 2.00 | 500 |
|
2 | 8.00 | 2.00 | 500 |
|
請(qǐng)回答：
上述實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)是： 。
完成此研究后，他們準(zhǔn)備發(fā)表一篇研究報(bào)告，請(qǐng)你替他們擬一個(gè)報(bào)告的題目： 。
52.地球上的生物形形色色，結(jié)構(gòu)和生存方式多種多樣。根據(jù)主要環(huán)境因素影響的不同，請(qǐng)你對(duì)下列生命現(xiàn)象進(jìn)行歸類，將同一類的序號(hào)寫(xiě)在一起并說(shuō)明理由。
①沙漠蜥蜴體覆厚鱗�、谙扇饲虻拇虪钊~�、弁茴惗救胪列菝摺、荟狋~(yú)季節(jié)洄游�、萆衬鬅o(wú)汗腺
分類結(jié)果：1、 2、
理由： 。
圖4
31.大約在 世紀(jì) 年代以后，人類利用化石能源（煤炭、石油、天然氣）的比重超過(guò)了生物能源。造成這種變化的歷史條件是： 。
32.據(jù)測(cè)算，我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品能源、原材料的消耗占企業(yè)生產(chǎn)成本的75%左右，如果能降低1個(gè)百分點(diǎn)，就能取得100多億元的效益。我國(guó)應(yīng)采取哪些措施降低能耗？
33.在其他能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能。
（1）核反應(yīng)方程式
U+n→
Ba+
Kr+aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為 ，a = 。以,m U、m B a、m K r分別表示
U、
Ba、
Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過(guò)程中放出的核能ΔE= 。
（2）有一座發(fā)電能力為P=1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η=40%。假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題（1）中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過(guò)程放出的核能ΔE=2.78×10－11 J，
U核的質(zhì)量mU=390×10－27 kg。求每年（1年=3.15×107 s）消耗的
U的質(zhì)量。
34.自然界中的鈾和鈷都有同位素。
（1）鈾主要以三種同位素的形式存在，三種同位素的原子百分含量分別為
U 0.005%、
U 0.72%、
U 99.275%。請(qǐng)列出計(jì)算U元素近似原子量的計(jì)算式（不必算出具體數(shù)值）： 。
（2）放射性同位素60Co能夠產(chǎn)生γ射線。高速運(yùn)動(dòng)的γ射線作用于DNA，能夠產(chǎn)生氫鍵斷裂、堿基替換等效應(yīng)，從而有可能誘發(fā)生物產(chǎn)生 ，使生物體出現(xiàn)可遺傳的變異，從而選擇和培育出優(yōu)良品種。此外用γ射線照射過(guò)的食品有利于貯藏，這是因?yàn)棣蒙渚�能 、 。在進(jìn)行照射生物或食品的操作時(shí)，需要注意人體防護(hù)。操作完畢后，人體 （可以、不可以）直接觸摸射線處理過(guò)的材料。
35.中國(guó)發(fā)展核武器對(duì)世界政治軍事格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。請(qǐng)回答：
（1）根據(jù)下表資料分析我國(guó)核試驗(yàn)的特點(diǎn)。
比較項(xiàng)目
國(guó) 別 | 首次核試驗(yàn)?zāi)甏? | 試驗(yàn)次數(shù) | 備 注 |
美國(guó) | 1945 | 1032 |
|
蘇（俄） | 1949 | 715 |
|
英國(guó) | 1952 | 45 | 不包括1962年以后與美國(guó)共同試驗(yàn)之次數(shù) |
法國(guó) | 1960 | 210 |
|
中國(guó) | 1964 | 45 |
|
（2）結(jié)合所學(xué)知識(shí)說(shuō)明我國(guó)核試驗(yàn)的目的。
（3）我國(guó)在核武器使用問(wèn)題上堅(jiān)持的原則是什么？這一原則所依據(jù)的我國(guó)外交政策的基本點(diǎn)是什么？
36.我們應(yīng)如何辯證地看待人類對(duì)核資源的利用？
第七部分 熱學(xué)
熱學(xué)知識(shí)在奧賽中的要求不以深度見(jiàn)長(zhǎng)，但知識(shí)點(diǎn)卻非常地多（考綱中羅列的知識(shí)點(diǎn)幾乎和整個(gè)力學(xué)——前五部分——的知識(shí)點(diǎn)數(shù)目相等）。而且，由于高考要求對(duì)熱學(xué)的要求逐年降低（本屆尤其低得“離譜”，連理想氣體狀態(tài)方程都沒(méi)有了），這就客觀上給奧賽培訓(xùn)增加了負(fù)擔(dān)。因此，本部分只能采新授課的培訓(xùn)模式，將知識(shí)點(diǎn)和例題講解及時(shí)地結(jié)合，爭(zhēng)取讓學(xué)員學(xué)一點(diǎn)，就領(lǐng)會(huì)一點(diǎn)、鞏固一點(diǎn)，然后再層疊式地往前推進(jìn)。
一、分子動(dòng)理論
1、物質(zhì)是由大量分子組成的（注意分子體積和分子所占據(jù)空間的區(qū)別）
對(duì)于分子（單原子分子）間距的計(jì)算，氣體和液體可直接用
，對(duì)固體，則與分子的空間排列（晶體的點(diǎn)陣）有關(guān)。
【例題1】如圖6-1所示，食鹽（NaCl）的晶體是由鈉離子（圖中的白色圓點(diǎn)表示）和氯離子（圖中的黑色圓點(diǎn)表示）組成的，離子鍵兩兩垂直且鍵長(zhǎng)相等。已知食鹽的摩爾質(zhì)量為58.5×10－3kg/mol，密度為2.2×103kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol－1，求食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心之間的距離。
【解說(shuō)】題意所求即圖中任意一個(gè)小立方塊的變長(zhǎng)（設(shè)為a）的
倍，所以求a成為本題的焦點(diǎn)。
由于一摩爾的氯化鈉含有NA個(gè)氯化鈉分子，事實(shí)上也含有2NA個(gè)鈉離子（或氯離子），所以每個(gè)鈉離子占據(jù)空間為 v = 
而由圖不難看出，一個(gè)離子占據(jù)的空間就是小立方體的體積a3 ，
即 a3 = 
= 
，最后，鄰近鈉離子之間的距離l = 
a
【答案】3.97×10－10m 。
〖思考〗本題還有沒(méi)有其它思路？
〖答案〗每個(gè)離子都被八個(gè)小立方體均分，故一個(gè)小立方體含有
×8個(gè)離子 = 
分子，所以…（此法普遍適用于空間點(diǎn)陣比較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。）
2、物質(zhì)內(nèi)的分子永不停息地作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)
固體分子在平衡位置附近做微小振動(dòng)（振幅數(shù)量級(jí)為0.1
），少數(shù)可以脫離平衡位置運(yùn)動(dòng)。液體分子的運(yùn)動(dòng)則可以用“長(zhǎng)時(shí)間的定居（振動(dòng)）和短時(shí)間的遷移”來(lái)概括，這是由于液體分子間距較固體大的結(jié)果。氣體分子基本“居無(wú)定所”，不停地遷移（常溫下，速率數(shù)量級(jí)為102m/s）。
無(wú)論是振動(dòng)還是遷移，都具備兩個(gè)特點(diǎn)：a、偶然無(wú)序（雜亂無(wú)章）和統(tǒng)計(jì)有序（分子數(shù)比率和速率對(duì)應(yīng)一定的規(guī)律——如麥克斯韋速率分布函數(shù)，如圖6-2所示）；b、劇烈程度和溫度相關(guān)。
氣體分子的三種速率。最可幾速率vP ：f(v) = 
（其中ΔN表示v到v +Δv內(nèi)分子數(shù)，N表示分子總數(shù)）極大時(shí)的速率，vP =
=
；平均速率
：所有分子速率的算術(shù)平均值，
=
=
；方均根速率
：與分子平均動(dòng)能密切相關(guān)的一個(gè)速率，
=
=
〔其中R為普適氣體恒量，R = 8.31J/(mol.K)。k為玻耳茲曼常量，k = 
= 1.38×10－23J/K 〕
【例題2】證明理想氣體的壓強(qiáng)P = 
n
，其中n為分子數(shù)密度，
為氣體分子平均動(dòng)能。
【證明】氣體的壓強(qiáng)即單位面積容器壁所承受的分子的撞擊力，這里可以設(shè)理想氣體被封閉在一個(gè)邊長(zhǎng)為a的立方體容器中，如圖6-3所示。
考查yoz平面的一個(gè)容器壁，P = 
①
設(shè)想在Δt時(shí)間內(nèi)，有Nx個(gè)分子（設(shè)質(zhì)量為m）沿x方向以恒定的速率vx碰撞該容器壁，且碰后原速率彈回，則根據(jù)動(dòng)量定理，容器壁承受的壓力
F =
=
②
在氣體的實(shí)際狀況中，如何尋求Nx和vx呢？
考查某一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，設(shè)它的速度為v ，它沿x、y、z三個(gè)方向分解后，滿足
v2 = 
+ 
+ 
分子運(yùn)動(dòng)雖然是雜亂無(wú)章的，但仍具有“偶然無(wú)序和統(tǒng)計(jì)有序”的規(guī)律，即
= 
+ 
+ 
= 3
③
這就解決了vx的問(wèn)題。另外，從速度的分解不難理解，每一個(gè)分子都有機(jī)會(huì)均等的碰撞3個(gè)容器壁的可能。設(shè)Δt = 
，則
Nx = 
·3N總 = 
na3 ④
注意，這里的
是指有6個(gè)容器壁需要碰撞，而它們被碰的幾率是均等的。
結(jié)合①②③④式不難證明題設(shè)結(jié)論。
〖思考〗此題有沒(méi)有更簡(jiǎn)便的處理方法？
〖答案〗有。“命令”所有分子以相同的速率v沿+x、?x、+y、?y、+z、?z這6個(gè)方向運(yùn)動(dòng)（這樣造成的宏觀效果和“雜亂無(wú)章”地運(yùn)動(dòng)時(shí)是一樣的），則 Nx =
N總 = 
na3 ；而且vx = v
所以，P = 
= 
=
=
nm
= 
n
3、分子間存在相互作用力（注意分子斥力和氣體分子碰撞作用力的區(qū)別），而且引力和斥力同時(shí)存在，宏觀上感受到的是其合效果。
分子力是保守力，分子間距改變時(shí)，分子力做的功可以用分子勢(shì)能的變化表示，分子勢(shì)能EP隨分子間距的變化關(guān)系如圖6-4所示。
分子勢(shì)能和動(dòng)能的總和稱為物體的內(nèi)能。
二、熱現(xiàn)象和基本熱力學(xué)定律
1、平衡態(tài)、狀態(tài)參量
a、凡是與溫度有關(guān)的現(xiàn)象均稱為熱現(xiàn)象，熱學(xué)是研究熱現(xiàn)象的科學(xué)。熱學(xué)研究的對(duì)象都是有大量分子組成的宏觀物體，通稱為熱力學(xué)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）。當(dāng)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不再隨時(shí)間變化時(shí)，這樣的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。
b、系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，所有宏觀量都具有確定的值，這些確定的值稱為狀態(tài)參量（描述氣體的狀態(tài)參量就是P、V和T）。
c、熱力學(xué)第零定律（溫度存在定律）：若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個(gè)系統(tǒng)都和第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)也必定處于熱平衡。這個(gè)定律反映出：處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個(gè)共同的宏觀特征，這一特征是由這些互為熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個(gè)數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù)，這個(gè)狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。
2、溫度
a、溫度即物體的冷熱程度，溫度的數(shù)值表示法稱為溫標(biāo)。典型的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)t、華氏溫標(biāo)F（F = 
t + 32）和熱力學(xué)溫標(biāo)T（T = t + 273.15）。
b、（理想）氣體溫度的微觀解釋：
= 
kT （i為分子的自由度 = 平動(dòng)自由度t + 轉(zhuǎn)動(dòng)自由度r + 振動(dòng)自由度s 。對(duì)單原子分子i = 3 ，“剛性”〈忽略振動(dòng)，s = 0，但r = 2〉雙原子分子i = 5 。對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上的多原子分子，i = 6 。能量按自由度是均分的），所以說(shuō)溫度是物質(zhì)分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。
c、熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)零度不可能達(dá)到。（結(jié)合分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)2和溫度的微觀解釋很好理解。）
3、熱力學(xué)過(guò)程
a、熱傳遞。熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)（對(duì)長(zhǎng)L、橫截面積S的柱體，Q = K
SΔ
第二部分 牛頓運(yùn)動(dòng)定律
第一講 牛頓三定律
一、牛頓第一定律
1、定律。慣性的量度
2、觀念意義，突破“初態(tài)困惑”
二、牛頓第二定律
1、定律
2、理解要點(diǎn)
a、矢量性
b、獨(dú)立作用性：ΣF → a ，ΣFx → ax …
c、瞬時(shí)性。合力可突變，故加速度可突變（與之對(duì)比：速度和位移不可突變）；牛頓第二定律展示了加速度的決定式（加速度的定義式僅僅展示了加速度的“測(cè)量手段”）。
3、適用條件
a、宏觀、低速
b、慣性系
對(duì)于非慣性系的定律修正——引入慣性力、參與受力分析
三、牛頓第三定律
1、定律
2、理解要點(diǎn)
a、同性質(zhì)（但不同物體）
b、等時(shí)效（同增同減）
c、無(wú)條件（與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、空間選擇無(wú)關(guān)）
第二講 牛頓定律的應(yīng)用
一、牛頓第一、第二定律的應(yīng)用
單獨(dú)應(yīng)用牛頓第一定律的物理問(wèn)題比較少，一般是需要用其解決物理問(wèn)題中的某一個(gè)環(huán)節(jié)。
應(yīng)用要點(diǎn)：合力為零時(shí)，物體靠慣性維持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；只有物體有加速度時(shí)才需要合力。有質(zhì)量的物體才有慣性。a可以突變而v、s不可突變。
1、如圖1所示，在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，皮帶運(yùn)輸機(jī)上方的皮帶以恒定的速度向右運(yùn)動(dòng)�，F(xiàn)將一工件（大小不計(jì)）在皮帶左端A點(diǎn)輕輕放下，則在此后的過(guò)程中（ ）
A、一段時(shí)間內(nèi)，工件將在滑動(dòng)摩擦力作用下，對(duì)地做加速運(yùn)動(dòng)
B、當(dāng)工件的速度等于v時(shí)，它與皮帶之間的摩擦力變?yōu)殪o摩擦力
C、當(dāng)工件相對(duì)皮帶靜止時(shí)，它位于皮帶上A點(diǎn)右側(cè)的某一點(diǎn)
D、工件在皮帶上有可能不存在與皮帶相對(duì)靜止的狀態(tài)
解說(shuō)：B選項(xiàng)需要用到牛頓第一定律，A、C、D選項(xiàng)用到牛頓第二定律。
較難突破的是A選項(xiàng)，在為什么不會(huì)“立即跟上皮帶”的問(wèn)題上，建議使用反證法（t → 0 ，a → ∞ ，則ΣFx → ∞ ，必然會(huì)出現(xiàn)“供不應(yīng)求”的局面）和比較法（為什么人跳上速度不大的物體可以不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)？因?yàn)槿耸强梢孕巫�、重心可以調(diào)節(jié)的特殊“物體”）
此外，本題的D選項(xiàng)還要用到勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。用勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律和牛頓第二定律不難得出
只有當(dāng)L ＞ 
時(shí)（其中μ為工件與皮帶之間的動(dòng)摩擦因素），才有相對(duì)靜止的過(guò)程，否則沒(méi)有。
答案：A、D
思考：令L = 10m ，v = 2 m/s ，μ= 0.2 ，g取10 m/s2 ，試求工件到達(dá)皮帶右端的時(shí)間t（過(guò)程略，答案為5.5s）
進(jìn)階練習(xí)：在上面“思考”題中，將工件給予一水平向右的初速v0 ，其它條件不變，再求t（學(xué)生分以下三組進(jìn)行）——
① v0 = 1m/s (答：0.5 + 37/8 = 5.13s)
② v0 = 4m/s (答：1.0 + 3.5 = 4.5s)
③ v0 = 1m/s (答：1.55s)
2、質(zhì)量均為m的兩只鉤碼A和B，用輕彈簧和輕繩連接，然后掛在天花板上，如圖2所示。試問(wèn)：
① 如果在P處剪斷細(xì)繩，在剪斷瞬時(shí)，B的加速度是多少？
② 如果在Q處剪斷彈簧，在剪斷瞬時(shí)，B的加速度又是多少？
解說(shuō)：第①問(wèn)是常規(guī)處理。由于“彈簧不會(huì)立即發(fā)生形變”，故剪斷瞬間彈簧彈力維持原值，所以此時(shí)B鉤碼的加速度為零（A的加速度則為2g）。
第②問(wèn)需要我們反省這樣一個(gè)問(wèn)題：“彈簧不會(huì)立即發(fā)生形變”的原因是什么？是A、B兩物的慣性，且速度v和位移s不能突變。但在Q點(diǎn)剪斷彈簧時(shí)，彈簧卻是沒(méi)有慣性的（沒(méi)有質(zhì)量），遵從理想模型的條件，彈簧應(yīng)在一瞬間恢復(fù)原長(zhǎng)！即彈簧彈力突變?yōu)榱恪?/p>
答案：0 ；g 。
二、牛頓第二定律的應(yīng)用
應(yīng)用要點(diǎn)：受力較少時(shí)，直接應(yīng)用牛頓第二定律的“矢量性”解題。受力比較多時(shí)，結(jié)合正交分解與“獨(dú)立作用性”解題。
在難度方面，“瞬時(shí)性”問(wèn)題相對(duì)較大。
1、滑塊在固定、光滑、傾角為θ的斜面上下滑，試求其加速度。
解說(shuō)：受力分析 → 根據(jù)“矢量性”定合力方向 → 牛頓第二定律應(yīng)用
答案：gsinθ。
思考：如果斜面解除固定，上表仍光滑，傾角仍為θ，要求滑塊與斜面相對(duì)靜止，斜面應(yīng)具備一個(gè)多大的水平加速度？（解題思路完全相同，研究對(duì)象仍為滑塊。但在第二環(huán)節(jié)上應(yīng)注意區(qū)別。答：gtgθ。）
進(jìn)階練習(xí)1：在一向右運(yùn)動(dòng)的車廂中，用細(xì)繩懸掛的小球呈現(xiàn)如圖3所示的穩(wěn)定狀態(tài)，試求車廂的加速度。（和“思考”題同理，答：gtgθ。）
進(jìn)階練習(xí)2、如圖4所示，小車在傾角為α的斜面上勻加速運(yùn)動(dòng)，車廂頂用細(xì)繩懸掛一小球，發(fā)現(xiàn)懸繩與豎直方向形成一個(gè)穩(wěn)定的夾角β。試求小車的加速度。
解：繼續(xù)貫徹“矢量性”的應(yīng)用，但數(shù)學(xué)處理復(fù)雜了一些（正弦定理解三角形）。
分析小球受力后，根據(jù)“矢量性”我們可以做如圖5所示的平行四邊形，并找到相應(yīng)的夾角。設(shè)張力T與斜面方向的夾角為θ，則
θ=（90°+ α）- β= 90°-（β-α） （1）
對(duì)灰色三角形用正弦定理，有
= 
（2）
解（1）（2）兩式得：ΣF = 
最后運(yùn)用牛頓第二定律即可求小球加速度（即小車加速度）
答：
。
2、如圖6所示，光滑斜面傾角為θ，在水平地面上加速運(yùn)動(dòng)。斜面上用一條與斜面平行的細(xì)繩系一質(zhì)量為m的小球，當(dāng)斜面加速度為a時(shí)（a＜ctgθ），小球能夠保持相對(duì)斜面靜止。試求此時(shí)繩子的張力T 。
解說(shuō)：當(dāng)力的個(gè)數(shù)較多，不能直接用平行四邊形尋求合力時(shí)，宜用正交分解處理受力，在對(duì)應(yīng)牛頓第二定律的“獨(dú)立作用性”列方程。
正交坐標(biāo)的選擇，視解題方便程度而定。
解法一：先介紹一般的思路。沿加速度a方向建x軸，與a垂直的方向上建y軸，如圖7所示（N為斜面支持力）。于是可得兩方程
ΣFx = ma ，即Tx － Nx = ma
ΣFy = 0 ， 即Ty + Ny = mg
代入方位角θ，以上兩式成為
T cosθ－N sinθ = ma （1）
T sinθ + Ncosθ = mg （2）
這是一個(gè)關(guān)于T和N的方程組，解（1）（2）兩式得：T = mgsinθ + ma cosθ
解法二：下面嘗試一下能否獨(dú)立地解張力T 。將正交分解的坐標(biāo)選擇為：x——斜面方向，y——和斜面垂直的方向。這時(shí)，在分解受力時(shí)，只分解重力G就行了，但值得注意，加速度a不在任何一個(gè)坐標(biāo)軸上，是需要分解的。矢量分解后，如圖8所示。
根據(jù)獨(dú)立作用性原理，ΣFx = max
即：T － Gx = max
即：T － mg sinθ = m acosθ
顯然，獨(dú)立解T值是成功的。結(jié)果與解法一相同。
答案：mgsinθ + ma cosθ
思考：當(dāng)a＞ctgθ時(shí)，張力T的結(jié)果會(huì)變化嗎？（從支持力的結(jié)果N = mgcosθ－ma sinθ看小球脫離斜面的條件，求脫離斜面后，θ條件已沒(méi)有意義。答：T = m
。）
學(xué)生活動(dòng)：用正交分解法解本節(jié)第2題“進(jìn)階練習(xí)2”
進(jìn)階練習(xí)：如圖9所示，自動(dòng)扶梯與地面的夾角為30°，但扶梯的臺(tái)階是水平的。當(dāng)扶梯以a = 4m/s2的加速度向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，站在扶梯上質(zhì)量為60kg的人相對(duì)扶梯靜止。重力加速度g = 10 m/s2，試求扶梯對(duì)人的靜摩擦力f 。
解：這是一個(gè)展示獨(dú)立作用性原理的經(jīng)典例題，建議學(xué)生選擇兩種坐標(biāo)（一種是沿a方向和垂直a方向，另一種是水平和豎直方向），對(duì)比解題過(guò)程，進(jìn)而充分領(lǐng)會(huì)用牛頓第二定律解題的靈活性。
答：208N 。
3、如圖10所示，甲圖系著小球的是兩根輕繩，乙圖系著小球的是一根輕彈簧和輕繩，方位角θ已知�，F(xiàn)將它們的水平繩剪斷，試求：在剪斷瞬間，兩種情形下小球的瞬時(shí)加速度。
解說(shuō)：第一步，闡明繩子彈力和彈簧彈力的區(qū)別。
（學(xué)生活動(dòng)）思考：用豎直的繩和彈簧懸吊小球，并用豎直向下的力拉住小球靜止，然后同時(shí)釋放，會(huì)有什么現(xiàn)象？原因是什么？
結(jié)論——繩子的彈力可以突變而彈簧的彈力不能突變（胡克定律）。
第二步，在本例中，突破“繩子的拉力如何瞬時(shí)調(diào)節(jié)”這一難點(diǎn)（從即將開(kāi)始的運(yùn)動(dòng)來(lái)反推）。
知識(shí)點(diǎn)，牛頓第二定律的瞬時(shí)性。
答案：a甲 = gsinθ ；a乙 = gtgθ 。
應(yīng)用：如圖11所示，吊籃P掛在天花板上，與吊籃質(zhì)量相等的物體Q被固定在吊籃中的輕彈簧托住，當(dāng)懸掛吊籃的細(xì)繩被燒斷瞬間，P、Q的加速度分別是多少？
解：略。
答：2g ；0 。
三、牛頓第二、第三定律的應(yīng)用
要點(diǎn)：在動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，如果遇到幾個(gè)研究對(duì)象時(shí)，就會(huì)面臨如何處理對(duì)象之間的力和對(duì)象與外界之間的力問(wèn)題，這時(shí)有必要引進(jìn)“系統(tǒng)”、“內(nèi)力”和“外力”等概念，并適時(shí)地運(yùn)用牛頓第三定律。
在方法的選擇方面，則有“隔離法”和“整體法”。前者是根本，后者有局限，也有難度，但常常使解題過(guò)程簡(jiǎn)化，使過(guò)程的物理意義更加明晰。
對(duì)N個(gè)對(duì)象，有N個(gè)隔離方程和一個(gè)（可能的）整體方程，這（N + 1）個(gè)方程中必有一個(gè)是通解方程，如何取舍，視解題方便程度而定。
補(bǔ)充：當(dāng)多個(gè)對(duì)象不具有共同的加速度時(shí)，一般來(lái)講，整體法不可用，但也有一種特殊的“整體方程”，可以不受這個(gè)局限（可以介紹推導(dǎo)過(guò)程）——
Σ
= m1
+ m2
+ m3
+ … + mn
其中Σ
只能是系統(tǒng)外力的矢量和，等式右邊也是矢量相加。
1、如圖12所示，光滑水平面上放著一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)的均質(zhì)直棒，現(xiàn)給棒一個(gè)沿棒方向的、大小為F的水平恒力作用，則棒中各部位的張力T隨圖中x的關(guān)系怎樣？
解說(shuō)：截取隔離對(duì)象，列整體方程和隔離方程（隔離右段較好）。
答案：N = 
x 。
思考：如果水平面粗糙，結(jié)論又如何？
解：分兩種情況，（1）能拉動(dòng)；（2）不能拉動(dòng)。
第（1）情況的計(jì)算和原題基本相同，只是多了一個(gè)摩擦力的處理，結(jié)論的化簡(jiǎn)也麻煩一些。
第（2）情況可設(shè)棒的總質(zhì)量為M ，和水平面的摩擦因素為μ，而F = μ
Mg ，其中l(wèi)＜L ，則x＜(L-l)的右段沒(méi)有張力，x＞(L-l)的左端才有張力。
答：若棒仍能被拉動(dòng)，結(jié)論不變。
若棒不能被拉動(dòng)，且F = μ
Mg時(shí)（μ為棒與平面的摩擦因素，l為小于L的某一值，M為棒的總質(zhì)量），當(dāng)x＜(L-l)，N≡0 ；當(dāng)x＞(L-l)，N = 
〔x -〈L-l〉〕。
應(yīng)用：如圖13所示，在傾角為θ的固定斜面上，疊放著兩個(gè)長(zhǎng)方體滑塊，它們的質(zhì)量分別為m1和m2 ，它們之間的摩擦因素、和斜面的摩擦因素分別為μ1和μ2 ，系統(tǒng)釋放后能夠一起加速下滑，則它們之間的摩擦力大小為：
A、μ1 m1gcosθ ； B、μ2 m1gcosθ ；
C、μ1 m2gcosθ ； D、μ1 m2gcosθ ；
解：略。
答：B 。（方向沿斜面向上。）
思考：（1）如果兩滑塊不是下滑，而是以初速度v0一起上沖，以上結(jié)論會(huì)變嗎？（2）如果斜面光滑，兩滑塊之間有沒(méi)有摩擦力？（3）如果將下面的滑塊換成如圖14所示的盒子，上面的滑塊換成小球，它們以初速度v0一起上沖，球應(yīng)對(duì)盒子的哪一側(cè)內(nèi)壁有壓力？
解：略。
答：（1）不會(huì)；（2）沒(méi)有；（3）若斜面光滑，對(duì)兩內(nèi)壁均無(wú)壓力，若斜面粗糙，對(duì)斜面上方的內(nèi)壁有壓力。
2、如圖15所示，三個(gè)物體質(zhì)量分別為m1 、m2和m3 ，帶滑輪的物體放在光滑水平面上，滑輪和所有接觸面的摩擦均不計(jì)，繩子的質(zhì)量也不計(jì)，為使三個(gè)物體無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，水平推力F應(yīng)為多少？
解說(shuō)：
此題對(duì)象雖然有三個(gè)，但難度不大。隔離m2 ，豎直方向有一個(gè)平衡方程；隔離m1 ，水平方向有一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程；整體有一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程。就足以解題了。
答案：F = 
。
思考：若將質(zhì)量為m3物體右邊挖成凹形，讓m2可以自由擺動(dòng)（而不與m3相碰），如圖16所示，其它條件不變。是否可以選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)腇′，使三者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)？如果沒(méi)有，說(shuō)明理由；如果有，求出這個(gè)F′的值。
解：此時(shí)，m2的隔離方程將較為復(fù)雜。設(shè)繩子張力為T(mén) ，m2的受力情況如圖，隔離方程為：
= m2a
隔離m1 ，仍有：T = m1a
解以上兩式，可得：a = 
g
最后用整體法解F即可。
答：當(dāng)m1 ≤ m2時(shí)，沒(méi)有適應(yīng)題意的F′；當(dāng)m1 ＞ m2時(shí)，適應(yīng)題意的F′= 
。
3、一根質(zhì)量為M的木棒，上端用細(xì)繩系在天花板上，棒上有一質(zhì)量為m的貓，如圖17所示�，F(xiàn)將系木棒的繩子剪斷，同時(shí)貓相對(duì)棒往上爬，但要求貓對(duì)地的高度不變，則棒的加速度將是多少？
解說(shuō)：法一，隔離法。需要設(shè)出貓爪抓棒的力f ，然后列貓的平衡方程和棒的動(dòng)力學(xué)方程，解方程組即可。
法二，“新整體法”。
據(jù)Σ
= m1
+ m2
+ m3
+ … + mn
，貓和棒的系統(tǒng)外力只有兩者的重力，豎直向下，而貓的加速度a1 = 0 ，所以：
（ M + m ）g = m·0 + M a1
解棒的加速度a1十分容易。
答案：
g 。
四、特殊的連接體
當(dāng)系統(tǒng)中各個(gè)體的加速度不相等時(shí)，經(jīng)典的整體法不可用。如果各個(gè)體的加速度不在一條直線上，“新整體法”也將有一定的困難（矢量求和不易）。此時(shí)，我們回到隔離法，且要更加注意找各參量之間的聯(lián)系。
解題思想：抓某個(gè)方向上加速度關(guān)系。方法：“微元法”先看位移關(guān)系，再推加速度關(guān)系。、
1、如圖18所示，一質(zhì)量為M 、傾角為θ的光滑斜面，放置在光滑的水平面上，另一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊從斜面頂端釋放，試求斜面的加速度。
解說(shuō)：本題涉及兩個(gè)物體，它們的加速度關(guān)系復(fù)雜，但在垂直斜面方向上，大小是相等的。對(duì)兩者列隔離方程時(shí)，務(wù)必在這個(gè)方向上進(jìn)行突破。
（學(xué)生活動(dòng)）定型判斷斜面的運(yùn)動(dòng)情況、滑塊的運(yùn)動(dòng)情況。
位移矢量示意圖如圖19所示。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，加速度矢量a1和a2也具有這樣的關(guān)系。
（學(xué)生活動(dòng)）這兩個(gè)加速度矢量有什么關(guān)系？
沿斜面方向、垂直斜面方向建x 、y坐標(biāo)，可得：
a1y = a2y ①
且：a1y = a2sinθ ②
隔離滑塊和斜面，受力圖如圖20所示。
對(duì)滑塊，列y方向隔離方程，有：
mgcosθ- N = ma1y ③
對(duì)斜面，仍沿合加速度a2方向列方程，有：
Nsinθ= Ma2 ④
解①②③④式即可得a2 。
答案：a2 = 
。
（學(xué)生活動(dòng)）思考：如何求a1的值？
解：a1y已可以通過(guò)解上面的方程組求出；a1x只要看滑塊的受力圖，列x方向的隔離方程即可，顯然有mgsinθ= ma1x ，得:a1x = gsinθ 。最后據(jù)a1 = 
求a1 。
答：a1 = 
。
2、如圖21所示，與水平面成θ角的AB棒上有一滑套C ，可以無(wú)摩擦地在棒上滑動(dòng)，開(kāi)始時(shí)與棒的A端相距b ，相對(duì)棒靜止。當(dāng)棒保持傾角θ不變地沿水平面勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a（且a＞gtgθ）時(shí)，求滑套C從棒的A端滑出所經(jīng)歷的時(shí)間。
解說(shuō)：這是一個(gè)比較特殊的“連接體問(wèn)題”，尋求運(yùn)動(dòng)學(xué)參量的關(guān)系似乎比動(dòng)力學(xué)分析更加重要。動(dòng)力學(xué)方面，只需要隔離滑套C就行了。
（學(xué)生活動(dòng)）思考：為什么題意要求a＞gtgθ？（聯(lián)系本講第二節(jié)第1題之“思考題”）
定性繪出符合題意的運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖，如圖22所示：S表示棒的位移，S1表示滑套的位移。沿棒與垂直棒建直角坐標(biāo)后，S1x表示S1在x方向上的分量。不難看出：
S1x + b = S cosθ ①
設(shè)全程時(shí)間為t ，則有：
S = 
at2 ②
S1x = 
a1xt2 ③
而隔離滑套，受力圖如圖23所示，顯然：
mgsinθ= ma1x ④
解①②③④式即可。
答案：t = 
另解：如果引進(jìn)動(dòng)力學(xué)在非慣性系中的修正式 Σ
+ 
* = m 
（注：
*為慣性力），此題極簡(jiǎn)單。過(guò)程如下——
以棒為參照，隔離滑套，分析受力，如圖24所示。
注意，滑套相對(duì)棒的加速度a相是沿棒向上的，故動(dòng)力學(xué)方程為：
F*cosθ- mgsinθ= ma相 （1）
其中F* = ma （2）
而且，以棒為參照，滑套的相對(duì)位移S相就是b ，即：
b = S相 = 
a相 t2 （3）
解（1）（2）（3）式就可以了。
第二講 配套例題選講
教材范本：龔霞玲主編《奧林匹克物理思維訓(xùn)練教材》，知識(shí)出版社，2002年8月第一版。
例題選講針對(duì)“教材”第三章的部分例題和習(xí)題。
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