动力学基本问题
第十四章 达朗伯原理
教学目标：
1、 对惯性力的概念有清晰的理解。
2、 掌握质点系惯性力简化的方法，能正确地计算平动、定轴转动和平面运动刚体的惯性力主矢和主矩。
3、 能熟练地应用达朗伯原理求解动力学问题。
4、 会计算刚体对任意轴的转动惯量、惯性积（离心转动惯量）和求定轴转动刚体对轴承的附加动压力。
5、 了解惯性主轴、中心惯性主轴、静平衡与动平衡等概念。 本章重点：
1、 惯性力的概念，平动、定轴转动和平面运动刚体惯性力系的简化。
2、 达朗伯原理。
3、 用达朗伯原理求解动力学问题。 本章难点：
1、 惯性力系的简化。
2、 惯性积和惯性主轴的概念。
本章介绍的是求解动力学问题的一种方法。达朗伯原理是通过引入惯性力的概念，把动力学问题用列平衡方程的方法求解。这种方法又称为“动静法”。
一、惯性力
设质点的质量为m ，在F 力的作用下产生加速度a
，则定义a m F G -=
为质点的惯性力。它是当质点的运动状态发生改变时，由于惯性反抗，对施力物体的一种反抗作用。
例如：质量为m 的小车，在人的推动下沿光滑的直线轨道运动，如图14.1所示。
图14.1
设小车的加速度为a
，由牛顿第二定律有：
a m F
-=，F 是人作用于小车的力；
G
F a m F F =-=-=' , F ' 是小车对人的作用力；
此种情况，小车对人的作用力恰好就是小车本身的惯性力。
二、达朗伯原理
1、质点的达朗伯原理
设质量为m 的非自由质点M ，在主动力F 和约束力N F
的作用下，作曲
线运动（图14.2），
图14.2
设其加速度为a
，根据牛顿第二定律，有：
a m F F N
=+
将上式移项，有：
0=-+a m F F N
引入惯性力 a m F G
-=，有：
0=++G
N F F F （14.1）
上式表明：在质点运动的任一瞬时，若把质点的惯性力假想地加在质点上，则作用在质点上的主动力、约束力以及质点的惯性力在形式上组成平衡力系。这称为质点的达朗伯原理。
式（14.1）的投影方程为
00
=++=++=++G z Nz z G y Ny y G x Nx x F F F F F F F F F
2、质点系的达朗伯原理
设由n 个质点组成的质点系，其中第i 个质点的质量为i m ，加速度为i a
，所受的力为：
i F —外力， *
i F —内力
质点的惯性力为：
i i G a m F -=
由质点的达朗伯原理，有：
0=++G
N F F F
表示成力系形式为：
0),,,,,,,,,(1121=**G
n G n n F F F F F F F
因为内力系成对出现，有0=∑i F ，()
0=∑i o F M
上式可表示为：
()()
0=+=+∑∑∑∑G
i o i o G i
i F M F M F F （14.2） 上式表明：在质点系运动的任一瞬时，若假想地把各个质点的惯性力加在各个质点上，则作用在质点系上的外力系和质点系的惯性力系在形式上组成一平衡力系。这称为质点系的达朗伯原理。
一般情况下，式（14.2）有六个投影方程： 对于平面力系，有：
()()0
00=+=+=+∑∑∑∑∑∑G
i
o
i
o
G iy
iy
G ix ix F M F M F F F F
例14.1 已知：长为l 2的无重杆CD ，两端各固结重为P 的小球，杆的中点与铅垂轴AB 固结，夹角为θ。轴AB 以匀角速度ω转动（图14.3），轴承A 、B 间的距离为h 。
求：轴承A 、B 的约束力？
图14.3a
解：1、研究对象：整体
2、分析受力（Bx Ay Ax F F F P P
,,,,）
图14.3b
3、分析运动，虚加惯性力
θ
ωsin l a a a n D c 2=== ，
θωsin l g
P F F D G C 2
=
=
4、应用动静法求解
0)(0
===∑∑∑i A iy
ix F M
F
F
2020
2=-?=-=-+-θθωc o s l )s i n l g
P
(h F P F F F F F Bx Ay G C G
D Bx Ax 解得
θω22
2s i n gh
Pl F F Bx Ax ==
，
P F Ay 2=
例14.2 已知：上题中，若将CD 杆看成是质量为m 2的均质细杆，并去掉D ,C 小球；求：轴承A 、B 的约束力？
图14.4a 图14.4b
解：1、研究对象：整体
2、分析受力（Bx Ay Ax F F F g m
,,,）
3、分析运动，虚加惯性力 )OC (OD 杆的惯性力成线形分布。
最大惯性力载荷集度2θωsin l l
m q G
=
，
θωsin ml l q F
F
G G OD
G OC
2
212===
作用位置如图。
图14.4c 图14.4d
4
、应用动静法求解
0)(0
===∑∑∑i A iy
ix F M
F
F
3
22020
=??-?=-=-+-θcos l F h F mg F F F F F G OD Bx Ay G C G
D Bx Ax 解得
θ
ω232
2s i n h
ml F F Bx Ax == ，
mg F Ay 2=
三、刚体惯性力系的简化
刚体内各质点的惯性力形成了一个连续分布的惯性力系，应加以简化：
1、 复习力系向一点简化
图14.5a 图14.5b
∑=i F F ， ()
i o o F M M
∑=
2、 惯性力系向一点简化，主失和主矩
图14.5c
惯性力系： ),(),,(21G
o G G n G G M F F F F =
主失 ： (c c i i i G i G a m r m r m a m F F
-=-=-=-==∑∑∑
主矩 ：
G M 0:
1） 刚体平动：简化中心：质心“C ” 惯性力系为一同向平行力系，可简化为过质心的一合力（图14.6）（类似于重力）
图14.6
c G ma F =
， 0=G c M
2） 刚体定轴转动
惯性力系简化为平面力系的条件：刚体具有质量对称平面，且质量对称平面垂直于转轴。
简化中心：转轴“O ”
图14.7a 图14.7b
参看图14.7)a (
αi i G ic r m F =
，
2ωi i G in r m F =
ααττ020000
)()()]()([I r m F M F M F M M i i G
i G in G i G -=-==+=∑∑∑
定轴转动刚体向转轴简化的惯性力（参看图14.7)b (）大小为
ατc G mr F =
，
2ωc G n mr F =
，
)oc r (c =
α
00I M G =
3） 刚体平面运动：简化中心：质心“C ”
刚体平面运动 随质心平动+相对质心转动 惯性力为（参看图14.8）
图14.8
τa m F G
-= ， αc G c I M =
例14.3 写出下列各图所示刚体的惯性力，并在图上表示其方向：
1） 在图14.9（a ）中：设OA 为均质杆，质量为m ，长度为l
图14.9（a ） 2） 在图14.9（b ）（c ）（d ）中：设轮C 均为质量为m ，半径为
R 的均质圆盘
图14.9（b ） 图14.9（c ） 图14.9（d ） 3） 在图14.9（e ）中：设杆B O //A O 21，l A O =1，AB 杆为均质杆，
质量为m ，不计A O 1、B O 2的质量
图14.9（e ） 解：1、图14.9（a ）
ατ2l m F G
=，22
ωl m F G
n =，α320ml M G =
图14.9（a ） 图14.9（b ）
2ωmR F G n =
图14.9（b ） 图14.9（c ）
αR m
M G c 2
=
图14.9（c ） 图14.9（d ） c G
ma F =，R
a mR M c
G c
22=
图14.9（d ）
图14.9（e ）
ατml F G =，2ωml F G n =
图14.9（e ）
2．图14.9（a ）中若将惯性力向质心“C ”简化，有
αατ12
4322
220
ml )ml ml (l F M M G
G G
c
=-=-=，即αc G c I M =，（图
14.9(a ’)）
图14.9（a ’）
例14.4 已知：匀质正方形平板边长为l ，重kg P 1=，设r B O A O ==21，不计杆重，l O O =21 ，o 30=θ
（图
14.10）
图14.10(a)
求：剪断GH 绳时，两杆的受力及角加速度？ 解：1、研究对象：正方形平板 2、分析受力（P
，A F ，B F
） 3、 分析运动，虚加惯性力
图14.10(b) 图14.10(c) 平板作曲线平动
c G a g
P F =
4、应用动静法求解
0)(00
===∑∑∑i
c
in i F M F F τ 0
2
20
0=-++-=-+===+-l
)s i n F c o s F (l )c o s F s i n F (c o s P F F s i n
g a ,s i n P a g
P
s i n P F B
B
A
A
B A c c G θθθθθθθθ，
联立（a ）（b ）两式，解得：
)s i n (c o s P F A θθ-=
2，)cos (sin P
F B θθ+=2
代入o 30=θ，得
P .F A 1830=，P .F B 6830=，g a c 2
1
=
A O 1杆的角加速度为 g r
r a r a c A 21
===
α 例14.5 已知5 已知：图14.11所示直角杆由均质杆OA 和AB 焊
接而成，在光滑的水平面内绕铅直轴O 转动。设l OA AB 22==，杆AB 的质量为2m 。
图14.11(a) 图14.11(b)
求：某瞬时杆的角速度为ω，角加速度为α时，焊点A 的内力？ 解：1、研究对象： 杆
3、
分析受力（ τA F ，An F
，A M ）
3、分析运动，虚加惯性力 ατl m F G 22=，222ωml F G n =
α
ααm )l (m I M c G
c
3
2
12222===
4、应用动静法求解
)(00
===∑∑∑i
A
in i F M F F
τ
45450
0=--+=-=-G c o G o G n A G n An G A M )sin F cos F (M F F F F τττ
解得
ατml F A 22=，222ωml F An =，)(ml
M A 2343
2ωα-=
例14.6 已知：匀6 已知：匀质圆柱在铅直面内，半径为R ，重
为P ，l AB = （图14.12），求：移去支承B 瞬时圆柱的角加速度=α？A 点的约束力？
图14.12(a) 解：1、研究对象： 圆柱
2、分析受力（P
，Ax F ，Ay F
） 3、分析运动，虚加惯性力
ατR g
P F G =
，α2
23R g
P M G A
=
图14.12(b)
4、应用动静法求解
00
)(===∑∑∑iy
ix i A F
F
F M
03022
=+-=-==-θθαττcos F P F sin F F R gl ,l P
M G Ay G Ax G A
其中 R l
cos 2=θ，R
l R sin 2422-=θ，R
l g P
R g
P F G 3==ατ
解得
2
2246l R R
Pl
F Ax -=，)R
l (P F Ay 22
61-=
例14.7 已知：在图14.13中，轮C 是半径为R ，质量为m 的均
质圆盘，杆纯滚，0=t 时，0=s ，轮C 静止，OA 杆与铅直线夹角为β，
杆重不计。
图14.13(a)
求：轮心C 移动距离S 时，=τa
？焊缝O 处约束力？ 解：1、研究轮 （g m
，N F ，S F ，G F
，G c M ）
图14.13(b)
c G
ma F =，R
a mR M c
G c
22=
00
)(===∑∑∑iy
ix i B F
F F M
00
=-=+--=-+βθβs i n mg F cos mg F F cos mgR R F M N G s G G c
解之得
βc o s a c 3
2=，βsin mg F N =，βcos mg F s 31
=
2、研究OA 杆（ox F ，oy F ，0M N
F ' ，'s F ）
图14.13(c)
00
===∑∑∑)F (M F F i
o
iy ix 0
00
0='
-='
+='+S F M F F F F N N Ay s Ax
解之得
βc o s mg F Ax 3
1
=，βsin mg F Ay =，S
sin mg M β=0
例14.8 已知：均质杆AB ，质量为m ，长度为l ，用软绳AD 、BE 悬吊，如图14.14所示。
求：剪断BE 绳时，AB 杆角加速度和AD 绳拉力？ 解：1、研究 ： 杆
2、分析受力（g m
，A F ）
3、分析运动，虚加惯性力
剪断BE 绳时，AB 杆作平面运动
X
m F G
x
=，c G y
y
m F =，α12
2
ml M G c
=
0)(00
===∑∑∑i c iy
ix F M
F
F
o A o A G c A c G y A c G x s i n l F ml ,sin l F M mg F y m ,F mg F x
,F 602
12
0602
0002
==--==--==α 运动学关系：τ
cA A c c a a j y i x +=+
[ ]y ：o o A c cos l
cos a y
302
30α-=-= （3） 联立式（1）、（2）、（3），解得
g .g y
c 69013
9
-=-= ，l g .l g 60113312==α，mg .mg F A 31013
4
==
例14.9 已知：如图14.14所示，安装于悬臂梁上起吊重物的机构均质鼓轮重量为P ，半径为R ，其上作用力偶矩为M 的力偶，C 物重量为P 2，设l AB =，梁自重不计。
求：重物上升的加速度和固定端A 的约束力
图14.14(a) 图14.14(b) 解：1、研究对象：整体
（
2） （1
）
图14.14(c)
2、用动能定理求C 物上升的加速度 设C 物上升速度为V ，则鼓轮角速度为R
v =ω，当重物上
升ds 时，鼓轮转过的度量为R
ds d =?，
∑=F i
w
dT δ ，
R
ds M ds P ])R v (g R P v g P [d +-=+222
1222212 化简得
ds )R
M P (vdv g P P +-=+21
222 将上式两边均除以dt ，有 dt
ds )R M P (dt dv v g P P +-=+21
222 因为
v dt
ds
=，解得
R
)P P (g )R P M (a 12222+-=
3、用动静法求A 点的约束力 惯性力
a g P F G
2=，)R a (g R P g R P M G B 222121==α 0)(00
===∑∑∑i A iy ix
F M
F
F
00
2122121=++---+++==---=)R l )(F P (l P M M M a g P
P P F ,F P P F F G
G B A Ay G Ay Ax l )a g
P P P (M A 2
21+
+=
南京大学《物理化学》练习 第十章 化学动力学基础(一)
第十章化学动力学基础（一） 返回上一页 1. 298 K时N2O5(g)分解反应半衰期t1/2为5.7 h,此值与N2O5的起始浓度无关,试求: (1) 该反应的速率常数. (2) 作用完成90%时所须的时间. 2. 某人工放射性元素放出α粒子,半衰期为15 min ,试问该试样有80%分解,需时若干? 3. 把一定量的PH3(g)迅速引入温度为950 K的已抽空的容器中,待反应物达到该温度时开始计时(此时已有部分分解),测得实验数据如下: t/s 0 58 108 ∞ P/kPa 35.00 36.34 36.68 36.85 已知反应 4pH3(g) P4(g) + 6H2(g) 为一级反应,求该反应的速率常数k值(设在t=∞时反应基本完成) 4. 在某化学反应中随时检测物质A的含量,1小时后,发现A已作用了75%,试问2小时后A还剩余多少没有作用?若该反应对A 来说是: (1) 一级反应. (2) 二级反应(设A与另一反应物B起始浓度相同) (3) 零级反应(求A作用完所用时间) 5. 在298 K时, NaOH与CH3COOCH3皂化作用的速率常数k2与NaOH与CH3COOC2H5皂化作用的速率常数k2' 的关系为k2=2.8k2' .试问在相同的实验条件下,当有90% CH3COOCH3被分解时, CH3COOC2H5的分解百分数为若干?
6. 对反应2NO(g) +2H2(g)---> N2(g) +2H2O(l) 进行了研究,起始时NO与H2的物质的量相等.采用不同的起始压力相应的有不同的半衰期,实验数据为: p0 /kPa 47.20 45.40 38.40 33.46 26.93 t1/2/min 81 102 140 180 224 求该反应级数为若干? 7. 反应A+B P的动力学实验数据如下, [A]0/(mol·dm-3) 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 [B]0/(mol·dm-3) 1.0 1.0 1.0 2.0 3.0 r0/(mol·dm-3·s-1) 0.15 0.30 0.45 0.15 0.15 若该反应的速率方程为 ,求x和y的值. 8. 碳的放射性同位素在自然界树木中的分布基本保持为总碳量的 1.10×%.某考古队在一山洞中发现一些古代木头燃烧的灰烬,经分析的含 量为总碳量的9.87×%,已知的半衰期为5700年,试计算这灰距今约有多少年? 9. 某抗菌素在人体血液中呈现简单级数的反应,如果给病人在上午8点注射一针抗菌素,然后在不同时刻t测定抗菌素在血液中的浓度c(以mg/100 cm3表示),得到以下数据 t/h 4 8 12 16 c /(mg/100 cm3） 0.480 0.326 0.222 0.151 (1) 确定反应的级数. (2) 求反应的速率常数k和半衰期t1/2.
化学动力学基础(一、二)习题
化学动力学基础(一、二)习题
化学动力学基础(一、二)习题 一、选择题: 1、某反应的速率常数k=0.0462分－1，又知初始浓度为0.1mol.dm－3，则该反应的半衰期为: (A) 1/(6.93×10-2×0.12) (B) 15分(C) 30分(D) 1/(4.62×102×0.1)分 答案:（B） 2、某一级反应, 当反应物的浓度降为起始浓度的1％时,需要t1秒, 若将反应物的浓度提高一倍, 加快反应速率, 当反应物浓度降低为起始浓度的1％时, 需时为t2, 则: (A ) t1﹥t2(B) t1=t2 (C) t1﹤t2(D) 不能确定二者关系 答案:(B) 3、某反应物反应掉7/8所需的时间恰好是它反应掉1/2所需时间的3倍, 则该反应的级数是: (A) 零级(B) 一级反应(C) 三级反应(D) 二级反应 答案:(B )
4、反应A→B(Ⅰ);A→D(Ⅱ), 已知反应Ⅰ的活化能E1大于反应Ⅱ的活化能E2, 以下措施中哪一种不能改变获得B和D的比例: （A）提高反应温度(B) 降低反应温度 (C) 延长反应时间(D) 加入适当的催化剂 答案：C 5、由基元步骤构成的复杂反应:2A→2B+C A+C→2D，以C物质的浓度变化表示反应速率的速率方程(已知：-dC A/dt=K A1C A2-K A2C B2C c+K A3C A C C ) 则 (A)dC c/dt=K A1C A2-K A2C B2C c+K A3C A C C (B)dC c/dt=1/2K A1C A2-1/2K A2C B2C c+1/2K A3C A C C (C)dC c/dt=2K A1C A2-2K A2C B2C c+2K A3C A C C (D)dC D/dt=-K A3C A C C 答案：(B) 6、反应Ⅰ, 反应物初始浓度C0’, 半衰期t1/2’, 速率常数K1, 反应Ⅱ, 反应物初始浓度C0”, 半衰期t1/2”, 速率常数K2,
(完整版)动力学的两类基本问题
动力学的两类基本问题 一、基础知识 1、动力学有两类问题： ⑴是已知物体的受力情况分析运动情况； ⑵是已知运动情况分析受力情况，程序如下图所示。 2、根据受力情况确定运动情况，先对物体受力分析，求出合力，再利用__________________求出________，然后利用______________确定物体的运动情况(如位移、速度、时间等)． 3．根据运动情况确定受力情况，先分析物体的运动情况，根据____________求出加速度，再利用______________确定物体所受的力(求合力或其他力)． 其中，受力分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是桥梁。 解题步骤 (1)确定研究对象； (2)分析受力情况和运动情况，画示意图(受力和运动过程)； (3)用牛顿第二定律或运动学公式求加速度； (4)用运动学公式或牛顿第二定律求所求量。 例1. 一个静止在水平面上的物体，质量是2kg ，在8N 的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的动摩擦因数为0.25。求物体4s 末的速度和4s 内的位移。 例2. 滑雪者以v 0=20m/s 的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山 坡，从刚上坡即开始计时，至3.8s 末，滑雪者速度变为0。如果雪 橇与人的总质量为m=80kg ，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少？ g=10m/s 2 . 运动学公式 a （桥梁） 运动情况：如v 、t 、x 等 受力情况：如F 、m 、μ m F a v = v o +at x= v o t + at 2 21v 2－ v o 2 =2ax
二、练习 1、如图所示，木块的质量m＝2 kg，与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，木块在拉力F＝10 N作用下，在水平地面上从静止开始向右运动，运动5.2 m后撤去外 力F.已知力F与水平方向的夹角θ＝37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝ 0.8，g取10 m/s2)．求： (1)撤去外力前，木块受到的摩擦力大小； (2)刚撤去外力时，木块运动的速度； (3)撤去外力后，木块还能滑行的距离为多少？ （1）2.8N（2）5.2m/s （3）6.76m 2、如图所示，一个放置在水平台面上的木块，其质量为2 kg，受到一个斜向下的、与水平方向成37°角的推力F＝10 N 的作用，使木块从静止开始运动，4 s 后撤去推力，若木块与水平面间的动摩擦因数为 0.1.(取g＝10 m/s2)求： (1)撤去推力时木块的速度为多大？ (2)撤去推力到停止运动过程中木块 的加速度为多大？ (3)木块在水平面上运动的总位移为多少？ 3、如图5所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定的斜面上，有一质量为m＝1 kg的物体，物体 与斜面间动摩擦因数μ＝0.2，物体受到沿平行于斜面向上的轻细绳的拉力F＝9.6 N的作用，从静止开始运动，经2 s绳子突然断了，求绳断后 多长时间物体速度大小达到22 m/s？(sin 37°＝0.6，g取 10 m/s2)
第二章 化学反应动力学基础(答案)
第二章 反应动力学基础 一、填空题 1. 生成主产物的反应称为 主反应 ，其它的均为 副反应 。 2. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用逸度表示的速率常数f K ，则C K =n f K 。 3. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用气体摩尔分率表示的速率常数y K ， 则C K = n p RT ???? ?? y K 。 4. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =____)()(βα+RT ___P K 。 5. 反应A + B → C ，已知115.0-=s k ，则反应级数n= 1 。 6. 反应3A → P ，已知s l mol k ?=/15.0，则反应级数n=___0____。 7. 活化能的大小直接反映了 反应速率 对温度的敏感程度。 8. 对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?，反应组分A 的化学反应速率=-A r Vdt dn r A A -=- 。（ V d t dn r A A -=-、 Vdt dn r B A -=-、dt dC r A A -=-、dt dC r B A -=-） 9. 气相反应A + B → 3P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以1∶1摩尔比进料，则膨胀因子A δ=____2___。 10. 气相反应3A + B → P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子A δ=___-2/3____ 11. 在一间歇恒容反应器中进行如下平行反应12k k A P A S ??→??→，P 为目的产物，已知0A c 的单位为[]/mol L ，1k 的单位为1s -????，2k 的单位为[]/L mol s ?，活化能12E E >。则R A = )(221A A C k C k +- 。目的产物P 的瞬时选择性P S = 1212A A A k c k c k c + ，为了提高P S ，A c 要控制得较 低 ，T 要控制得较 高 。
第二章反应动力学基础解析
2 反应动力学基础 2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应，反应前 A 的含量为12.23%（重量），混合物的密度为1g/mL ，反应物A 的分子量为88。在等温常压 解：利用反应时间与组分A 的浓度变化数据，作出C A ～t 的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h 时该点的切线，即为水解速率。 切线的斜率为 0.760.125/.6.1 α-==-mol l h 由（2.6）式可知反应物的水解速率为 0.125/.-==dC A r mol l h A dt 2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应： 2423+→+CO H CH H O 催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%，其余为N 2,H 2气体，改变进口原料气流量Q 0解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示 00000(1)(1)-= =-=-=-A A R A A A A A A A A dF r dV F F X Q C X dF Q C dX 故反应速率可表示为： 000 0(/)==A A A A A R R dX dX r Q C C dV d V Q 用X A ～V R /Q 0作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX A /d(V R /Q 0)值α。 0.650.04 1.79 0.34 α-== 故CO 的转化速率为 40030.10130.03 6.3810/8.31410573--? ===???A A P C mol l RT
430 0 6.3810 1.79 1.1410/.min (/)--==??=?A A A R dX r C mol l d V Q 2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为： 20.850.4 /-=?w CO CO r k y y kmol kg h 式中y CO 和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30m 2/g ，堆密度为1.13g/cm 3，试计算： （1） 以反应体积为基准的速率常数k V 。 （2） 以反应相界面积为基准的速率常数k g 。 （3） 以分压表示反应物系组成时的速率常数k g 。 （4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数k C 。 解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m 2/m 3。 33230.450.45 33 0.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.3010 11(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==??=-= = =???==?=??==?=v b w b b g w w v b n p w n c w k k kmol m h k k k kmol m h a kmol k k P kg h MPa m RT k k P km 0.45)().kmol ol kg h 2.4在等温下进行液相反应A+B →C+D ，在该条件下的反应速率方程为： 1.50.5 0.8/min =?A A B r C C mol l 若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应，求反应4min 时A 的 转化率。 解：由题中条件知是个等容反应过程，且A 和B 的初始浓度均相等，即为1.5mol/l ，故可把反应速率式简化，得 1.50.5222 00.80.80.8(1)===-A A B A A A r C C C C X 由（2.6）式可知 00 (1)?? ???? --==-=A A A A A A d C X dC dX r C dt dt dt 代入速率方程式 22 00.8(1)=-A A A A dX C C X dt 化简整理得 00.8(1)=-A A A dX C dt X 积分得 00.81= -A A A X C t X 解得X A =82.76%。
动力学的两类基本问题(讲课用正式版)
牛顿第二定律的应用—动力学的两类基本问题 用牛顿第二定律解动力学的两类基本问题 1、已知物体的受力情况确定物体的运动情况 根据物体的受力情况求出物体受到的合外力，然后应用牛顿第二定律F=ma求出物体的加速度，再根据初始条件由运动学公式就可以求出物体的运动情况––物体的速度、位移或运动时间。【重点提示】物体的运动情况是由受力情况和初始状态(初速度的大小和方向)共同决定的． 2、已知物体的运动情况确定物体的受力情况 根据物体的运动情况，应用运动学公式求出物体的加速度，然后再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力，进而求出某些未知力。 求解以上两类动力学问题的思路，可用如下所示的框图来表示： 第一类 第二类 在匀变速直线运动的公式中有五个物理量，其中有四个矢量。运动学和动力学中公共的物理量是加速度a。在处理力和运动的两类基本问题时，不论由力确定运动还是由运动确定力，关键在于加速度a。 【重点提示】以上两类问题中a是联结运动学公式和牛顿第二定律的桥梁。 3、注意点： ①运用牛顿定律解决这类问题的关键是对物体进行受力情况分析和运动情况分析，要善于画出物体受力图和运动草图．不论是哪类问题，都应抓住力与运动的关系是通过加速度这座桥梁联系起来的这一关键． ②对物体在运动过程中受力情况发生变化，要分段进行分析，每一段根据其初速度和合外力来确定其运动情况；某一个力变化后，有时会影响其他力，如弹力变化后，滑动摩擦力也随之变化．
二、由受力情况求解运动学物理量 规律方法 1．明确研究对象，根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体． 2．全面分析研究对象的受力情况，并画出物体受力示意图，确定出物体做什么运动(定性)． 3．根据力的合成法则或正交分解法求出合外力(大小、方向)，列出牛顿第二定律方程式，求出物体的加速度．(常以加速度方向为正方向) 4．结合题中给出的物体运动的初始条件，选择合适的运动学公式求出所需的运动学量． 例1．如图所示，用F =12 N 的水平拉力，使物体由静止开始沿水平地面做匀加速直线运动. 已知物体的质量m =2.0 kg ，物体与地面间的动摩擦因数μ=0.30. 求： (1)物体加速度a 的大小； (2)物体在t =2.0s 时速度v 的大小. （3） 物体开始运动后t = 2.0 s 内通过的位移x ． 变式一：地面上放一木箱，质量为10kg ，用50N 的力与水平方向成37°角拉木箱，使木箱从静止开始沿水平面做匀加速直线运动，假设水平面光滑，（取g=10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）（1）求物块运动的加速度的大小 （2）求物块速度达到s m v /0.4 时移动的位移 例2．如图7所示，一位滑雪者在一段水平雪地上滑雪。已知滑雪者与其全部装备的总质量m = 80kg ，滑雪板与雪地之间的动摩擦因数μ＝0.05。从某时刻起滑雪者收起雪杖自由滑行，此时滑雪者的速度v = 5m/s ，之后做匀减速直线运动。 求： （1）滑雪者做匀减速直线运动的加速度大小； （2）收起雪杖后继续滑行的最大距离。 图7
第十一章 化学动力学基础(一)习题
化学动力学基础（一） 一、简答题 1.反应Pb(C 2H 5)4=Pb+4C 2H 5是否可能为基元反应？为什么？ 2.某反应物消耗掉50％和75％时所需要的时间分别为t 1/2和 t 1/4，若反应对该反应物分别是一级、二级和三级，则t 1/2： t 1/4的比值分别是多少？ 3.请总结零级反应、一级反应和二级反应各有哪些特征？平行反应、对峙反应和连续反应又有哪些特征？ 4.从反应机理推导速率方程时通常有哪几种近似方法？各有什么适用条件？ 5.某一反应进行完全所需时间时有限的，且等于k c 0（C 0为反应物起始浓度），则该反应是几级反应？ 6. 质量作用定律对于总反应式为什么不一定正确？ 7. 根据质量作用定律写出下列基元反应速率表达式: （1）A+B→2P （2）2A+B→2P （3）A+2B→P+2s （4）2Cl 2+M→Cl 2+M 8.典型复杂反应的动力学特征如何? 9.什么是链反应?有哪几种? 10.如何解释支链反应引起爆炸的高界限和低界限? 11.催化剂加速化学反应的原因是什么? 二、证明题 1、某环氧烷受热分解，反应机理如下： 稳定产物?→??+?+??→??++??→??? +??→?432134 33k k k k CH R CH R CH RH CO CH R H R RH
证明反应速率方程为()()RH kc dt CH dc =4 2、证明对理想气体系统的n 级简单反应，其速率常数()n c p RT k k -=1。 三、计算题 1、反应2222SO Cl SO +Cl →为一级气相反应，320℃时512.210s k --=?。问在320℃ 加热90min ，22SO Cl 的分解百分数为若干？[答案：11.20%] 2、某二级反应A+B C →初速度为133105---???s dm mol ，两反应物的初浓度皆为 32.0-?dm mol ，求k 。[答案：11325.1---??=s mol dm k ] 3、781K 时22H +I 2HI →，反应的速率常数3-1-1HI 80.2dm mol s k =??，求2H k 。[答 案：113min 1.41---??=mol dm k ] 4、双光气分解反应32ClCOOCCl (g)2COCl (g)→可以进行完全，将反应物置于密 闭恒容容器中，保持280℃，于不同时间测得总压p 如下： [答案： 1.1581a =≈;-14-12.112h 5.8710s k -==?] 5、有正逆反应均为一级反应的对峙反应： D-R 1R 2R 32L-R 1R 2R 3CBr 已知半衰期均为10min ，今从D-R 1R 2R 3CBr 的物质的量为1.0mol 开始，试计算10min 之后，可得L-R 1R 2R 3CBr 若干？[答案：0.375mol] 6、在某温度时，一级反应A →B ，反应速率为0.10mol ·dm -3·s -1时A 的转化率 为75%，已知A 的初始浓度为0.50mol ·dm -3，求(1)起始反应初速率；(2)速率常数。[答案：r 0=0.40s -1 ; k = 0.80 dm 3·mol -1·s -1 ] 7、在某温度时，对于反应A+B →P ，当反应物初始浓度为0.446和0.166mol ·dm -3 时，测 得反应的半衰期分别为4.80和12.90min ，求反应级数。[答案：2] 8、某二级反应，已知两种反应物初始浓度均为0.1mol ·dm -3，反应15min 后变
化学反应动力学基础-学生整理版
5202 反应 2O 3→ 3O 2的速率方程为 - d[O 3]/d t = k [O 3]2[O 2]-1 ， 或者 d[O 2]/d t = k '[O 3]2[O 2]-1，则速率常数 k 和 k ' 的关系是： ( ) (A) 2k = 3k ' (B) k = k ' (C) 3k = 2k ' (D) -k /2 = k '/3 5203 气相反应 A + 2B ─→ 2C ，A 和 B 的初始压力分别为 p A 和 p B ，反应开始时 并无 C ，若 p 为体系的总压力，当时间为 t 时，A 的分压为： ( ) (A) p A - p B (B) p - 2p A (C) p - p B (D) 2(p - p A ) - p B 5204 对于反应 2NO 2= 2NO + O 2，当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时，其相互关系为：( ) (A) -2d[NO 2]/d t = 2d[NO]/d t = d[O 2]/d t (B) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = d ξ /d t (C) - d[NO 2]/d t = d[NO]/d t = d[O 2]/d t (D) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = 1/V d ξ /d t 5207 气相基元反应 2A k 1 B 在一恒容的容器中进行，p 0为 A 的初始压力, p t 为时间 t 时反应 体系总压，此反应速率方程 d p t / d t = 。 - k (2p t - p 0)2 5208 有一反应 mA → nB 是一简单反应，其动力学方程为 -d c A / d t = kc A m ， c A 的单位为 mol ·dm -3， 时间单位为 s ，则： (1) k 的单位为 ___________ mol 1- m ·dm 3( m -1)·s -1 (2) 以d c B /d t 表达的反应速率方程和题中给的速率方程关系为 B A A A 1d 1d 'd d m m c c k c k c n t m t m =-== 5209 反应 2N 2O 5─→ 4NO 2+ O 2 在328 K 时，O 2(g)的生成速率为0.75×10-4 mol ·dm -3·s -1。 如 其间任一中间物浓度极低, 难以测出, 则该反应的总包反应速率为 _______________mol ·dm -3·s -1, N 2O 5 之消耗速率为__________ mol ·dm -3·s -1，NO 2之生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1 。0.75×10-4, 1.50×10-4, 3.00×10-4 5210 O 3分解反应为 2O 3─→3O 2 ，在一定温度下, 2.0 dm 3容器中反应。实验测出O 3每秒消耗1.50× 10-2 mol, 则反应速率为_______________mol ·dm -3·s -1氧的生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1, d ξ /d t 为_______________ 0.75×10-2, 2.25×10-2, 1.50×10-2.。 5211 2A ＋B ＝2C 已知反应某一瞬间, r A ＝12.72 mol ·dm -3·h -1, 则 r B ＝ , r C ＝_____________r B ＝6.36 mol ·dm -3·h -1, r C ＝12.72mol ·dm -3·h -1 5212分别用反应物和生成物表示反应A ＋3B ＝2C 的反应速率, 并写出它们间关系为： 。 r A ＝13r B ＝12 r C 5222 有关基元反应的描述在下列诸说法中哪一个是不正确的： ( ) (A) 基元反应的级数一定是整数 (B) 基元反应是“态－态”反应的统计平均结果 (C) 基元反应进行时无中间产物，一步完成 (D) 基元反应不一定符合质量作用定律 5223 400 K 时，某气相反应的速率常数k p = 10-3(kPa)-1·s -1，如速率常数用 k C 表示，则 k C 应为： (A) 3.326 (mol ·dm -3)-1·s -1 k C = k p (RT ) (B) 3.0×10-4 (mol ·dm -3)-1·s -1 (C) 3326 (mol ·dm -3)-1·s -1 (D) 3.0×10-7 (mol ·dm -3)-1·s -1 5224 如果反应 2A + B ＝ 2D 的速率可表示为：
动力学的两类基本问题
动力学的两类基本问题 Revised as of 23 November 2020
动力学的两类基本问题 一、基础知识 1、动力学有两类问题： ⑴是已知物体的受力情况分析运动情况； ⑵是已知运动情况分析受力情况，程序如下图所示。 2、根据受力情况确定运动情况，先对物体受力分析，求出合力，再利用__________________求出________，然后利用______________确定物体的运动情况(如位移、速度、时间等)． 3．根据运动情况确定受力情况，先分析物体的运动情况，根据____________求出加速度，再利用______________确定物体所受的力(求合力或其他力)． 其中，受力分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是桥梁。 解题步骤 (1)确定研究对象； (2)分析受力情况和运动情况，画示意图(受力和运动过程)； (3)用牛顿第二定律或运动学公式求加速度； (4)用运动学公式或牛顿第二定律求所求量。 例1.一个静止在水平面上的物体，质量是2kg ，在8N 的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的动摩擦因数为。求物体4s 末的速度和4s 内的位移。 例2.滑雪者以v 0=20m/s 的初速度沿直线冲上一倾角为30° 的山坡，从刚上坡即开始计时，至末，滑雪者速度变为 运动学公 a （桥运动情况：如受力情况：如m F a v=v o +at x=v o t+ at 2 2 1 v 2－v o 2=2ax
0。如果雪橇与人的总质量为m=80kg，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少 g=10m/s2. 二、练习 1、如图所示，木块的质量m＝2 kg，与地面间的动摩擦 因数μ＝，木块在拉力F＝10N作用下，在水平地面上从 静止开始向右运动，运动5.2 m后撤去外力F.已知力F 与水平方向的夹角θ＝37°(sin37°＝，cos37°＝，g取10 m/s2)．求： (1)撤去外力前，木块受到的摩擦力大小； (2)刚撤去外力时，木块运动的速度； (3)撤去外力后，木块还能滑行的距离为多少 （1）（2）5.2m/s（3）6.76m 2、如图所示，一个放置在水平台面上的木块，其质量为2kg，受到一个斜向下的、与水平方向成37°角的推力F＝10N的作用，使木块从静止开始运动，4s后撤去推力，若木块与水平面间的动摩擦因数为.(取g＝10m/s2)求： (1)撤去推力时木块的速度为多大 (2)撤去推力到停止运动过程中木块 的加速度为多大 (3)木块在水平面上运动的总位移为多少 3、如图5所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定的斜面上，有一质量为m＝1kg的物体，物 体与斜面间动摩擦因数μ＝，物体受到沿平行于斜面向上的轻细绳的拉力F＝的作用，从静止开始运动，经2s绳子突然断了，求绳断后多长 时间物体速度大小达到22 m/s(sin37°＝，g取10 m/s2) 4、如图所示，有一足够长的斜面，倾角α＝37°，一小物块 从斜面顶端A处由静止下滑，到B处后，受一与小物块重 力大小相等的水平向右的恒力作用，小物块最终停在C点(C点未画出)．若AB长为 2.25
化学动力学基础二
第十二章化学动力学基础(二) 1. 将1.0 g氧气和0.1 g氢气于300 K时在1 dm3的容器内混合,试计算每秒钟内单位体积内分子的碰撞数为若干? 设O2和H2为硬球分子,其直径分别为0.339和0.247 nm. 2. 某双原子分子分解反应的阈能为8 3.68 kJ/mol,试分别计算300 K及500 K时,具有足够能量可能分解的分子占分子总数的分数为多少? 3. 某气相双分子反应, 2A(g) ---> B(g)+C(g),能发生反应的临界能为100 kJ/mol.已知A的相对分子量为60,分子直径为0.35 nm,试计算在300 K时,该分解作用的速率常数k 值. 4. 松节油萜(液体)的消旋作用上一级反应,在457.6 K和510.1 K时的速率 常数分别为2.2×和3.07× min-1,试求反应的实验活化能E a,在平均温度时的活化焓和活化熵. 5. 在298 K时某化学反应,如加了催化剂后使其活化熵和活化焓比不加催化剂是时分别下降了10 J/(mol·K)和10 kJ/mol,试求不加催化剂与加了催化剂的两个速率常数的比值. 6. 在298 K时有两个级数相同的基元反应A和B,其活化焓相同,但速率常数k A=10k B,求两个反应的活化熵相差多少? 7. 某顺式偶氮烷烃在乙醇溶液中不稳定,通过计量其分解放出的N2气来计算其分解的速率常数k值,一系列不同温度下测定的k值如下所示: T/ k 248 252 256 260 264 k×/s-1 1.22 2.31 4.39 8.50 14.3
试计算该反应在298K时的实验活化能,活化焓,活化熵和活化吉布斯自由能. 8. 对下述几个反应,若增加溶液中的离子强度,则其反应速率常数是增大,减小还是不变? (1) NH4+ +CNO- --->CO(NH2)2 (2) 酯的皂化作用. (3) S2O82- + I- --->P 9. 在298 K时,反应N2O4(g) 2NO2(g)的速率常数k1=4.80× s-1,已知NO2和N2O4的生成吉布斯自由能分别为51.3和97.8 kJ/mol,试求 (1)298 K时, N2O4的起始压力为101.325 kPa时, NO2(g)的平衡分压? (2)该反应的弛豫时间? 10. 用温度跳跃技术测量水的离解反应: H2O H+ + OH-,在298 K时 的弛豫时间τ=37× s,试求该反应正向和逆向反应的速率常数k1和k-2. 11. 在光的影响下,蒽聚合为二蒽.由于二蒽的热分解作用而达到光化平衡.光化反应的温度系数(即温度每增加10K反应速率所增加的倍数)是1.1,热分解的温度系数是2.8,当达到光化平衡时,温度每升高10K.二蒽产量是原来的多少倍? 12. 用波长为313nm的单色光照射气态丙酮,发生下列分解反应: (CH3)2CO +hv---> C2H6 + CO ,若反应池的容量是0.059 dm3,丙酮吸收入射光的分数为0.915,在反应过程中,得到下列数据: 反应温度:840 K照射时间t=7 h
化学反应动力学基础(一)-学生
5202 反应 2O 3→ 3O 2的速率方程为 - d[O 3]/d t = k [O 3]2[O 2]-1 ， 或者 d[O 2]/d t = k '[O 3]2[O 2]-1，则速率常数 k 和 k ' 的关系是： ( ) (A) 2k = 3k ' (B) k = k ' (C) 3k = 2k ' (D) -k /2 = k '/3 5203 气相反应 A + 2B ─→ 2C ，A 和 B 的初始压力分别为 p A 和 p B ，反应开始时 并无 C ，若 p 为体系的总压力，当时间为 t 时，A 的分压为： ( ) (A) p A - p B (B) p - 2p A (C) p - p B (D) 2(p - p A ) - p B 5204 对于反应 2NO 2= 2NO + O 2，当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时，其相互关系为：( ) (A) -2d[NO 2]/d t = 2d[NO]/d t = d[O 2]/d t (B) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = d ξ /d t (C) - d[NO 2]/d t = d[NO]/d t = d[O 2]/d t (D) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = 1/V d ξ /d t 5207 气相基元反应 2A k 1 B 在一恒容的容器中进行，p 0为 A 的初始压力, p t 为时间 t 时反应 体系总压，此反应速率方程 d p t / d t = 。 - k (2p t - p 0)2 5208 有一反应 mA → nB 是一简单反应，其动力学方程为 -d c A / d t = kc A m ， c A 的单位为 mol ·dm -3， 时间单位为 s ，则： (1) k 的单位为 ___________ mol 1- m ·dm 3( m -1)·s -1 (2) 以d c B /d t 表达的反应速率方程和题中给的速率方程关系为 B A A A 1d 1d 'd d m m c c k c k c n t m t m =-== 5209 反应 2N 2O 5─→ 4NO 2+ O 2 在328 K 时，O 2(g)的生成速率为0.75×10-4 mol ·dm -3·s -1。 如其间任一中间物浓度极低, 难以测出, 则该反应的总包反应速率为 _______________mol ·dm -3·s -1, N 2O 5之消耗速率为__________ mol ·dm -3·s -1，NO 2之生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1 。0.75×10-4, 1.50×10-4, 3.00×10-4 5210 O 3分解反应为 2O 3─→3O 2 ，在一定温度下, 2.0 dm 3容器中反应。实验测出O 3每秒消耗1.50×10-2 mol, 则反应速率为_______________mol ·dm -3·s -1氧的生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1, d ξ /d t 为_______________ 0.75×10-2, 2.25×10-2, 1.50×10-2.。 5211 2A ＋B ＝2C 已知反应某一瞬间, r A ＝12.72 mol ·dm -3·h -1, 则 r B ＝ , r C ＝_____________r B ＝6.36 mol ·dm -3·h -1, r C ＝12.72mol ·dm -3·h -1 5212分别用反应物和生成物表示反应A ＋3B ＝2C 的反应速率, 并写出它们间关系为： 。r A ＝ 13r B ＝1 2 r C 5222 有关基元反应的描述在下列诸说法中哪一个是不正确的： ( ) (A) 基元反应的级数一定是整数 (B) 基元反应是“态－态”反应的统计平均结果 (C) 基元反应进行时无中间产物，一步完成 (D) 基元反应不一定符合质量作用定律 5223 400 K 时，某气相反应的速率常数k p = 10-3(kPa)-1·s -1，如速率常数用 k C 表示，则 k C 应为： (A) 3.326 (mol ·dm -3)-1·s -1 k C = k p (RT ) (B) 3.0×10-4 (mol ·dm -3)-1·s -1 (C) 3326 (mol ·dm -3)-1·s -1 (D) 3.0×10-7 (mol ·dm -3)-1·s -1 5224 如果反应 2A + B ＝ 2D 的速率可表示为：
第2节 牛顿第二定律 两类动力学问题(教案)
第2节牛顿第二定律两类动力学问题 一、教学目标 1．物理知识方面的要求： (1)加深理解牛顿第二定律的物理意义及提高公式的运用能力 (2)熟练掌握牛顿第二定律的应用方法 2．通过例题分析、讨论、练习使学生掌握应用牛顿定律解决力学问题的方法，培养学生的审题能力、分析综合能力和运用数学工具的能力。 3．训练学生解题规范、画图分析、完善步骤的能力。 二、重点、难点分析 1．重点内容是选好例题，讲清应用牛顿第二定律解决的两类力学问题及解决这类问题的基本方法。2．应用牛顿第二定律解题重要的是分析过程、建立图景；抓住运动情况、受力情况和初始条件；依据定律列方程求解。但学生往往存在重结论、轻过程，习惯于套公式得结果，所以培养学生良好的解题习惯、建立思路、掌握方法是难点。 动力学的两类基本问题 (1)已知受力情况求运动情况． 根据牛顿第二定律，已知物体的受力情况，可以求出物体的加速度；再知道物体的初始条件(初位置和初速度)，根据运动学公式，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求出了物体的运动情况 (2)已知运动情况求受力情况． 根据物体的运动情况，由运动学公式可以求出加速度，再根据牛顿第二定律可确定物体的合外力，从而求出未知力，或与力相关的某些量，如动摩擦因数、劲度系数、力的方向等．
(3)两类动力学问题的解题思路图解： (4)两类动力学问题的解题步骤: （一）已知物体的受力情况，求解物体的运动情况 【例题1】如图所示，质量m=2kg的物体静止在光滑的水平地面上，现对物体施加大小F=10N与水平方向夹角θ＝370的斜向上的拉力，使物体向右做匀加速直线运动。已知sin370=0.6，cos370=0.8取g=10m/s2，求物体5s末的速度及5s内的位移。 问：a、本题属于那一类动力学问题？ B、物体受到那些力的作用？这些力关系如何？ C、判定物体应作什么运动？
动力学的两类基本问题
4.6用牛顿运动定律解决问题（一） 【学习目标】 知识与技能 1．知道应用牛顿运动定律解决的两类主要问题。 2．掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。 过程与方法 1．通过实例感受研究力和运动关系的重要性。 2．帮助学生学会运用实例总结归纳一般问题的解题规律的能力。 情感态度与价值观 1．初步认识牛顿运动定律对社会发展的影响。 2．初步建立应用科学知识的意识。 【学习重点】应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。 【学习难点】物体的受力分析及运动状态分析，解题方法的灵活选择和运用。正交分解法的应用。 【学习过程】 一、自主学习 1、理解牛顿第一定律的含义 揭示了力与运动的关系，力不是维持物体运动的原因，而是。 对于牛顿第一定律，你还有哪一些理解？ 2、理解牛顿第二定律是力与运动联系的桥梁 牛顿第二定律确定了_______________的关系，使我们能够把物体的___________情况和_________情况联系起来。 类型一：从受力确定运动情况 如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的___________，再通过__________就可以确定物体的运动情况。 类型二：从运动情况确定受力 如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，于是就可以由牛顿第二定律确定物体所受的___________。 3、能运用牛顿第三定律分析物体之间的相互作用 物体之间的作用力和反作用力总是 当一个物体的受力不容易分析的时候，我们能不能分析对它施加力的物体？ 分析的时候应该注意什么问题？ 跟踪练习 1．一个静止在水平面上的木箱，质量为2 kg，在水平拉力F=6 N的作用下从静止开始运动，已知木箱与水平面间滑动摩擦力是4N，求物体2 s末的速度及2 s内的位移。（g取10 m/s2）
两类动力学问题
牛顿运动定律的应用——两类动力学问题 一、引入 本单元应以牛顿第二定律为核心，要求学生熟练掌握之．然而，关于物体的“惯性”和作用力与反作用力关系及判断，学生也是极易出错的，因此也要求熟练掌握． 二、教学过程 1.加深对牛顿第二定律的理解 ①对定律中三个关键字的理解 “受”———是指物体所受的力，而非该物体对其他物体所施加的力。 “合”———是指物体所受的所有外力的合力，而非某一分力或某些分力的合力 “外”———是指物体所受的外力，而非内力（即物体内部各部分间的相互作用力，如一列火车各车厢间的拉力）。 ②牛顿第二定律确定了三个关系 大小关系：a ∝ m F ，加速度的大小与物体所受的合外力成正比，与物体的质量成反比． 方向关系：加速度的方向与合外力的方向相同． 单位关系：F ＝kma 中，只有当公式两边的物理量均取国际单位制中的单位时，比例系数k 才等于 1，公式才可简化为 F 合＝ma 。
③牛顿第二定律反映了加速度和力的五条性质 、m和a都是相对于同一物体而言的． 同体性——F 合 矢量性——牛顿第二定律是一个矢量式，求解时应先规定正方向．独立性——作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度，合外力的加速度即是这些加速度的矢量和． 同时性——加速度随着合外力的变化而同时变化． 瞬时性——牛顿第二定律是一个瞬时关系式，它描述了合外力作用的瞬时效果．如果合外力时刻变化，则牛顿第二定律反映的是某一时刻加速度与力之间的瞬时关系． ④力、加速度和速度的关系 关于力、加速度和速度的关系，正确的结论是：加速度随力的变化而变化，但力（或加速度）和速度并没有直接的关系，其变化规律需根据具体情况分析。例如，在简谐运动中，回复力、加速度最大时，振子的速度为零；而回复力、加速度为零时，振子的速度最大．2．什么样的问题是“牛顿第二定律”的应用问题(即物理问题的归类) 凡是求瞬时力及其作用效果的问题；判断质点的运动性质的问题(除根据质点运动规律判断外)都属“牛顿第二定律”的应用问题．动力学的两类基本问题即： ①由受力情况判断物体的运动状态；②由运动情况判断的受力情况
动力学的两类基本问题_专题训练
动力学的两类基本问题 姓名： 【基础导学】两类动力学问题的解题思路图解 【典例剖析】已知受力求运动 例题1：如图，质量为m=2kg 的物体静止在水平地面上，物体与水平面间的动摩擦因数u=0. 5。现对物体施加大小F=10N 、与水平方向夹角θ=37°的斜向上的拉力，经5s 撤去拉力。求物体通过的总位移。（g 取10m/s 2） ） 针对训练1-1：为了安全,在高速公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离.已知某段高速公路的最高限速v=108 km/h,假设前方车辆突然停止,后面车辆司机从发现这一情况起,经操纵刹车到汽车开始减速经历的时间(即反应时间)t=0.50 s,刹车时汽车受到的阻力大小为汽车重力的0.50倍.该段高速公路上以最高限速行驶的汽车,至少应保持的距离为多大?（取g=10 m/s2） 针对训练1-2：质量m ＝4kg 的物块，在一个平行于斜面向上的拉力F ＝40N 作用下，从静止开始沿斜面向上运动，如图所示，已知斜面足够长，倾角θ＝37°，物块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.2，力F 作用了5s ，求物块在5s 内的位移及它在5s 末的速度。（g ＝10m/s 2 ，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）
F 针对训练1-3：如图所示，楼梯口一倾斜的天花板与水平面成θ＝37°角，一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板，工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上，大小为F ＝10 N ，刷子的质量为m ＝0.5 kg ，刷子可视为质点，刷子与天花板间的动摩擦因数μ＝0.5，天花板长为L ＝4 m ．sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s2.试求：工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间． 已知运动求受力 例2: 如图所示，质量为0.5kg 的物体在与水平面成300 角的拉力F 作用下，沿水平桌面向右做直线运动，经过0.5m 的距离速度由0.6m/s 变为0.4m/s ，已知物体与桌面间的动摩擦 因数μ＝0.1，求作用力F 的大小。（g ＝10m/s 2 ） 针对训练2-1：质量为2kg 的物体放在水平地面上，在大小为5N 的倾斜拉力的作用下，物体由静止开始做匀加速直线运动，6s 末的速度为1.8m/s ，已知拉力与水平方 向成37度角斜向上，则物体和地面之间的动摩擦因数为多少？（g=10m/s2） 针对训练2-2：一位滑雪者如果以v 0＝30m/s 的初速度沿直线冲上一倾角为300 的山坡，从冲坡开始计时，至4s 末，雪橇速度变为零。如果雪橇与人的质量为m ＝80kg ，求滑雪人受 到的阻力是多少。（g 取10m/s 2 ） 针对训练2-3：在某一旅游景区，建有一山坡滑草运动项目. 该山坡可看成倾角θ＝30°的斜面，一名游客连同滑草装置总质量m ＝80 kg ，他从静止开始匀加速下滑，在时间t ＝5 s 内沿斜面滑下的位移x ＝50 m. (不计空气阻力，取g ＝10 m/s 2 ，结果保留2位有效数字)问： (1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F 为多大？ (2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为多大？