【步步高】2020年高考物理大一輪 第三章 專題4 牛頓運動定律的應(yīng)用(二) 新人教版必修1

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1、專題4　牛頓運動定律的應(yīng)用(二) 導學目標 1.掌握動力學中的圖象問題的分析方法.2.掌握整體法與隔離法在連接問題中的應(yīng)用方法． 考點一　動力學中的圖象問題 考點解讀 在牛頓運動定律中有這樣一類問題：題目告訴的已知條件是物體在一過程中所受的某個力隨時間的變化圖線，要求分析物體的運動情況；或者已知物體在一過程中速度、加速度隨時間的變化圖線，要求分析物體的受力情況，我們把這兩種問題稱為牛頓運動定律中的圖象問題．這類問題的實質(zhì)仍然是力與運動的關(guān)系問題，求解這類問題的關(guān)鍵是理解圖象的物理意義，理解圖象的軸、點、線、截、斜、面六大功能． 典例剖析 例1　如圖1甲所示，水平地面上輕彈簧左

2、端固定，右端通過滑塊壓縮0.4 m鎖定．t＝0時解除鎖定釋放滑塊．計算機通過滑塊上的速度傳感器描繪出滑塊的速度圖象如圖乙所示，其中Oab段為曲線，bc段為直線，傾斜直線Od是t＝0時的速度圖線的切線，已知滑塊質(zhì)量m＝2.0 kg，取g＝10 m/s2.求： 圖1 (1)滑塊與地面間的動摩擦因數(shù)； (2)彈簧的勁度系數(shù)． 方法突破　數(shù)圖結(jié)合解決物理問題 物理公式與物理圖象的結(jié)合是中學物理的重要題型，也是近年高考的熱點，特別是v－t圖象在考題中出現(xiàn)率極高．對于已知圖象求解相關(guān)物理量的問題，往往是結(jié)合物理過程從分析圖象的橫、縱軸所對應(yīng)的物理量的函數(shù)入手，分析圖線的斜率、截距所代表的物理

3、意義得出所求結(jié)果．解決這類問題的核心是分析圖象，我們應(yīng)特別關(guān)注v－t圖中的斜率(加速度)和力的圖線與運動的對應(yīng)關(guān)系． 跟蹤訓練1　固定光滑細桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動，推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖2所示，取重力加速度g＝10 m/s2.求： 圖2 (1)小環(huán)的質(zhì)量m； (2)細桿與地面間的傾角α. 考點二　多過程問題 考點解讀 很多動力學問題中涉及物體兩個或多個連續(xù)的運動過程，在物體不同的運動階段，物體的運動情況和受力情況都發(fā)生了變化，我們把這類動力學問題稱為牛頓運動定律中的多過程問題．有些題目中這些過程是彼此獨立

4、的，也有的題目中相鄰的過程之間也可能存在一些聯(lián)系，解決這類問題時，既要將每個子過程獨立分析清楚，又要關(guān)注它們之間的聯(lián)系．多過程問題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過程問題和多體多過程問題． 典例剖析 圖3 例2 中央電視臺近期推出了一個游戲節(jié)目——推礦泉 水瓶．選手們從起點開始用力推瓶一段時間后，放手 讓瓶向前滑動，若瓶最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)，視為 成功；若瓶最后不停在有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過程中倒下均視為 失敗．其簡化模型如圖3所示，AC是長度為L1＝5 m的水平桌面，選手們可將瓶子放在A點，從A點開始用一恒定不變的水平推力推瓶，BC為有效區(qū)域．已知BC長度為L2＝1 m，瓶

5、子質(zhì)量為m＝0.5 kg，瓶子與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4.某選手作用在瓶子上的水平推力F＝20 N，瓶子沿AC做直線運動，(g取10 m/s2)假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點，那么該選手要想游戲獲得成功，試問： (1)推力作用在瓶子上的時間最長不得超過多少？ (2)推力作用在瓶子上的距離最小為多少？ 方法突破　求解多過程問題，要能夠?qū)⒍噙^程分解為多個子過程，在每一個子過程中，對物體進行正確的受力分析，正確求解加速度和找到連接各階段運動的物理量(速度)是關(guān)鍵，做出物體整個運動過程的運動示意圖，可使問題的分析與求解較為直觀． 跟蹤訓練2　有一種大型游戲機叫“跳樓機”，參加游戲的游客被安全帶固定在座

6、椅上，由電動機將座椅沿光滑的豎直軌道提升到離地面40 m高處，然后由靜止釋放．可以認為座椅沿軌道做自由落體運動，2 s后，開始受到恒定阻力而立即做勻減速運動，且下落到離地面4 m高處時速度剛好減小到零．然后再讓座椅以相當緩慢的速度穩(wěn)穩(wěn)下落，將游客送回地面．(取g＝10 m/s2)問： (1)座椅在自由下落結(jié)束時刻的速度是多大？ (2)座椅在勻減速階段的時間是多少？ (3)在勻減速階段，座椅對游客的作用力大小是游客體重的多少倍？ 考點三　滑塊－木板模型 考點解讀 滑塊－木板模型作為力學的基本模型經(jīng)常出現(xiàn)，是對直線運動和牛頓運動定律有關(guān)知識的綜合應(yīng)用．著重考查學生分析問題、運用知識的能

7、力，這類問題的分析有利于培養(yǎng)學生對物理情景的想象能力，為后面牛頓運動定律與能量知識的綜合應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)． 典例剖析 例3　某電視臺娛樂節(jié)目在游樂園舉行家庭搬運磚塊比賽活動．比賽規(guī)則是：如圖4甲所示向滑動行駛的小車上搬放磚塊，且每次只能將一塊磚無初速度(相對地面)地放到車上，車停止時立即停止搬放，以車上磚塊多少決定勝負．已知每塊磚的質(zhì)量m＝0.8 kg，小車的上表面光滑且足夠長，比賽過程中車始終受到恒定牽引力F＝20 N的作用，未放磚塊時車以v0＝3 m/s的速度勻速前進．獲得冠軍的家庭上場比賽時每隔T＝0.8 s搬放一塊磚，從放上第一塊磚開始計時，圖中僅畫出了0～0.8 s內(nèi)車運動的v

8、－t圖象，如圖乙所示，g取10 m/s2.求： 圖4 (1)小車的質(zhì)量及車與地面間的動摩擦因數(shù)； (2)車停止時，車上放有多少塊磚． 方法突破　求解時應(yīng)先仔細審題，清楚題目的含義，分析清楚每一個物體的受力情況、運動情況．因題目所給的情境中至少涉及兩個物體、多個運動過程，并且物體間還存在相對運動，所以應(yīng)準確求出各物體在各運動過程中的加速度(注意兩過程的連接處加速度可能突變)，找出物體之間的位移(路程)關(guān)系或速度關(guān)系是解題的突破口．求解中更應(yīng)注意聯(lián)系兩個過程的紐帶，每一個過程的末速度是下一個過程的初速度． 圖5 跟蹤訓練3　如圖5所示，在光滑的水平面上停放著小車B，車上左 端有一

9、小物體A，A和B之間的接觸面前一段光滑，后一段粗糙， 且后一段的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，小車長L＝2 m，A的質(zhì)量mA＝1 kg，B的質(zhì)量mB＝4 kg.現(xiàn)用12 N的水平力F向左拉動小車，當A到達B的 最右端時，兩者速度恰好相等，求A和B間光滑部分的長度．(g取10 m/s2) ` 　　　　　　　　8.整體法與隔離法在動力學中 的應(yīng)用 圖6 例4　如圖6所示，一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B， 以速度v1＝30 m/s進入向下傾斜的直車道．車道每100 m 下降2 m．為了使汽車速度在x＝200 m的距離內(nèi)減到v2 ＝10 m/s，駕駛員必須剎車．假定剎車時地面

10、的摩擦阻力是恒力，且該力的70%作用于 拖車B,30%作用于汽車A.已知A的質(zhì)量m1＝2 000 kg，B的質(zhì)量m2＝6 000 kg.求汽車與 拖車的連接處沿運動方向的相互作用力．(重力加速度g取10 m/s2) 方法提煉　在物理問題中，當所研究的問題涉及連接體時，若不要求知道各個運動物體之間的相互作用力，并且各個物體具有大小和方向都相同的加速度，就可把它們看成一個整體，分析外力和運動情況，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量)；若需要知道物體間的相互作用力，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，分析物體的受力情況和運動情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程，隔離法和整體法配合交替使用，常能

11、更有效地解決有關(guān)連接體問題． 跟蹤訓練4　一根不可伸縮的輕繩跨過輕質(zhì)的定滑輪，一端掛一吊椅，另 一端被坐在吊椅上的運動員拉住，如圖7所示．設(shè)運動員的質(zhì)量為65 kg，吊椅的質(zhì)量為15 kg，不計定滑輪與繩子間的摩擦，重力加速度取g ＝10m/s2.當運動員與吊椅一起正以加速度a＝1 m/s2上升時，試求： 圖7 (1)運動員豎直向下拉繩的力； (2)運動員對吊椅的壓力． A組　圖象問題 1．如圖8甲所示，傾角為30°的足夠長的光滑斜面上，有一質(zhì)量m＝0.8 kg的物體受到平行斜面向上的力F作用，其大小F隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，t＝0時刻物體的速度為零，重力

12、加速度g＝10 m/s2.下列說法中正確的是 (　　) 圖8 A．0～1 s時間內(nèi)物體的加速度最大 B．第2 s末物體的速度不為零 C．2～3 s時間內(nèi)物體向下做勻加速直線運動 D．第3 s末物體回到了原來的出發(fā)點 B組　多過程問題 圖9 2．如圖9所示為一足夠長斜面，其傾角為θ＝37°，一質(zhì)量m＝10 kg 物體，在斜面底部受到一個沿斜面向上的F＝100 N的力作用由 靜止開始運動，物體在2 s內(nèi)位移為4 m,2 s末撤去力F，(sin 37° ＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2)求： (1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ； (2)

13、從撤掉力F開始1.5 s末物體的速度v； (3)從靜止開始3.5 s內(nèi)物體的位移和路程． C組　滑塊－木板模型 圖10 3.如圖10所示，車廂B底面放一個物體A，已知它們的質(zhì)量mA＝20 kg，mB＝30 kg，在水平力F＝120 N作用下，B由靜止開始運動，2 s內(nèi)移動5 m，假設(shè)車廂足夠長，不計地面與B間的摩擦，求在這段 時間內(nèi)A在B內(nèi)移動的距離． D組　連接體問題 圖11 4. 如圖11所示，質(zhì)量為mA、mB的兩個物體A和B，用跨過定滑 輪的細繩相連．用力把B壓在水平桌面上，使A離地面的高度 為H，且桌面上方細繩與桌面平行．現(xiàn)撤去壓B的外力，使

14、A、B 從靜止開始運動，A著地后不反彈，在運動過程中B始終碰不 到滑輪．B與水平桌面間的動摩擦因數(shù)為μ，不計滑輪與軸間、繩子的摩擦，不 計空氣阻力及細繩 課時規(guī)范訓練 (限時：60分鐘) 一、選擇題 圖1 1．物體A、B都靜止在同一水平面上，它們的質(zhì)量分別為MA、MB，與水平面間的動摩擦因數(shù)分別為μA、μB，平行于水平面的拉力F分別拉物體A、B，測得加速度a與拉力F的關(guān)系圖象如圖1中A、B所示，則 (　　) A．μA>μB B．μA<μB C．MA>MB

15、 D．MA

16、 判定 (　　) A．小球向前運動，再返回停止 圖3 B．小球向前運動再返回不會停止 C．小球始終向前運動 D．小球向前運動一段時間后停止 圖4 4．一有固定斜面的小車在水平面上做直線運動，小球通過細繩與 車頂相連．小球某時刻正處于如圖4所示狀態(tài)．設(shè)斜面對小球 的支持力為FN，細繩對小球的拉力為FT，關(guān)于此時刻小球的 受力情況，下列說法正確的是 (　　) A．若小車向左運動，F(xiàn)N可能為零 B．若小

17、車向左運動，F(xiàn)T可能為零 C．若小車向右運動，F(xiàn)N不可能為零 D．若小車向右運動，F(xiàn)T不可能為零 5．如圖5所示，TPS681.TIF；Z*2，Y]圖5 豎直放置在水平面上的輕彈簧上放著質(zhì)量為2 kg的物體A，處于靜止狀態(tài)．若將一個質(zhì)量為3 kg的物體B輕放在A上的一瞬間，則B對A的壓力大小為(g取10 m/s2) (　　) A．30 N B．0 C．15 N D．12 N 圖6 6．如圖6所示，一固定光滑桿與水平方向夾角為θ，將一質(zhì)量為 m1的小環(huán)套在桿上，通過輕繩懸掛一個質(zhì)量為m2的小球．靜 止釋放后，小環(huán)與小球保持相對靜止以相同的加速度a一起下 滑，此時

18、繩子與豎直方向的夾角為β，則下列說法正確的是 (　　) A．桿對小環(huán)的作用力大于m1g＋m2g B．m1不變，則m2越大，β越小 C．θ＝β，與m1、m2無關(guān) D．若桿不光滑，β可能大于θ 圖7 7．如圖7所示，兩塊粘連在一起的物塊a和b，質(zhì)量分別為ma和mb，放在光滑的水平桌面上，現(xiàn)同時給它們施加方向如圖所示的推力Fa和拉力Fb，已知Fa>Fb， 則a對b的作用力 (　　) A．必為推力 B．必為拉力 C．可能為推力，也可能為拉力 D．不可能為零 圖8 8．如圖8所

19、示，質(zhì)量為m的物體用細繩拴住放在水平粗糙傳送帶 上，物體到傳送帶左端的距離為L，穩(wěn)定時繩與水平方向的夾角 為θ，當傳送帶分別以v1、v2的速度做逆時針轉(zhuǎn)動時(v1

20、，使斜面在水平面上做加速度為a的勻加速 直線運動，忽略一切摩擦，以下說法正確的是 (　　) 圖9 A．若加速度足夠小，豎直擋板對球的彈力可能為零 B．若加速度足夠大，斜面對球的彈力可能為零 C．斜面和擋板對球的彈力的合力等于ma D．若F增大，斜面對球的彈力仍然保持不變 二、非選擇題 圖10 10．如圖10所示，有一長度x＝1 m，質(zhì)量M＝10 kg的平板小車， 靜止在光滑的水平面上，在小車一端放置一質(zhì)量m＝4 kg的小 物塊，物塊與小車間的動摩擦因數(shù)μ＝0.25，要使物塊在2 s末 運動到小車的另一端，那么作用在物塊上的水平力F是多少？

21、 11．如圖11甲所示，表演“頂桿”雜技時，一人站在地上(稱為“底人”)，肩上豎直扛著一個質(zhì)量為m＝5 kg的竹竿，一個質(zhì)量為M＝40 kg的演員(可視為質(zhì)點)在竿頂端從靜止開始先勻加速再勻減速下滑，滑到竿底端時速度正好為零．為了研究該雜技的力學性質(zhì)，研究人員在竿底部和“底人”肩膀之間安裝一個力傳感器，演員從竿頂端下滑的整個過程中，竿對傳感器豎直向下壓力大小隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示．根據(jù)題中所給條件和圖象中有關(guān)信息，重力加速度大小為g＝10 m/s2.求： 圖11 (1)演員在竿上勻加速下滑和勻減速下滑的過程中，竿受到的摩擦力大??； (2)竿的長度． 滑輪的質(zhì)量．求： (1)A

22、下落過程的加速度； (2)B在桌面上運動的位移． 復(fù)習講義 課堂探究 例1　(1)0.5　(2)175 N/m 跟蹤訓練1　(1)1 kg　(2)30° 例2　(1) s　(2)0.4 m 跟蹤訓練2　(1)20 m/s　(2)1.6 s (3)2.25 例3　(1)8 kg　0.25　(2)5塊 跟蹤訓練3　0.8 m 例4　880 N 跟蹤訓練4　(1)440 N，方向豎直向下 (2)275 N，方向豎直向下 分組訓練 1．C　 2．(1)0.25　(2)4 m/s　(3)3 m，方向向上　7 m 3．0.5 m 4．(1)　(2) 課時規(guī)范訓練 1．AD　 2．A　 3．C　 4．AB 5．D　 6．C　 7．C　 8．BD　 9．D　 10．16 N 11．(1)240 N　480 N　(2)6 m