【步步高】2020年高考物理大一輪 第三章 專題4 牛頓運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用(二) 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.掌握動(dòng)力學(xué)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(diǎn)一　動(dòng)力學(xué)中的圖象問題 考點(diǎn)解讀 在牛頓運(yùn)動(dòng)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(gè)力隨時(shí)間的變化圖線，要求分析物體的運(yùn)動(dòng)情況；或者已知物體在一過程中速度、加速度隨時(shí)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(yùn)動(dòng)定律中的圖象問題．這類問題的實(shí)質(zhì)仍然是力與運(yùn)動(dòng)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(diǎn)、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(shí)解除鎖定釋放滑塊．計(jì)算機(jī)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(shí)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(dòng)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(xué)物理的重要題型，也是近年高考的熱點(diǎn)，特別是v－t圖象在考題中出現(xiàn)率極高．對(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系． 跟蹤訓(xùn)練1　固定光滑細(xì)桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個(gè)光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運(yùn)動(dòng)，推力F與小環(huán)速度v隨時(shí)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(xì)桿與地面間的傾角α. 考點(diǎn)二　多過程問題 考點(diǎn)解讀 很多動(dòng)力學(xué)問題中涉及物體兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過程，在物體不同的運(yùn)動(dòng)階段，物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況都發(fā)生了變化，我們把這類動(dòng)力學(xué)問題稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的多過程問題．有些題目中這些過程是彼此獨(dú)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(shí)，既要將每個(gè)子過程獨(dú)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(tái)近期推出了一個(gè)游戲節(jié)目——推礦泉 水瓶．選手們從起點(diǎn)開始用力推瓶一段時(shí)間后，放手 讓瓶向前滑動(dòng)，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(diǎn)，從A點(diǎn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)，(g取10 m/s2)假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點(diǎn)，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(shí)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(gè)子過程，在每一個(gè)子過程中，對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析，正確求解加速度和找到連接各階段運(yùn)動(dòng)的物理量(速度)是關(guān)鍵，做出物體整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的運(yùn)動(dòng)示意圖，可使問題的分析與求解較為直觀． 跟蹤訓(xùn)練2　有一種大型游戲機(jī)叫“跳樓機(jī)”，參加游戲的游客被安全帶固定在座

6、椅上，由電動(dòng)機(jī)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(rèn)為座椅沿軌道做自由落體運(yùn)動(dòng)，2 s后，開始受到恒定阻力而立即做勻減速運(yùn)動(dòng)，且下落到離地面4 m高處時(shí)速度剛好減小到零．然后再讓座椅以相當(dāng)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(shí)刻的速度是多大？ (2)座椅在勻減速階段的時(shí)間是多少？ (3)在勻減速階段，座椅對(duì)游客的作用力大小是游客體重的多少倍？ 考點(diǎn)三　滑塊－木板模型 考點(diǎn)解讀 滑塊－木板模型作為力學(xué)的基本模型經(jīng)常出現(xiàn)，是對(duì)直線運(yùn)動(dòng)和牛頓運(yùn)動(dòng)定律有關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用．著重考查學(xué)生分析問題、運(yùn)用知識(shí)的能

7、力，這類問題的分析有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理情景的想象能力，為后面牛頓運(yùn)動(dòng)定律與能量知識(shí)的綜合應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)． 典例剖析 例3　某電視臺(tái)娛樂節(jié)目在游樂園舉行家庭搬運(yùn)磚塊比賽活動(dòng)．比賽規(guī)則是：如圖4甲所示向滑動(dòng)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(duì)地面)地放到車上，車停止時(shí)立即停止搬放，以車上磚塊多少?zèng)Q定勝負(fù)．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(shí)車以v0＝3 m/s的速度勻速前進(jìn)．獲得冠軍的家庭上場(chǎng)比賽時(shí)每隔T＝0.8 s搬放一塊磚，從放上第一塊磚開始計(jì)時(shí)，圖中僅畫出了0～0.8 s內(nèi)車運(yùn)動(dòng)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(dòng)摩擦因數(shù)； (2)車停止時(shí)，車上放有多少塊磚． 方法突破　求解時(shí)應(yīng)先仔細(xì)審題，清楚題目的含義，分析清楚每一個(gè)物體的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況．因題目所給的情境中至少涉及兩個(gè)物體、多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，并且物體間還存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)準(zhǔn)確求出各物體在各運(yùn)動(dòng)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(gè)過程的紐帶，每一個(gè)過程的末速度是下一個(gè)過程的初速度． 圖5 跟蹤訓(xùn)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(dòng)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(dòng)小車，當(dāng)A到達(dá)B的 最右端時(shí)，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(dòng)力學(xué)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(jìn)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(shí)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(yùn)動(dòng)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(dāng)所研究的問題涉及連接體時(shí)，若不要求知道各個(gè)運(yùn)動(dòng)物體之間的相互作用力，并且各個(gè)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(gè)整體，分析外力和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(xùn)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(yùn)動(dòng)員拉住，如圖7所示．設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為65 kg，吊椅的質(zhì)量為15 kg，不計(jì)定滑輪與繩子間的摩擦，重力加速度取g ＝10m/s2.當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與吊椅一起正以加速度a＝1 m/s2上升時(shí)，試求： 圖7 (1)運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力； (2)運(yùn)動(dòng)員對(duì)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(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示，t＝0時(shí)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(shí)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(shí)間內(nèi)物體向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng) D．第3 s末物體回到了原來的出發(fā)點(diǎn) 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(gè)沿斜面向上的F＝100 N的力作用由 靜止開始運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)，2 s內(nèi)移動(dòng)5 m，假設(shè)車廂足夠長，不計(jì)地面與B間的摩擦，求在這段 時(shí)間內(nèi)A在B內(nèi)移動(dòng)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(gè)物體A和B，用跨過定滑 輪的細(xì)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(xì)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(yùn)動(dòng)，A著地后不反彈，在運(yùn)動(dòng)過程中B始終碰不 到滑輪．B與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，不計(jì)滑輪與軸間、繩子的摩擦，不 計(jì)空氣阻力及細(xì)繩 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 (限時(shí)：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(dòng)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(cè)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(yùn)動(dòng)，再返回停止 圖3 B．小球向前運(yùn)動(dòng)再返回不會(huì)停止 C．小球始終向前運(yùn)動(dòng) D．小球向前運(yùn)動(dòng)一段時(shí)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(yùn)動(dòng)，小球通過細(xì)繩與 車頂相連．小球某時(shí)刻正處于如圖4所示狀態(tài)．設(shè)斜面對(duì)小球 的支持力為FN，細(xì)繩對(duì)小球的拉力為FT，關(guān)于此時(shí)刻小球的 受力情況，下列說法正確的是 (　　) A．若小車向左運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)N可能為零 B．若小

17、車向左運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)T可能為零 C．若小車向右運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)N不可能為零 D．若小車向右運(yùn)動(dòng)，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?fàn)顟B(tài)．若將一個(gè)質(zhì)量為3 kg的物體B輕放在A上的一瞬間，則B對(duì)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(gè)質(zhì)量為m2的小球．靜 止釋放后，小環(huán)與小球保持相對(duì)靜止以相同的加速度a一起下 滑，此時(shí)

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(duì)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(shí)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(duì)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(xì)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(shí)繩與水平方向的夾角 為θ，當(dāng)傳送帶分別以v1、v2的速度做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(v1

20、，使斜面在水平面上做加速度為a的勻加速 直線運(yùn)動(dòng)，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(duì)球的彈力可能為零 B．若加速度足夠大，斜面對(duì)球的彈力可能為零 C．斜面和擋板對(duì)球的彈力的合力等于ma D．若F增大，斜面對(duì)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(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.25，要使物塊在2 s末 運(yùn)動(dòng)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(shí)，一人站在地上(稱為“底人”)，肩上豎直扛著一個(gè)質(zhì)量為m＝5 kg的竹竿，一個(gè)質(zhì)量為M＝40 kg的演員(可視為質(zhì)點(diǎn))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(shí)速度正好為零．為了研究該雜技的力學(xué)性質(zhì)，研究人員在竿底部和“底人”肩膀之間安裝一個(gè)力傳感器，演員從竿頂端下滑的整個(gè)過程中，竿對(duì)傳感器豎直向下壓力大小隨時(shí)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(yùn)動(dòng)的位移． 復(fù)習(xí)講義 課堂探究 例1　(1)0.5　(2)175 N/m 跟蹤訓(xùn)練1　(1)1 kg　(2)30° 例2　(1) s　(2)0.4 m 跟蹤訓(xùn)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(xùn)練3　0.8 m 例4　880 N 跟蹤訓(xùn)練4　(1)440 N，方向豎直向下 (2)275 N，方向豎直向下 分組訓(xùn)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(shí)規(guī)范訓(xùn)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