2019版高考物理二輪復習 專題一 力與運動 第2講 力與物體的直線運動課件.ppt

第2講力與物體的直線運動 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 1 解決動力學問題要抓好關(guān)鍵詞語 1 看到 剛好 恰好 正好 等字眼 想到 題述的過程存在臨界點 2 看到 最大 最小 至多 至少 等字眼 想到 題述的過程存在極值點 2 四點 注意 1 x t圖象 v t圖象均表示直線運動 2 運動學公式中的v a x均為矢量 一定規(guī)定正方向 3 剎車問題中不能忽略實際運動情況 4 x t v t a t圖象相關(guān)量間的關(guān)系 備考策略 典例1 多選 2018 全國卷 18 甲 乙兩車在同一平直公路上同向運動 甲做勻加速直線運動 乙做勻速直線運動 甲 乙兩車的位置x隨時間t的變化如圖1所示 下列說法正確的是 A 在t1時刻兩車速度相等B 從0到t1時間內(nèi) 兩車走過的路程相等C 從t1到t2時間內(nèi) 兩車走過的路程相等D 在t1到t2時間內(nèi)的某時刻 兩車速度相等 運動學中的圖象問題 x t圖象的理解及應用 圖1 解析x t圖象某點的切線斜率表示瞬時速度 A錯誤 從0 t1時間內(nèi) 由于甲 乙的出發(fā)點不同 故路程不同 B錯誤 t1 t2時間內(nèi) 甲 乙的位移和路程都相等 大小都為x2 x1 C正確 t1 t2時間內(nèi) 甲的x t圖象在某一點的切線與乙的x t圖象平行 此時刻兩車速度相等 D正確 答案CD 典例2 多選 2018 全國卷 19 甲 乙兩汽車在同一條平直公路上同向運動 其速度 時間圖象分別如圖2中甲 乙兩條曲線所示 已知兩車在t2時刻并排行駛 下列說法正確的是 A 兩車在t1時刻也并排行駛B 在t1時刻甲車在后 乙車在前C 甲車的加速度大小先增大后減小D 乙車的加速度大小先減小后增大 v t圖象的理解及應用 圖2 解析本題可巧用逆向思維分析 兩車在t2時刻并排行駛 根據(jù)題圖分析可知在t1 t2時間內(nèi)甲車運動的位移大于乙車運動的位移 所以在t1時刻甲車在后 乙車在前 B正確 A錯誤 依據(jù)v t圖象斜率表示加速度分析出C錯誤 D正確 答案BD 典例3 多選 2016 全國卷 21 甲 乙兩車在平直公路上同向行駛 其v t圖象如圖3所示 已知兩車在t 3s時并排行駛 則 A 在t 1s時 甲車在乙車后B 在t 0時 甲車在乙車前7 5mC 兩車另一次并排行駛的時刻是t 2sD 甲 乙車兩次并排行駛的位置之間沿公路方向的距離為40m 圖3 答案BD 典例4 多選 假設(shè)高速公路上甲 乙兩車在同一車道上同向行駛 甲車在前 乙車在后 速度均為30m s 相距100m 在t 0時刻甲車遇到緊急情況后 甲 乙兩車的加速度隨時間變化如圖4所示 取運動方向為正方向 下列說法正確的是 圖4A 在t 6s時 兩車速度相等B 在t 6s時 兩車相距最近C 在t 6s時 兩車相距90mD 在0 9s內(nèi) 兩車會相撞 a t圖象的理解及應用 解析由圖象可知 前6s時間內(nèi) v甲 15m s t 6s時v甲 v0 v甲 15m s同樣 v乙 15m sv2 v0 v乙 15m s故選項A正確 答案AB 1 明圖象意義 1 看到 x t圖線 想到 初始位置關(guān)系明確 2 看到 v t圖線 想到 加速度變化情況 3 速度圖線只有通過時間軸時速度方向才改變 2 清交點區(qū)別兩個物體的運動圖象一般會涉及追及和相遇問題 x t圖象交點表示兩物體位移相等 v t圖象交點表示兩物體速度相等 3 抓對應關(guān)系根據(jù)物體的初始條件和受力情況判斷或作出圖象的關(guān)鍵是將運動情景與圖象信息對應起來 1 多選 汽車A和汽車B 均可視為質(zhì)點 在平直的公路上沿兩平行車道同向行駛 A車在后 如圖5甲所示 以某時刻作為計時起點 此時兩車相距x0 12m 汽車A運動的x t圖象如圖乙所示 汽車B運動的v t圖象如圖丙所示 則下列說法正確的是 圖5 答案AD 2 多選 在一個大霧天 一輛小汽車以20m s的速度行駛在平直的公路上 突然發(fā)現(xiàn)正前方x0 20m處有一輛大卡車以10m s的速度同方向勻速行駛 汽車司機立即剎車 忽略司機的反應時間 3s后卡車也開始剎車 從汽車司機開始剎車時計時 兩者的v t圖象如圖6所示 下列說法正確的是 圖6 A 小汽車與大卡車一定沒有追尾B 由于在減速時大卡車的加速度大小小于小汽車的加速度大小 導致兩車在t 4s時追尾C 兩車沒有追尾 兩車最近距離為10mD 兩車沒有追尾 并且兩車都停下時相距5m 答案AC 答案D 典例1 近幾年長假期間 國家取消了7座及其以下的小車的收費公路的過路費 給自駕車帶來了很大的實惠 但車輛的增多也給交通道路的暢通增加了很大的壓力 因此國家規(guī)定了免費車輛在通過收費站時在專用車道上可以直接減速通過 假設(shè)收費站的前 后都是平直大道 長假期間過站的車速要求不超過v 21 6km h 事先小汽車未減速的車速均為v0 108km h 制動后小汽車的加速度的大小為a1 4m s2 試問 1 長假期間 駕駛員應在距收費站至少多遠處開始制動 2 假設(shè)車過站后駕駛員立即使車以加速度a2 6m s2加速至原來的速度 則從減速開始到最終恢復到原來速度的過程中 汽車運動的時間至少是多少 3 在 1 2 問題中 車因減速和加速過站而耽誤的時間至少為多少 勻變速直線運動規(guī)律的應用 以生活中的交通問題為背景考查勻變速直線運動規(guī)律的應用 解析取小汽車初速度方向為正方向 v 21 6km h 6m s v0 108km h 30m s 1 設(shè)小汽車距離收費站x1處開始制動做勻減速直線運動 則 2 小汽車通過收費站經(jīng)歷勻減速和勻加速兩個階段 以v 6m s過站時汽車運動的時間最少 前后兩段位移分別為x1和x2 時間為t1和t2 加速階段 v0 v 6m s v v0 30m s 則汽車運動的時間至少為t t1 t2 10s 解得x2 72m則總位移x x1 x2 180m 車因減速和加速過站而耽誤的時間至少為 t t t 4s 答案 1 108m 2 10s 3 4s 命題拓展 1 畫出 典例1 第 2 問中汽車運動的v t圖象 2 典例1 第 2 問中汽車運動的平均速度多大 解析 1 答案 1 見解析 2 18m s 典例2 某地出現(xiàn)霧霾天氣 能見度只有200m 即看不到200m以外的情況 A B兩輛汽車沿同一公路同向行駛 A車在前 速度vA 10m s B車在后 速度vB 30m s B車在距A車x 200m處才發(fā)現(xiàn)前方的A車 這時B車立即以最大加速度a 0 8m s2剎車 1 通過計算說明兩車會不會相撞 2 若兩車不會相撞 求它們之間的最小距離 若兩車會相撞 則B車在減速的同時開始按喇叭 t1 10s后 A車發(fā)現(xiàn)后 立即加速前進 則A車的加速度至少為多大時才能避免與B車相撞 追及與相遇中的 實際問題模型 解析 1 設(shè)經(jīng)過時間t兩車速度相等 根據(jù)vA vB at 解得t 25s xA vAt 250m速度相等時兩車的距離 x0 xA x xB 50m 0 故兩車在速度相等前就已經(jīng)相撞了 2 由 1 可知兩車會相撞 如圖所示 B車減速10s后 B車的速度vB1 vB at1 22m s 設(shè)A車至少以大小為a 的加速度加速t 時間后 兩車剛好不相撞 此時兩車的速度相等 有vB1 at vA a t 答案 1 相撞 2 1m s2 典例3 2018 江蘇單科 13 如圖8所示 兩條平行的光滑金屬導軌所在平面與水平面的夾角為 間距為d 導軌處于勻強磁場中 磁感應強度大小為B 方向與導軌平面垂直 質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導軌上 距底端的距離為s 導軌與外接電源相連 使金屬棒通有電流 金屬棒被松開后 以加速度a沿導軌勻加速下滑 金屬棒中的電流始終保持恒定 重力加速度為g 求下滑到底端的過程中 金屬棒圖8 電學中的直線運動 1 末速度的大小v 2 通過的電流大小I 3 通過的電荷量Q 解析 1 勻加速直線運動v2 2as 2 安培力F安 IdB金屬棒所受合力F mgsin F安牛頓運動定律F ma 電荷量Q It 一畫 二選 三注意 解決勻變速直線運動問題 1 2018 貴陽一測 對于如圖9所示的情境 交通法規(guī)定 車讓人 否則駕駛員將受到處罰 若以8m s勻速行駛的汽車即將通過路口 有行人正在過人行橫道 此時汽車的前端距停車線8m 該車減速時的加速度大小為5m s2 下列說法中正確的是 圖9 A 駕駛員立即剎車制動 則至少需2s汽車才能停止B 在距停車線6m處才開始剎車制動 汽車前端恰能止于停車線處C 若經(jīng)0 2s后才開始剎車制動 汽車前端恰能止于停車線處D 若經(jīng)0 4s后才開始剎車制動 汽車前端恰能止于停車線處 答案C 2 如圖10所示 傾斜放置的平行板電容器兩極板與水平面的夾角為 極板間距為d 帶負電的微粒質(zhì)量為m 帶電荷量為q 微粒從極板M的左邊緣A處以初速度v0水平射入極板間 沿直線運動并從極板N的右邊緣B處射出 則 圖10 答案C 3 2018 江西南昌六校聯(lián)考 有一部電梯 啟動時勻加速上升的加速度大小為2m s2 制動時勻減速上升的加速度大小為1m s2 中間階段電梯可勻速運行 電梯運動上升的高度為48m 問 1 若電梯運行時最大限速為9m s 電梯升到最高處的最短時間是多少 2 如果電梯先加速上升 然后勻速上升 最后減速上升 全程共用時間為15s 上升的最大速度是多少 解析 1 要想所用時間最短 則電梯只有加速和減速過程 而沒有勻速過程 設(shè)最大速度為vm 由位移公式得 運動的最短時間為t t1 t2 12s 勻速運動的時間為t 15s t1 t2 聯(lián)立解得v 4m s 另一解不合理 舍去 答案 1 12s 2 4m s 牛頓運動定律的綜合應用 以連接體為載體考查牛頓運動定律的應用 解析設(shè)掛鉤P Q西邊有n節(jié)車廂 每節(jié)車廂的質(zhì)量為m 則掛鉤P Q西邊車廂的質(zhì)量為nm 以西邊這些車廂為研究對象 有F nma 聯(lián)立 得3n 2k 總車廂數(shù)為N n k 由此式可知n只能取偶數(shù) 當n 2時 k 3 總節(jié)數(shù)為N 5當n 4時 k 6 總節(jié)數(shù)為N 10當n 6時 k 9 總節(jié)數(shù)為N 15當n 8時 k 12 總節(jié)數(shù)為N 20 故選項B C正確 答案BC 典例2 2018 全國卷 15 如圖11 輕彈簧的下端固定在水平桌面上 上端放有物塊P 系統(tǒng)處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上 使其向上做勻加速直線運動 以x表示P離開靜止位置的位移 在彈簧恢復原長前 下列表示F與x之間關(guān)系的圖象可能正確的是 以圖象形式考查動力學兩類問題 圖11 解析假設(shè)物塊靜止時彈簧的壓縮量為x0 則由力的平衡條件可知kx0 mg 在彈簧恢復原長前 當物塊向上做勻加速直線運動時 由牛頓第二定律得F k x0 x mg ma 由以上兩式解得F kx ma 顯然F和x為一次函數(shù)關(guān)系 且在F軸上有截距 則A正確 B C D錯誤 答案A 典例3 2018 全國卷 24 汽車A在水平冰雪路面上行駛 駕駛員發(fā)現(xiàn)其正前方停有汽車B 立即采取制動措施 但仍然撞上了汽車B 兩車碰撞時和兩車都完全停止后的位置如圖12所示 碰撞后B車向前滑動了4 5m A車向前滑動了2 0m 已知A和B的質(zhì)量分別為2 0 103kg和1 5 103kg 兩車與該冰雪路面間的動摩擦因數(shù)均為0 10 兩車碰撞時間極短 在碰撞后車輪均沒有滾動 重力加速度大小g 10m s2 求 1 碰撞后的瞬間B車速度的大小 2 碰撞前的瞬間A車速度的大小 以生活 科技為背景考查動力學兩類問題 圖12 解析 1 設(shè)B車的質(zhì)量為mB 碰后加速度大小為aB 根據(jù)牛頓第二定律有 mBg mBaB 式中 是汽車與路面間的動摩擦因數(shù) 設(shè)碰撞后瞬間B車速度的大小為vB 碰撞后滑行的距離為sB 由運動學公式有vB 2 2aBsB 聯(lián)立 式并利用題給數(shù)據(jù)得vB 3 0m s 2 設(shè)A車的質(zhì)量為mA 碰后加速度大小為aA 根據(jù)牛頓第二定律有 mAg mAaA 設(shè)碰撞后瞬間A車速度的大小為vA 碰撞后滑行的距離為sA 由運動學公式有vA 2 2aAsA 設(shè)碰撞前的瞬間A車速度的大小為vA 兩車在碰撞過程中動量守恒 有mAvA mAvA mBvB 聯(lián)立 式并利用題給數(shù)據(jù)得vA 4 3m s 答案 1 3 0m s 2 4 3m s 應用牛頓運動定律求解問題時應注意 1 研究對象的選取方法 整體法和隔離法 2 當物體的受力情況發(fā)生變化時加速度同時發(fā)生變化 3 兩個相鄰的子過程的銜接 即前一過程的末狀態(tài)應為后一過程的初狀態(tài) 1 多選 2018 福州四校聯(lián)考 一個物塊放在粗糙的水平面上 現(xiàn)用一個很大的水平推力推物塊 并且推力不斷減小 結(jié)果物塊運動過程中的加速度a隨推力F變化的圖象如圖13所示 已知最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 重力加速度g 10m s2 下列說法正確的是 A 物塊的質(zhì)量為0 5kgB 物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為0 2C 當推力F減小為2N時 物塊的速度最大D 當推力F減小為0時 物塊的速度為零 圖13 解析由物塊運動過程中的加速度a隨推力F變化的圖象可知 當推力F 2N時 加速度為零 運用牛頓第二定律可得F mg 0 當F 0時 加速度a 2m s2 運用牛頓第二定律 mg ma 聯(lián)立解得 0 2 m 1 0kg 即物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為0 2 物塊的質(zhì)量為1 0kg 選項A錯誤 B正確 用一個很大的水平力推物塊 并且推力不斷減小 物塊做加速度逐漸減小的加速運動 當推力F減小為2N時加速度為零 物塊的速度最大 選項C正確 當推力F減小為0時 物塊做減速運動 物塊的速度不為零 選項D錯誤 答案BC 2 2018 南昌一模 在傾角 37 的粗糙斜面上有一質(zhì)量m 2kg的物塊 受如圖14甲所示的水平方向恒力F的作用 物塊靜止不動 t 0時刻物塊以某一速度從斜面上A點沿斜面下滑 在t 4s時滑到水平面上 此時撤去F 在這以后的一段時間內(nèi)物塊運動的速度隨時間變化關(guān)系v t圖象如圖乙所示 已知A點到斜面底端的距離x 18m 物塊與各接觸面之間的動摩擦因數(shù)相同 不考慮轉(zhuǎn)角處機械能損失 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 圖14 1 物塊在A點的速度 2 水平恒力F的大小 解析 1 在斜面上 逆向看物體做勻加速直線運動 設(shè)物體在斜面上運動的加速度大小為a1 方向沿斜面向上 則 解得 a1 0 25m s2物塊在A點的速度為 v0 v a1t 5m s 2 設(shè)物塊與接觸面間的動摩擦因數(shù)為 物塊在水平面上運動時 由牛頓第二定律得 mg ma2由圖線可知 a2 2m s2解得 0 2物塊在斜面上運動時 設(shè)受的摩擦力為Ff 由牛頓第二定律得 Fcos mgsin Ff ma1Ff FNFN mgcos Fsin 答案 1 5m s 2 10 1N 現(xiàn)如今 高考物理愈來愈注重考查考生的能力和科學素養(yǎng) 其命題愈加明顯地滲透著對物理思想 物理方法的考查 在平時的復習備考過程中 物理習題浩如煙海 千變?nèi)f化 我們?nèi)裟苷莆找恍┗镜慕忸}思想 就如同在開啟各式各樣的 鎖 時 找到了一把 多功能的鑰匙 高考物理中的 五大 解題思想 一 數(shù)形結(jié)合的思想數(shù)形結(jié)合的思想 就是把物體的空間形式和數(shù)量關(guān)系結(jié)合起來進行考查 通過 數(shù) 與 形 之間的對應和轉(zhuǎn)化來解決問題的思想 其實質(zhì)是把抽象的數(shù)學語言 數(shù)量關(guān)系與直觀的圖形結(jié)合起來 把抽象思維和形象思維結(jié)合起來 數(shù)形結(jié)合的思想 一方面可以以 形 助 數(shù) 實現(xiàn)抽象概念與具體形象的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化 化抽象為直觀 化難為易 另一方面可以以 數(shù) 解 形 可以由數(shù)入手 將有些涉及圖形的問題轉(zhuǎn)化為數(shù)量關(guān)系來研究 對圖形做精細的分析 從而使人們對直觀圖形有更精確 理性的理解 例1 一彈簧秤的秤盤質(zhì)量為m1 盤內(nèi)放一質(zhì)量為m2的物體 彈簧質(zhì)量不計 其勁度系數(shù)為k 系統(tǒng)處于靜止狀態(tài) 如圖15所示 t0時刻給物體施加一個豎直向上的力F 使物體從靜止開始向上做加速度為a的勻加速直線運動 經(jīng)2s物體與秤盤脫離 用FN表示物體與秤盤間的相互作用力的大小 已知重力加速度大小為g 則下列F和FN隨時間變化的關(guān)系圖象正確的是 圖15 答案C 二 分解思想有些物理問題的運動過程 情景較為復雜 在運用一些物理規(guī)律或公式不奏效的情況下 將物理過程按照事物發(fā)展的順序分成幾段熟悉的子過程來分析 或者將復雜的運動分解成幾個簡單或特殊的分運動 如勻速直線運動 勻變速直線運動 圓周運動等 來考慮 往往能事半功倍 例2 2018 江蘇單科 3 某彈射管每次彈出的小球速度相等 在沿光滑豎直軌道自由下落過程中 該彈射管保持水平 先后彈出兩只小球 忽略空氣阻力 兩只小球落到水平地面的 A 時刻相同 地點相同B 時刻相同 地點不同C 時刻不同 地點相同D 時刻不同 地點不同 解析彈射管沿光滑豎直軌道自由下落 向下的加速度大小為g 且下落時保持水平 故先后彈出的兩只小球在豎直方向的分速度與彈射管的分速度相同 即兩只小球同時落地 又兩只小球先后彈出且水平分速度相等 故兩只小球在空中運動的時間不同 則運動的水平位移不同 落地點不同 選項B正確 答案B 三 守恒思想物理學中最常用的一種思維方法 守恒 高中物理涉及的守恒定律有能量守恒定律 動量守恒定律 機械能守恒定律 質(zhì)量守恒定律 電荷守恒定律等 它們是我們處理高中物理問題的主要工具 例3 如圖16所示 長R 0 6m的不可伸長的細繩一端固定在O點 另一端系著質(zhì)量m2 0 1kg的小球B 小球B剛好與水平面相接觸 現(xiàn)使質(zhì)量m1 0 3kg的物塊A沿光滑水平面以v0 4m s的速度向B運動并與B發(fā)生彈性正碰 A B碰撞后 小球B能在豎直平面內(nèi)做圓周運動 已知重力加速度g 10m s2 A B均可視為質(zhì)點 試求 圖16 1 在A與B碰撞后瞬間 小球B的速度v2的大小 2 小球B運動到最高點時對細繩的拉力 解析 1 物塊A與小球B碰撞時 由動量守恒定律和機械能守恒定律有 m1v0 m1v1 m2v2 聯(lián)立解得小球B對細繩的拉力F F 1N 答案 1 6m s 2 1N 四 對稱思想對稱思想普遍存在于各種物理現(xiàn)象 物理過程和物理規(guī)律之中 它反映了科學生活中物理世界的和諧與優(yōu)美 應用對稱思想不僅能幫助我們認識和探索物質(zhì)世界的某些基本規(guī)律 而且能幫助我們?nèi)デ蠼饽承┚唧w的物理問題 用對稱的思想解題的關(guān)鍵是敏銳地看出并抓住事物在某一方面的對稱性 這些對稱性往往就是通往答案的捷徑 例4 在一半徑為R的圓周上均勻分布有N個帶電小球 可視為質(zhì)點 無間隙排列 其中A點的小球帶電荷量為 3q 其余小球帶電荷量為 q 此時圓心O點的電場強度大小為E 現(xiàn)僅撤去A點的小球 則O點的電場強度大小為 圖17 答案B 五 等效思想在某些物理問題中 一個過程的發(fā)展 一個狀態(tài)的確定 往往是由多個因素決定的 若某些因素所起的作用和另一些因素所起的作用相同 則前一些因素與后一些因素是等效的 它們便可以互相代替 而對過程的發(fā)展或狀態(tài)的確定 以及最后結(jié)果并無影響 掌握等效思想 有助于提高考生的科學素養(yǎng) 形成科學的世界觀和方法論 為終身的學習 研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ) 例5 如圖18所示 在方向水平向左 范圍足夠大的勻強電場中 固定一由內(nèi)表面絕緣光滑且內(nèi)徑很小的圓管彎制而成的圓弧BD 圓弧的圓心為O 豎直半徑OD R B點和地面上A點的連線與地面成 37 角 AB R 一質(zhì)量為m 電荷量為q的小球 可視為質(zhì)點 從地面上A點以某一初速度沿AB方向做直線運動 恰好無碰撞地從管口B進入管道BD中 到達管中某處C 圖中未標出 時恰好與管道間無作用力 已知sin37 0 6 cos37 0 8 重力加速度大小為g 求 1 勻強電場的場強大小E和小球到達C處時的速度大小v 2 小球的初速度大小v0以及到達D處時的速度大小vD 圖18 甲乙 2 小球 恰好無碰撞地從管口B進入管道BD 說明AB OB小球從A點運動到C點的過程 根據(jù)動能定理有 小球從C處運動到D處的過程 根據(jù)動能定理有