高考物理一輪復習 第3章 牛頓運動定律 能力課時3 牛頓運動定律的綜合應用（一）課件.ppt

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能力課時3牛頓運動定律的綜合應用 一 突破一牛頓運動定律與圖象綜合問題的求解方法 物理公式與物理圖象的結合是一種重要題型 也是高考的重點及熱點 1 兩大類型 1 已知物體在某一過程中所受的合力 或某個力 隨時間的變化圖線 要求分析物體的運動情況 2 已知物體在某一過程中速度 加速度隨時間的變化圖線 要求分析物體的受力情況 2 一個橋梁 加速度是聯(lián)系v t圖象與F t圖象的橋梁 3 解決圖象問題的方法和關鍵 1 分清圖象的類別 分清橫 縱坐標所代表的物理量 明確其物理意義 掌握物理圖象所反映的物理過程 會分析臨界點 2 注意圖象中的一些特殊點所表示的物理意義 圖線與橫 縱坐標的交點 圖線的轉折點 兩圖線的交點等表示的物理意義 3 明確能從圖象中獲得哪些信息 把圖象與物體的運動情況相結合 再結合斜率 特殊點 面積等的物理意義 確定從圖象中得出的有用信息 這些信息往往是解題的突破口或關鍵點 例1 多選 2015 新課標全國卷 20 如圖1 a 一物塊在t 0時刻滑上一固定斜面 其運動的v t圖線如圖 b 所示 若重力加速度及圖中的v0 v1 t1均為已知量 則可求出 圖1A 斜面的傾角B 物塊的質量C 物塊與斜面間的動摩擦因數D 物塊沿斜面向上滑行的最大高度 答案ACD 易錯提醒分析圖象問題時常見的誤區(qū) 1 沒有看清橫 縱坐標所表示的物理量及單位 2 沒有注意坐標原點是否從零開始 3 不清楚圖線的點 斜率 面積等的物理意義 4 忽視對物體的受力情況和運動情況的分析 變式訓練 1 與a F圖象的綜合 多選 如圖2甲所示 物體原來靜止在水平面上 用一水平力F拉物體 在F從0開始逐漸增大的過程中 物體先靜止后做變加速運動 其加速度a隨外力F變化的圖象如圖乙所示 根據圖乙中所標出的數據可計算出 g取10m s2 圖2 A 物體的質量為1kgB 物體的質量為2kgC 物體與水平面間的動摩擦因數為0 3D 物體與水平面間的動摩擦因數為0 5 解析物體的受力如圖所示 在力F從0增大到7N之前物體靜止 在7N時運動狀態(tài)發(fā)生變化 由牛頓第二定律得F Ff ma 代入圖乙中F1 7N和F2 14N及對應的加速度a1 0 5m s2和a2 4m s2 解得m 2kg Ff 6N A錯誤 B正確 Ff FN mg 則 0 3 C正確 D錯誤 答案BC 2 與F t v t圖象的綜合 多選 2016 內蒙古包頭測評 將一質量不計的光滑桿傾斜地固定在水平面上 如圖3甲所示 現(xiàn)在桿上套一光滑的小球 小球在一沿桿向上的拉力F的作用下沿桿向上運動 該過程中小球所受的拉力以及小球的速度隨時間變化的規(guī)律如圖乙 丙所示 g 10m s2 則下列說法正確的是 圖3 A 在2 4s內小球的加速度大小為0 5m s2B 小球質量為2kgC 桿的傾角為30 D 小球在0 4s內的位移為8m 答案AC 突破二連接體問題的分析方法 1 連接體的分類根據兩物體之間相互連接的媒介不同 常見的連接體可以分為三大類 1 繩 桿 連接 兩個物體通過輕繩或輕桿的作用連接在一起 2 彈簧連接 兩個物體通過彈簧的作用連接在一起 3 接觸連接 兩個物體通過接觸面的彈力或摩擦力的作用連接在一起 2 連接體的運動特點輕繩 輕繩在伸直狀態(tài)下 兩端的連接體沿繩方向的速度總是相等 輕桿 輕桿平動時 連接體具有相同的平動速度 輕桿轉動時 連接體具有相同的角速度 而線速度與轉動半徑成正比 輕彈簧 在彈簧發(fā)生形變的過程中 兩端連接體的速率不一定相等 在彈簧形變最大時 兩端連接體的速率相等 特別提醒 1 輕 質量和重力均不計 2 在任何情況下 繩中張力的大小相等 繩 桿和彈簧兩端受到的彈力大小也相等 3 連接體問題的分析方法 1 分析方法 整體法和隔離法 2 選用整體法和隔離法的策略 當各物體的運動狀態(tài)相同時 宜選用整體法 當各物體的運動狀態(tài)不同時 宜選用隔離法 對較復雜的問題 通常需要多次選取研究對象 交替應用整體法與隔離法才能求解 類型一繩 或桿 連接體 例2 如圖4所示 有材料相同的P Q兩物塊通過輕繩相連 并在拉力F作用下沿斜面向上運動 輕繩與拉力F的方向均平行于斜面 當拉力F一定時 Q受到繩的拉力 圖4A 與斜面傾角 有關B 與動摩擦因數有關C 與系統(tǒng)運動狀態(tài)有關D 僅與兩物塊質量有關 答案D 方法提煉 變式訓練 3 如圖5甲所示 質量為M的小車放在光滑水平面上 小車上用細線懸吊一質量為m的小球 M m 用一力F水平向右拉小球 使小球和車一起以加速度a向右運動時 細線與豎直方向成 角 細線的拉力為FT 若用一力F 水平向左拉小車 使小球和車一起以加速度a 向左運動時 細線與豎直方向也成 角 如圖乙所示 細線的拉力為FT 則 圖5 A F F FT FTB F F FT FTC F F FT FTD F F FT FT解析對小球進行受力分析 由于小球豎直方向上所受合力為零 可知FTcos mg FT cos mg 所以FT FT 對于圖乙中的小球 水平方向有FT sin ma 對于圖甲中的小車 水平方向有FTsin Ma 因為M m 所以a a 對小球與車組成的整體 由牛頓第二定律得F M m a F M m a 所以F F 選項B正確 答案B 類型二彈簧連接體 例3 如圖6所示 兩個質量分別為m1 3kg m2 2kg的物體置于光滑的水平面上 中間用輕質彈簧測力計連接 兩個大小分別為F1 30N F2 20N的水平拉力分別作用在m1 m2上 則 圖6A 彈簧測力計的示數是50NB 彈簧測力計的示數是24NC 在突然撤去F2的瞬間 m2的加速度大小為4m s2D 在突然撤去F2的瞬間 m1的加速度大小為10m s2 答案B 方法提煉 變式訓練 4 多選 如圖7所示 質量分別為mA mB的A B兩物塊用輕質彈簧連接放在傾角為 的斜面上 用始終平行于斜面向上的拉力F拉B物塊 使它們沿斜面勻加速上升 A B與斜面間的動摩擦因數均為 為了減小彈簧的形變量 可行的辦法是 圖7A 減小A物塊的質量B 增大B物塊的質量C 增大傾角 D 增大動摩擦因數 答案AB 聯(lián)立 得3n 2k 總車廂數為N n k 由此式可知n只能取偶數 當n 2時 k 3 總節(jié)數為N 5當n 4時 k 6 總節(jié)數為N 10當n 6時 k 9 總節(jié)數為N 15當n 8時 k 12 總節(jié)數為N 20 故選項B C正確 答案BC 變式訓練 5 如圖8所示 質量分別為m M的兩物體P Q保持相對靜止 一起沿傾角為 的固定光滑斜面下滑 Q的上表面水平 P Q之間的動摩擦因數為 則下列說法正確的是 圖8A P處于超重狀態(tài)B P受到的摩擦力大小為 mg 方向水平向右C P受到的摩擦力大小為mgsin cos 方向水平向左D P受到的支持力大小為mgsin2 解析由題意可知 P有向下的加速度 處于失重狀態(tài) 選項A錯誤 對P Q整體 根據牛頓第二定律有 M m gsin M m a 得加速度a gsin 將沿斜面向下的加速度a gsin 沿水平方向和豎直方向分解 如圖所示 則a1 acos gsin cos a2 asin gsin2 對P分析 根據牛頓第二定律 水平方向上有Ff ma1 方向水平向左 豎直方向上有mg FN ma2 得Ff mgsin cos FN mgcos2 選項C正確 B D錯誤 答案C 突破三臨界問題的處理方法 1 臨界或極值條件的標志 1 有些題目中有 剛好 恰好 正好 等字眼 表明題述的過程存在臨界點 2 若題目中有 取值范圍 多長時間 多大距離 等詞語 表明題述的過程存在 起止點 而這些起止點往往就對應臨界狀態(tài) 3 若題目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明題述的過程存在極值 這個極值點往往是臨界點 4 若題目要求 最終加速度 穩(wěn)定速度 等 即是求收尾加速度或收尾速度 2 幾種臨界狀態(tài)和其對應的臨界條件如下表所示 3 處理臨界問題的三種方法 例5 如圖9所示 水平地面上的矩形箱子內有一傾角為 的固定斜面 斜面上放一質量為m的光滑球 靜止時 箱子頂部與球接觸但無壓力 箱子由靜止開始向右做勻加速運動 然后改做加速度大小為a的勻減速運動直至靜止 經過的總路程為s 運動過程中的最大速度為v 圖9 1 求箱子加速階段的加速度大小a 2 若a gtan 求減速階段球受到箱子左壁和頂部的作用力 反思提升解決臨界問題的基本思路 1 認真審題 詳盡分析問題中變化的過程 包括分析整體過程中有幾個階段 2 尋找過程中變化的物理量 3 探索物理量的變化規(guī)律 4 確定臨界狀態(tài) 分析臨界條件 找出臨界關系 挖掘臨界條件是解題的關鍵 如例5中第 2 的求解關鍵是 假設球剛好不受箱子的作用力 求出此時加速度a 變式訓練 6 如圖10所示 將質量m 1 24kg的圓環(huán)套在固定的水平直桿上 環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑 環(huán)與桿的動摩擦因數為 0 8 對環(huán)施加一位于豎直平面內斜向上與桿夾角 53 的恒定拉力F 使圓環(huán)從靜止開始做勻加速直線運動 第1s內前進了2m 取g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 求 圖10 1 圓環(huán)加速度a的大小 2 拉力F的大小 甲 乙 答案 1 4m s2 2 12N或124N 1 多選 2015 海南單科 8 如圖11 物塊a b和c的質量相同 a和b b和c之間用完全相同的輕彈簧S1和S2相連 通過系在a上的細線懸掛于固定點O 整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)將細線剪斷 將物塊a的加速度的大小記為a1 S1和S2相對于原長的伸長分別記為 l1和 l2 重力加速度大小為g 在剪斷的瞬間 圖11 A a1 3gB a1 0C l1 2 l2D l1 l2 答案AC 2 2015 重慶理綜 5 若貨物隨升降機運動的v t圖象如圖12所示 豎直向上為正 則貨物受到升降機的支持力F與時間t關系的圖象可能是 圖12 解析由v t圖象可知 過程 為向下勻加速直線運動 加速度向下 失重 Fmg 過程 為向上勻加速直線運動 加速度向上 超重 F mg 過程 為向上勻速直線運動 處于平衡狀態(tài) F mg 過程 為向上勻減速直線運動 加速度向下 失重 F mg 綜合選項分析可知選項B正確 答案B 3 多選 2015 江蘇單科 6 一人乘電梯上樓 在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖13所示 以豎直向上為a的正方向 則人對地板的壓力 圖13A t 2s時最大B t 2s時最小C t 8 5s時最大D t 8 5s時最小 解析由題圖知 在上升過程中 在0 4s內 加速度方向向上 FN mg ma 所以向上的加速度越大 電梯對人的支持力就越大 由牛頓第三定律可知 人對電梯的壓力就越大 故A正確 B錯誤 由題圖知 在7 10s內加速度方向向下 由mg FN ma知 向下的加速度越大 人對電梯的壓力就越小 故C錯誤 D正確 答案AD 4 多選 如圖14甲所示 用粘性材料粘在一起的A B兩物塊靜止于光滑水平面上 兩物塊的質量分別為mA 1kg mB 2kg 當A B之間產生拉力且大于0 3N時A B將會分離 t 0時刻開始對物塊A施加一水平推力F1 同時對物塊B施加同一方向的拉力F2 使A B從靜止開始運動 運動過程中F1 F2方向保持不變 F1 F2的大小隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示 則下列關于A B兩物塊受力及運動情況的分析 正確的是 圖14 A t 2 0s時刻A B之間作用力大小為0 6NB t 2 0s時刻A B之間作用力為零C t 2 5s時刻A對B的作用力方向向左D 從t 0時刻到A B分離 它們運動的位移為5 4m 答案AD 5 如圖15甲所示 傾角 37 的粗糙斜面固定在水平面上 斜面足夠長 一根輕彈簧一端固定在斜面的底端 另一端與質量m 1 0kg的小滑塊 可視為質點 接觸 滑塊與彈簧不相連 彈簧處于壓縮狀態(tài) 當t 0時釋放滑塊 在0 0 24s時間內 滑塊的加速度a隨時間t變化的關系如圖乙所示 已知彈簧的勁度系數k 2 0 102N m 當t 0 14s時 滑塊的速度v1 2 0m s g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 求 圖15 1 斜面對滑塊的摩擦力Ff的大小 2 t 0 14s時滑塊與出發(fā)點間的距離d 3 在0 0 44s時間內 滑塊運動的路程s 解析 1 由圖乙可知 當t1 0 14s時 滑塊與彈簧開始分離 此后滑塊受重力 斜面的支持力和摩擦力 如圖 a 所示 分離后 滑塊開始做勻減速直線運動 在這段過程中 由圖乙可知 滑塊加速度的大小a1 10m s2 根據牛頓第二定律有mgsin Ff ma1 解得Ff 4 0N 2 當t1 0 14s時 彈簧恰好恢復原長 所以此時滑塊與出發(fā)點間的距離d等于t0 0時彈簧的形變量x 由圖乙可知 在出發(fā)點時滑塊加速度的大小a 30m s2 此時滑塊受力如圖 b 所示 有kd mgsin Ff ma 解得d 0 20m 答案 1 4 0N 2 0 20m 3 0 41m 小結巧記3問題 動力學中的圖象問題 連接體問題 臨界問題4種物理方法 整體法 隔離法 假設法 圖象法2種物理思想 數形結合思想 臨界極值思想