應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決“四類”熱點(diǎn)問題(解析版)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)全攻關(guān)專題（18）應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決“四類”熱點(diǎn)問題（解析版）命題熱點(diǎn)一：動力學(xué)圖象問題1常見圖象vt圖象、at圖象、Ft圖象、Fa圖象等2題型分類(1)已知物體受到的力隨時間變化的圖線，要求分析物體的運(yùn)動情況(2)已知物體的速度、加速度隨時間變化的圖線，要求分析物體的受力情況(3)由已知條件確定某物理量的變化圖象3解題策略(1)分清圖象的類別：即分清橫、縱坐標(biāo)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(diǎn)(2

2、)注意圖線中的一些特殊點(diǎn)所表示的物理意義：圖線與橫、縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，圖線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩圖線的交點(diǎn)等(3)明確能從圖象中獲得哪些信息：把圖象與具體的題意、情景結(jié)合起來，應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確“圖象與公式”“圖象與物體”間的關(guān)系，以便對有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷【例1】(多選)如圖(a)，物塊和木板疊放在實驗臺上，物塊用一不可伸長的細(xì)繩與固定在實驗臺上的力傳感器相連，細(xì)繩水平t0時，木板開始受到水平外力F的作用，在t4 s時撤去外力細(xì)繩對物塊的拉力f隨時間t變化的關(guān)系如圖(b)所示，木板的速度v與時間t的關(guān)系如圖(c)所示木板與實驗臺之間的摩擦可以忽略重力加速度取10 m/s2

3、.由題給數(shù)據(jù)可以得出()A木板的質(zhì)量為1 kgB24 s內(nèi)，力F的大小為0.4 NC02 s內(nèi)，力F的大小保持不變D物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為0.2【答案】AB解析由題圖(c)可知木板在02 s內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，再結(jié)合題圖(b)中細(xì)繩對物塊的拉力f在02 s內(nèi)逐漸增大，可知物塊受到木板的摩擦力逐漸增大，故可以判斷木板受到的水平外力F也逐漸增大，選項C錯誤；由題圖(c)可知木板在24 s內(nèi)做勻加速運(yùn)動，其加速度大小為a1eq f(0.40,42) m/s20.2 m/s2，對木板進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律可得FFfma1，在45 s內(nèi)做勻減速運(yùn)動，其加速度大小為a2eq f(0.40.2,54

4、) m/s20.2 m/s2，F(xiàn)fma2，另外由于物塊靜止不動，同時結(jié)合題圖(b)可知物塊與木板之間的滑動摩擦力Ff0.2 N，解得m1 kg、F0.4 N，選項A、B正確；由于不知道物塊的質(zhì)量，所以不能求出物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)，選項D錯誤【變式1】已知雨滴在空中運(yùn)動時所受空氣阻力F阻kr2v2，其中k為比例系數(shù)，r為雨滴半徑，v為其運(yùn)動速率t0時，雨滴由靜止開始下落，加速度用a表示落地前雨滴已做勻速運(yùn)動，速率為v0.下列圖象中不正確的是()【答案】D解析由mgF阻ma得，雨滴先加速下落，隨著v增大，阻力F阻增大，a減小，a0時，vv0不再變化，故A、B正確；又mgkr2v02，v02e

5、q f(mg,kr2)，又meq f(4,3)r3，得v02eq f(4g,3k)r，故veq oal(2,0)與r成正比關(guān)系，故C正確，D錯誤命題熱點(diǎn)二：動力學(xué)中的連接體問題1連接體的類型(1)彈簧連接體(2)物物疊放連接體(3)輕繩連接體(4)輕桿連接體2連接體的運(yùn)動特點(diǎn)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(zhuǎn)動時，連接體具有相同的角速度，而線速度與轉(zhuǎn)動半徑成正比輕彈簧在彈簧發(fā)生形變的過程中，兩端連接體的速度不一定相等；在彈簧形變最大時，兩端連接體的速率相等3處理連接體問題的方法整體法的選取原則若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度

6、，且不需要求物體之間的作用力，可以把它們看成一個整體，分析整體受到的外力，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度或其他未知量隔離法的選取原則若連接體內(nèi)各物體的加速度不相同，或者要求出系統(tǒng)內(nèi)兩物體之間的作用力時，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解整體法、隔離法的交替運(yùn)用若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體之間的作用力時，可以先用整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對象，應(yīng)用牛頓第二定律求作用力即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”【例2】如圖所示，兩個質(zhì)量相同的物體1和2緊靠在一起，放在光滑的水平桌面上若它們分別受到水平推力F1和F2作用，而且F1F2，則物體1對物體2的

7、作用力大小為() AF1 BF2 C.eq f(1,2)(F1F2) D.eq f(1,2)(F1F2)【答案】C解析設(shè)物體1和2的質(zhì)量都為m，加速度為a，以整體為研究對象，由牛頓第二定律得aeq f(F1F2,2m)，以物體2為研究對象，有aeq f(F12F2,m)，解得F12eq f(F1F2,2)，故C選項正確【變式2】如圖所示，質(zhì)量分別為2m和3m的兩個小球靜止于光滑水平面上，且固定在勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧的兩端今在質(zhì)量為2m的小球上沿彈簧軸線方向施加大小為F的水平拉力，使兩球一起做勻加速直線運(yùn)動，則穩(wěn)定后彈簧的伸長量為()A.eq f(F,5k) B.eq f(2F,5k) C.e

8、q f(3F,5k) D.eq f(F,k)【答案】C解析對整體分析，整體的加速度aeq f(F,5m)，對質(zhì)量為3m的小球分析，根據(jù)牛頓第二定律有：F彈kx3ma，可得xeq f(3F,5k)，故A、B、D錯誤，C正確【變式3】(多選)如圖所示，傾角為的斜面體放在粗糙的水平地面上，現(xiàn)有一帶固定支架的滑塊m正沿斜面加速下滑支架上用細(xì)線懸掛的小球達(dá)到穩(wěn)定(與滑塊相對靜止)后，懸線的方向與豎直方向的夾角也為，斜面體始終保持靜止，則下列說法正確的是()A斜面光滑B斜面粗糙C達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，地面對斜面體的摩擦力水平向左D達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，地面對斜面體的摩擦力水平向右【答案】AC解析隔離小球，可知小球的加

9、速度方向沿斜面向下，大小為gsin ，小球穩(wěn)定后，支架系統(tǒng)的加速度與小球的加速度相同，對支架系統(tǒng)進(jìn)行分析，只有斜面光滑，支架系統(tǒng)的加速度才是gsin ，所以A正確，B錯誤隔離斜面體，斜面體受到的力有自身重力、地面的支持力、支架系統(tǒng)對它垂直斜面向下的壓力，因斜面體始終保持靜止，則斜面體還應(yīng)受到地面對它水平向左的摩擦力，C正確，D錯誤命題熱點(diǎn)三：臨界和極值問題1臨界或極值條件的標(biāo)志(1)題目中“剛好”“恰好”“正好”等關(guān)鍵詞句，明顯表明題述的過程存在著臨界點(diǎn)(2)題目中“取值范圍”“多長時間”“多大距離”等詞句，表明題述過程存在著“起止點(diǎn)”，而這些“起止點(diǎn)”一般對應(yīng)著臨界狀態(tài)(3)題目中“最大”“

10、最小”“至多”“至少”等詞句，表明題述的過程存在著極值，這個極值點(diǎn)往往是臨界點(diǎn)2常見臨界問題的條件(1)接觸與脫離的臨界條件：兩物體相接觸或脫離，臨界條件是彈力FN0.(2)相對滑動的臨界條件：靜摩擦力達(dá)到最大值(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件：繩子斷裂的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力；繩子松弛的臨界條件是FT0.(4)最終速度(收尾速度)的臨界條件：物體所受合外力為零3解題基本思路(1)認(rèn)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(guān)系4解題技巧方法極限法把物理

11、問題(或過程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來，以達(dá)到正確解決問題的目的假設(shè)法臨界問題存在多種可能，特別是非此即彼兩種可能時，或變化過程中可能出現(xiàn)臨界條件，也可能不出現(xiàn)臨界條件時，往往用假設(shè)法解決問題數(shù)學(xué)法將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式解出臨界條件【例3】如圖所示，小球A質(zhì)量為m，木塊B質(zhì)量為2m，兩物體通過豎直輕彈簧連接放置在水平面上靜止現(xiàn)對A施加一個豎直向上的恒力F，使小球A在豎直方向上運(yùn)動，彈簧原長時小球A速度恰好最大，已知重力加速度為g.則在木塊B對地面壓力為零時，小球A的加速度大小為()A3g B2.5g C2g D1.5g【答案】C解析彈簧原長時小球A速度恰好

12、最大，則此時小球加速度為零，則恒力Fmg；木塊B對地面壓力為零時，由平衡條件知彈簧的彈力為2mg，對小球A，由牛頓第二定律得：Fmg2mgma，解得小球A的加速度a2g，則加速度大小為2g，方向向下，故C正確【變式4】如圖，滑塊A置于水平地面上，滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A(A、B接觸面豎直)，此時A恰好不滑動，B剛好不下滑已知A與B間的動摩擦因數(shù)為1，A與地面間的動摩擦因數(shù)為2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力A與B的質(zhì)量之比為()A.eq f(1,12) B.eq f(112,12)C.eq f(112,12) D.eq f(212,12)【答案】B解析對滑塊A、B整體在水平方向上有F2(m

13、AmB)g，對滑塊B在豎直方向上有1FmBg，聯(lián)立解得：eq f(mA,mB)eq f(112,12)，選項B正確.命題熱點(diǎn)三：動力學(xué)方法分析多運(yùn)動過程問題1基本思路(1)將“多過程”分解為許多“子過程”，各“子過程”間由“銜接點(diǎn)”連接(2)對各“銜接點(diǎn)”進(jìn)行受力分析和運(yùn)動分析，必要時畫出受力圖和過程示意圖(3)根據(jù)“子過程”“銜接點(diǎn)”的模型特點(diǎn)選擇合適的物理規(guī)律列方程(4)分析“銜接點(diǎn)”速度、加速度等的關(guān)聯(lián)，確定各段間的時間關(guān)聯(lián)，并列出相關(guān)的輔助方程(5)聯(lián)立方程組，分析求解，對結(jié)果進(jìn)行必要的驗證或討論2解題關(guān)鍵(1)注意應(yīng)用vt圖象和情景示意圖幫助分析運(yùn)動過程(2)抓住兩個分析：受力分析和

14、運(yùn)動過程分析【例4】某次新能源汽車性能測試中，如圖甲顯示的是牽引力傳感器傳回的實時數(shù)據(jù)隨時間變化的關(guān)系，但由于機(jī)械故障，速度傳感器只傳回了第25 s以后的數(shù)據(jù)，如圖乙所示已知汽車質(zhì)量為1 500 kg，若測試平臺是水平的，且汽車由靜止開始做直線運(yùn)動，設(shè)汽車所受阻力恒定求：(1)18 s末汽車的速度是多少？(2)前25 s內(nèi)的汽車的位移是多少？【答案】(1)26 m/s(2)608 m解析(1)06 s內(nèi)由牛頓第二定律得：F1Ffma16 s末車速為：v1a1t1在618 s內(nèi)，由牛頓第二定律得：F2Ffma2第18 s末車速為：v2v1a2t2由題圖知18 s后汽車勻速直線運(yùn)動，牽引力等于阻力

15、，故有：FfF1 500 N，解得：v130 m/s，v226 m/s；(2)汽車在06 s內(nèi)的位移為：x1eq f(v1,2)t190 m，汽車在618 s內(nèi)的位移為：x2eq f(v1v2,2)t2336 m，汽車在1825 s內(nèi)的位移為：x3v2t3182m故汽車在前25 s內(nèi)的位移為：xx1x2x3608 m.【變式5】哈利法塔是目前世界最高的建筑游客乘坐觀光電梯從地面開始經(jīng)歷加速、勻速、減速的過程恰好到達(dá)觀景臺只需50秒，運(yùn)行的最大速度為15 m/s.觀景臺上可以鳥瞰整個迪拜全景，可將棕櫚島、帆船酒店等盡收眼底，頗為壯觀一位游客用便攜式拉力傳感器測得在加速階段質(zhì)量為1 kg的物體受到

16、的豎直向上拉力為11 N，若電梯加速、減速過程視為勻變速直線運(yùn)動(g取10 m/s2)，求：(1)電梯加速階段的加速度大小及加速運(yùn)動的時間；(2)若減速階段與加速階段的加速度大小相等，求觀景臺的高度；(3)若電梯設(shè)計安裝有輔助牽引系統(tǒng)，電梯出現(xiàn)故障，繩索牽引力突然消失，電梯從觀景臺處自由下落，為防止電梯落地引發(fā)人員傷亡，電梯啟動輔助牽引裝置使其減速到速度為零，牽引力為重力的3倍，下落過程所有阻力不計，則電梯自由下落最長多少時間必須啟動輔助牽引裝置？ 【答案】(1)1 m/s215 s(2)525 m(3)eq r(70) s解析(1)設(shè)電梯加速階段的加速度大小為a，由牛頓第二定律得：FTmgm

17、a解得a1 m/s2由vv0at解得t15 s.(2)勻加速階段位移x1eq f(1,2)at2eq f(1,2)1152 m112.5 m勻速階段位移x2v(50 s2t)15(50215) m300 m勻減速階段位移x3eq f(v2,2a)112.5 m因此觀景臺的高度 xx1x2x3525 m.(3)由題意知，電梯到地面速度剛好為0.自由落體加速度大小a1g啟動輔助牽引裝置后加速度大小a2eq f(Fmg,m)eq f(3mgmg,m)2g，方向向上則eq f(voal(m2,),2a1)eq f(voal(m2,),2a2)x解得：vm10eq r(70) m/s則tmeq f(vm

18、,g)eq r(70) s即電梯自由下落最長eq r(70) s時間必須啟動輔助牽引裝置.課時精練：一、雙基鞏固練1.(多選)水平地面上質(zhì)量為1 kg的物塊受到水平拉力F1、F2的作用，F(xiàn)1、F2隨時間的變化如圖1所示，已知物塊在前2 s內(nèi)以4 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動，取g10 m/s2，則()圖1A物塊與地面的動摩擦因數(shù)為0.2B3 s末物塊受到的摩擦力大小為3 NC4 s末物塊受到的摩擦力大小為1 ND5 s末物塊的加速度大小為3 m/s2【答案】BC解析在02 s內(nèi)物塊做勻速直線運(yùn)動，則摩擦力Ff3 N，則eq f(Ff,mg)eq f(3,10)0.3，選項A錯誤；2 s后物塊做勻

19、減速直線運(yùn)動，加速度aeq f(F合,m)eq f(653,1) m/s22 m/s2，則經(jīng)過teq f(0v,a)2 s，即4 s末速度減為零，則3 s末物塊受到的摩擦力大小為3 N,4 s末物塊受到的摩擦力為靜摩擦力，大小為6 N5 N1 N，選項B、C正確；物塊停止后，因兩個力的差值小于最大靜摩擦力，則物塊不再運(yùn)動，則5 s末物塊的加速度為零，選項D錯誤2.沿固定斜面下滑的物體受到與斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度時間圖線如圖2所示已知物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)，在05 s,510 s,1015 s內(nèi)F的大小分別為F1、F2和F3，則()圖2AF1F3CF1F3 DF1F3

20、【答案】A3.如圖3所示，質(zhì)量為M的滑塊A放置在光滑水平地面上，左側(cè)面是圓心為O、半徑為R的光滑四分之一圓弧面，當(dāng)用一水平恒力F作用在滑塊A上時，一質(zhì)量為m的小球B(可視為質(zhì)點(diǎn))在圓弧面上與A保持相對靜止，此時小球B距軌道末端Q的豎直高度為Heq f(R,3)，重力加速度為g，則F的大小為()圖3A.eq f(r(5),3)Mg B.eq f(r(5),2)Mg C.eq f(r(5),3)(Mm)g D.eq f(r(5),2)(Mm)g【答案】D解析連接OB，設(shè)OB連線與豎直方向的夾角為，如圖所示，由幾何關(guān)系得：cos eq f(RH,R)eq f(2,3)sin eq r(1cos2)e

21、q f(r(5),3)則tan eq f(r(5),2)此時小球受到的合外力F合mgtan eq f(r(5),2)mg由牛頓第二定律可得：aeq f(F合,m)eq f(r(5),2)g以整體為研究對象，由牛頓第二定律可得F(Mm)aeq f(r(5),2)(Mm)g，故D正確，A、B、C錯誤4.如圖所示，水平地面上放置一個質(zhì)量為1 kg的物塊A，在A的上面放置另一個質(zhì)量也為1 kg的物塊B，已知A與地面之間的動摩擦因數(shù)為10.5，A、B之間的動摩擦因數(shù)為20.2.現(xiàn)在給物塊A施加一個與水平方向夾角為37、斜向右上方、大小恒為10 N的力F，則物塊B所受的摩擦力(重力加速度g取10 m/s2

22、，sin 370.6，cos 370.8)()A大小為0.5 N，方向水平向右 B大小為2 N，方向水平向右C大小為0.5 N，方向水平向左 D大小為2 N，方向水平向左【答案】A解析假設(shè)A、B一起運(yùn)動，以A、B整體為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律有Fcos 1(mAgmBgFsin )(mAmB)a，解得a0.5 m/s2；以B為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律有FfABmBa0.5 N2mBg2 N，假設(shè)成立，所以物塊B所受的摩擦力為靜摩擦力，大小為FfAB0.5 N，方向水平向右，故A正確，B、C、D錯誤綜合提升練5(多選)高鐵已成為重要的“中國名片”，領(lǐng)跑世界一輛由8節(jié)車廂編組的列車，從車頭開始的第2、3、6和7共四節(jié)為動力車廂，其余為非動力車廂列車在平直軌道上勻加速啟動時，若每節(jié)動力車廂牽引力大小均為F，每節(jié)車廂質(zhì)量都為m，每節(jié)車廂所受阻力均為車廂重力的k倍，重力加速度為g.則()A啟動時車廂對乘客作用力的方向豎直向上B整個列車的加速度大小為eq f(F2kmg,2m)C第2節(jié)車廂對第1節(jié)車廂的作用力大小為eq f(F,2)D第2節(jié)車廂對第