新高考物理二輪復習講與練專題1.2 力與直線運動（講）（原卷版）

專題一力與運動（講）1.2力與直線運動一、考情分析近3年考情分析考點要求等級要求考題統(tǒng)計202220212020勻變速直線運動的規(guī)律、圖像及應用Ⅱ2022·全國甲卷·T152021·廣東卷·T82021·海南卷·T102021·湖北卷·T22021·遼寧卷·T32020·全國=1\*ROMANI卷·T24追擊相遇問題Ⅱ動力學基本問題（含超失重、瞬時性問題）Ⅱ2022·江蘇卷·T12022·上海卷·T112022·遼寧卷·T72021·北京卷·T132021·浙江省6月卷·T202020·海南卷·T122020·山東卷·T12020·浙江1月卷·T22020·浙江1月卷·T192020·浙江7月卷·T20動力學的連接體問題Ⅱ2021·海南卷·T72020·江蘇卷·T5動力學中的傳送帶問題2021·遼寧卷·T13動力學中的板塊問題2021·全國乙卷·T21考情總結(jié)1.高考命題突出對運動圖象的理解、牛頓第二定律的應用等知識的考查，另外主要從勻變速直線運動規(guī)律的應用能力、應用圖象分析物體運動規(guī)律的能力、牛頓第二定律在力學運動中以及在系統(tǒng)問題、多階段問題中的應用能力等方面進行命題．此部分仍是高考必考題，在今后備考中尤其要注重對運動圖象的分析及“傳送帶”“滑塊—木板”模型與牛頓運動定律的綜合應用和整體法、隔離法的應用。2.本專題解決的是物體(或帶電體)在力的作用下的勻變速直線運動問題．高考對本專題考查的內(nèi)容主要有：①勻變速直線運動的規(guī)律及運動圖象問題；②行車安全問題；③物體在傳送帶(或平板車)上的運動問題；考查的主要方法和規(guī)律有：動力學方法、圖象法、臨界問題的處理方法、運動學的基本規(guī)律等．應考策略抓住“兩個分析”和“一個橋梁”．“兩個分析”是指“受力分析”和“運動情景或運動過程分析”．“一個橋梁”是指“加速度是聯(lián)系運動和受力的橋梁”．綜合應用牛頓運動定律和運動學公式解決問題．二、思維導圖三、講知識1.解答勻變速直線運動的常用技巧(1)基本公式法：v＝v0＋at，x＝v0t＋eq\f(1,2)at2，v2－veq\o\al(2,0)＝2ax.(2)重要推論法：vt2=eq\f(v0＋vt,2)(利用平均速度求瞬時速度)；vx2=eq\r(\f(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,t),2))；Δx＝aT2(用逐差法求加速度)．(3)逆向思維法：“勻減速至速度為零的過程”可逆向處理為“由靜止開始做勻加速運動的過程”．(4)圖象法：利用v－t圖象或x－t圖象求解．(5)比例法：初速度為零的勻變速直線運動規(guī)律2．動力學的兩類基本問題的處理思路3．瞬時加速度的求解(1)兩類模型①剛性繩(或接觸面)——不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體，剪斷(或脫離)后，其彈力立即消失，不需要形變恢復時間．②彈簧(或橡皮繩)——兩端同時連接(或附著)有物體的彈簧(或橡皮繩)，特點是形變量大，其形變恢復需要一段時間，在瞬時性問題中，其彈力的大小往往可以看成保持不變．(2)求解瞬時加速度的一般思路eq\x(\a\al(分析瞬時變化前后,物體的受力情況))→eq\x(\a\al(列牛頓第二,定律方程))→eq\x(\a\al(求瞬時,加速度))四、講重點重點1勻變速直線運動的規(guī)律、圖像及應用一、勻變速直線運動規(guī)律的應用1．基本規(guī)律速度公式：v＝v0＋at.位移公式：x＝v0t＋eq\f(1,2)at2.速度和位移公式的推論：v2－v02＝2ax.中間時刻的瞬時速度：vSKIPIF1<0＝eq\f(x,t)＝eq\f(v0＋v,2).任意兩個連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移之差是一個恒量，即Δx＝xn＋1－xn＝aT2.2．剎車問題末速度為零的勻減速直線運動問題常用逆向思維法，應特別注意剎車問題，要先判斷車停下所用的時間，再選擇合適的公式求解．3．雙向可逆類全過程加速度的大小和方向均不變，故求解時可對全過程列式，但需注意x、v、a等矢量的正、負及物理意義．4．平均速度法的應用在用運動學公式分析問題時，平均速度法常常能使解題過程簡化．5．解題思路建立物體運動的情景，畫出物體運動示意圖，并在圖上標明相關(guān)位置和所涉及的物理量，明確哪些量已知，哪些量未知，然后根據(jù)運動學公式的特點恰當選擇公式求解．6.勻變速直線運動問題常用的六種解題方法二、運動圖像圖象問題常見的是x－t和v－t圖象，在處理特殊圖象的相關(guān)問題時，可以把處理常見圖象的思想以及方法加以遷移，通過物理情境遵循的規(guī)律，從圖象中提取有用的信息，根據(jù)相應的物理規(guī)律或物理公式解答相關(guān)問題．處理圖象問題可參考如下操作流程：1、v-t圖像(1)物理意義：反映了做直線運動的物體的速度隨時間變化的規(guī)律.(2)圖線斜率的意義①圖線上某點切線的斜率的大小表示物體加速度的大小.②圖線上某點切線的斜率的正負表示物體加速度的方向(3)在v-t圖象中，兩條圖線的交點不表示兩物體相遇，而是表示兩者速度相同。(4)v-t圖象中兩條圖線在軸上的截距不同，不少同學誤認為兩物體的初始位置不同，位置是否相同應根據(jù)題中條件確定。2、x-t圖像(1)物理意義：反映了物體做直線運動的位移隨時間變化的規(guī)律.(2)圖線斜率的意義①圖線上某點切線的斜率的大小表示物體速度的大小.②切線斜率的正負表示物體速度的方向.(3)對于x-t圖象，圖線在縱軸上的截距表示t＝0時物體的位置重點2追擊相遇問題1．追及、相遇問題中的一個條件和兩個關(guān)系(1)一個條件：即兩者速度相等，它往往是物體間能夠追上、追不上或兩者距離最大、最小的臨界條件，也是分析判斷的切入點．(2)兩個關(guān)系：即時間關(guān)系和位移關(guān)系，這兩個關(guān)系可通過題干或畫運動示意圖得到．2．追及、相遇問題常見的情況假設物體A追物體B，開始時兩個物體相距x0，有三種常見情況：(1)A追上B時，必有xA－xB＝x0，且vA≥vB.(2)要使兩物體恰好不相撞，兩物體同時到達同一位置時速度相同，必有xA－xB＝x0，vA＝vB.(3)若使兩物體保證不相撞，則要求當vA＝vB時，xA－xB＜x0，且之后vA≤vB.3．解題思路和技巧(1)解題思路(2)解題技巧①緊抓“一圖三式”，即過程示意圖、時間關(guān)系式、速度關(guān)系式和位移關(guān)系式．②審題應抓住題目中的關(guān)鍵字眼，充分挖掘題目中的隱含條件，如“剛好”“恰好”“最多”“至少”等，往往對應一個臨界狀態(tài)，滿足相應的臨界條件．③若被追趕的物體做勻減速運動，一定要注意追上前該物體是否已停止運動，另外最后還要注意對解的討論分析．4．處理追及問題的常用方法過程分析法函數(shù)法Δx＝x乙＋x0－x甲為關(guān)于t的二次函數(shù)，當t＝－eq\f(b,2a)時有極值，令Δx＝0，利用Δ＝b2－4ac判斷有解還是無解，是追上與追不上的條件圖像法畫出v－t圖像，圖線與t軸所圍面積表示位移，利用圖像更直觀重點3動力學基本問題（含超失重、瞬時性問題）1．瞬時問題要注意繩、桿彈力和彈簧彈力的區(qū)別，繩和桿的彈力可以突變，而彈簧的彈力不能突變．2.超重和失重問題(1)物體的超重、失重狀態(tài)取決于加速度的方向，與速度方向無關(guān)．加速度a向上(或有向上的分量)，就是超重，加速度a向下(或有向下的分量)，就是失重．(2)完全失重自由落體、豎直上拋、斜拋、平拋，這些運動的物體都處于完全失重狀態(tài)．宇航員在宇宙飛船中，無論飛船做圓周運動或者是橢圓運動，都處于完全失重狀態(tài)．重點4動力學的連接體問題整體法、隔離法交替運用的原則：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，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”．連接體問題(1)常見模型：彈力連接、摩擦力連接、輕繩連接、輕桿連接、彈簧連接；(2)要充分利用“加速度相等”這一條件或題中特定條件，交替使用整體法與隔離法解題．重點5動力學中的傳送帶問題1．模型特點傳送帶問題的實質(zhì)是相對運動問題，這樣的相對運動將直接影響摩擦力的方向．2．解題關(guān)鍵(1)理清物體與傳送帶間的相對運動方向及摩擦力方向是解決傳送帶問題的關(guān)鍵．(2)傳送帶問題還常常涉及臨界問題，即物體與傳送帶達到相同速度，這時會出現(xiàn)摩擦力改變的臨界狀態(tài)，對這一臨界狀態(tài)進行分析往往是解題的突破口．3.傳送帶的摩擦力分析(1)關(guān)注兩個時刻①初始時刻：物體相對于傳送帶的速度或滑動方向決定了該時刻的摩擦力方向。②物體與傳送帶速度相等的時刻：摩擦力的大小、方向或性質(zhì)(滑動摩擦力或靜摩擦力)可能會發(fā)生突變。(2)注意過程分解①摩擦力突變點是加速度突變點，也是物體運動規(guī)律的突變點，列方程時要注意不同過程中物理量莫混淆。②摩擦力突變點對應的狀態(tài)是前一過程的末狀態(tài)，也是后一過程的初狀態(tài)，這是兩個過程的連接點。(3)物體在傾斜傳送上運動，物體與傳送帶速度相同后需比較tanθ與μ的大小關(guān)系：μ>tanθ，速度相等后一起勻速；μ<tanθ，速度相等后物體的加速度向下，根據(jù)v與a的方向關(guān)系即可判定運動情況。重點6動力學中的板塊問題1．模型特點“滑塊—木板”模型類問題中，滑動摩擦力的分析方法與“傳送帶”模型類似，但這類問題比傳送帶類問題更復雜，因為木板受到摩擦力的影響，往往做勻變速直線運動，解決此類問題要注意從速度、位移、時間等角度，尋找各運動過程之間的聯(lián)系．2．解題關(guān)鍵(1)臨界條件：要使滑塊不從木板的末端掉下來的臨界條件是滑塊到達木板末端時的速度與木板的速度恰好相同．(2)問題實質(zhì)：“板—塊”模型和“傳送帶”模型一樣，本質(zhì)上都是相對運動問題，要分別求出各物體對地的位移，再求相對位移．3.分析“板—塊”模型的四點注意(1)從速度、位移、時間等角度，尋找滑塊與滑板之間的聯(lián)系。(2)滑塊與滑板共速是摩擦力發(fā)生突變的臨界條件。(3)滑塊與滑板存在相對滑動的條件①運動學條件：若兩物體速度不等，則會發(fā)生相對滑動。②力學條件：一般情況下，假設兩物體間無相對滑動，先用整體法算出一起運動的加速度，再用隔離法算出滑塊“所需要”的摩擦力Ff，比較Ff與最大靜摩擦力Ffm的關(guān)系，若Ff>Ffm，則發(fā)生相對滑動。(4)滑塊不從滑板上掉下來的臨界條件是滑塊到達滑板末端時，兩者共速。重點1勻變速直線運動的規(guī)律、圖像及應用例1：（2023屆·江蘇中華中學高三上學期開學考試）如圖所示，將可視為質(zhì)點的小球置于空心管的正上方h處，空心管長度為L，小球與管的軸線重合，小球直徑小于空心管內(nèi)徑。假設空間足夠大，不計空氣阻力，重力加速度為g，則下列判斷正確的是（）A.兩者同時靜止釋放，小球在空中不能穿過空心管B.小球自由下落，空心管固定不動，小球穿過管的時間為SKIPIF1<0C.小球以初速度SKIPIF1<0向下開始運動，同時從靜止釋放空心管，則小球一定能穿過管，穿過管的時間與當?shù)刂亓铀俣扔嘘P(guān)D.靜止釋放小球，經(jīng)過很短的時間t后靜止釋放空心管，則小球一定能穿過管，穿過管的時間與當?shù)刂亓铀俣扔嘘P(guān)訓1：（2023屆·河南洛陽強基聯(lián)盟高三上學期開學考試）遙控汽車比賽中汽車（可看成質(zhì)點）沿直線運動的SKIPIF1<0圖像如圖所示，已知遙控汽車從零時刻出發(fā)，在2T時刻恰好返回出發(fā)點，則下列說法正確的是（）A.0~T與T~2T時間內(nèi)的平均速度相同B.遙控汽車在T~2T時間內(nèi)的加速度大小不變，方向改變C.T秒末與2T秒末的速度大小之比為1：2D.0~T與T~2T時間內(nèi)的加速度大小之比為1：2重點2追擊相遇問題例2：（2023屆·山東淄博實驗中學高三上學期開學考試）當汽車在路上出現(xiàn)故障時，應在車后放置三角警示牌，以提醒后面駕車司機減速安全通過。在夜間，有一貨車因故障停駛，后面有一小轎車以30m/s的速度向前駛來，由于夜間視線不好，小轎車駕駛員只能看清前方50m的物體，并且他的反應時間為0.5s，制動后最大加速度為SKIPIF1<0。求：（1）小轎車從開始剎車到停止所用的最短時間；（2）三角警示牌至少要放在故障車后多遠處，才能有效避免兩車相撞。訓2：（2023屆·江蘇高郵市高三上學期開學考試）強行超車是道路交通安全的極大隱患之一、如圖是汽車超車過程的示意圖，汽車甲和貨車均以36km/h的速度在平直路面上勻速行駛，貨車在中車前面。若甲車司機發(fā)現(xiàn)附近無其他車輛后開始加速從貨車左側(cè)超車，加速度大小為SKIPIF1<0。假定貨車速度保持不變，汽車超過貨車4m后完成超車，不計車輛變道的時間。求：（1）若甲車要在4s內(nèi)完成超車，則貨車最多在甲車前面多遠處；（2）若甲車開始超車時，看到道路正前方的乙車迎面駛來，乙車速度為54km/h。甲車超車的整個過程用時4s，乙車速度始終保持不變，則甲、乙兩車之間的距離至少是多少？重點3動力學基本問題（含超失重、瞬時性問題）例3：（2023屆·河北五個一名校聯(lián)盟高三上學期開學考試）汽車運送圓柱形工件的示意圖如圖所示，圖中P、Q、N是固定在車體上的壓力傳感器。假設圓柱形工件表面光滑，汽車靜止時，Q傳感器示數(shù)為零，P、N傳感器示數(shù)不為零。汽車以加速度SKIPIF1<0向左勻加速啟動，重力加速度SKIPIF1<0，下列情況說法正確的是（）（SKIPIF1<0）A.當SKIPIF1<0時，P有示數(shù)，Q無示數(shù)B.當SKIPIF1<0時，P有示數(shù)，Q有示數(shù)C.當SKIPIF1<0時，P有示數(shù)，Q有示數(shù)D.當SKIPIF1<0時，P無示數(shù)，Q有示數(shù)訓3：（2023屆·四川成都市蓉城名校聯(lián)盟高三上學期開學考試）如圖，天花板與水平面間夾角為θ=37°，一質(zhì)量為m的物塊在一垂直于天花板向上的力F作用下靜止于天花板上、已知物塊與天花板之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速大小為g，sin37°=0.6，cos37°=0.8，則（）A.物塊可能只受三個力作用 B.物塊給天花板的摩擦力沿天花板向上C.力F的大小不得小于2mg D.力F的大小可能為1.25mg重點4動力學的連接體問題例4：（2023屆·清華大學附中高三上學期開學考試）如圖，一細繩通過定滑輪，細繩兩端分別系有質(zhì)量分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的物體。初始時扶住SKIPIF1<0使兩物體均處于靜止，在某時刻松開手，兩物體開始運動，細繩足夠長，當系統(tǒng)達到穩(wěn)定時細繩對SKIPIF1<0的拉力為（）A.20N B.24N C.25N D.30N訓4：（2023屆·河北唐山市高三上學期開學考試）光滑水平面上放有相互接觸且不粘連的兩個物體A、B，物體A質(zhì)量m1=1kg，物體B質(zhì)量m2=2kg。如圖所示，作用在兩物體A、B上的力隨時間變化的規(guī)律分別為：FA=3＋2t（N）、FB=8－3t（N）。下列說法正確的是（）A.t=0時，物體A的加速度為3m/s2B.t=1s時，物體B的加速度為2.5m/s2C.t=1s時，兩物體A、B恰好分離D.SKIPIF1<0時，兩物體A、B恰好分離重點5動力學中的傳送帶問題例5：（2023屆·江蘇高郵市高三上學期開學考試）民航客機都有緊忽出口，發(fā)生意外情況的飛機緊急著陸后，打開緊急出口，狹長的氣囊會自動充氣，生成一條連接出口與地面的斜面，人員沿斜面滑行到地面，如圖所示。氣囊質(zhì)量為m0，若氣囊所構(gòu)成的斜面傾角為θ，圖中AB為氣囊中線，AC與AB的夾角也為SKIPIF1<0，重力加速度大小為g。（1）若一個質(zhì)量為m1地面工作人員沿直線BA緩慢向上爬，求此時工作人員所受到的摩擦力的大小和方向；（2）若一個質(zhì)量為SKIPIF1<0的乘客沿AB下滑的加速度為a，求地面對氣囊的支持力（不計飛機出口與氣囊連接處的作用力）；（3）若質(zhì)量為M的貨物在平行于氣囊所構(gòu)成的斜面的拉力作用下，沿AC方向勻速運動，已知貨物與氣囊間的動摩擦因數(shù)為μ=tanθ，求拉力的大小。訓5：（2023屆·江蘇揚州中學高三上學期開學考試）傳送帶以恒定速度v=4m/s順時針運行，已知傳送帶與水平面的夾角θ＝37°