高考物理一輪復(fù)習(xí)-第三章-第3講-牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用

第3講牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用一、超重、失重現(xiàn)象超重現(xiàn)象失重現(xiàn)象完全失重現(xiàn)象概念物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?

物體所受重力的現(xiàn)象物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?

物體所受重力的現(xiàn)象物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?

的現(xiàn)象大于小于等于零產(chǎn)生條件物體的加速度方向物體的加速度方向物體的加速度方向

，大小原理方程F－mg＝mamg－F＝mamg－F＝ma＝mgF＝0運(yùn)動狀態(tài)

上升或

下降

下降或

上升以a＝g的加速度

下降或

上升向上向下豎直向下a＝g加速減速加速減速加速減速二、牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用1．整體法：當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體的

相同時，可以把系統(tǒng)內(nèi)的所有物體看成一個

，分析其受力和運(yùn)動情況，運(yùn)用牛頓第二定律對

列方程求解的方法。2．隔離法：當(dāng)求系統(tǒng)內(nèi)物體間

時，常把某個物體從系統(tǒng)中

出來，分析其受力和運(yùn)動情況，再用牛頓第二定律對

出來的物體列方程求解的方法。3．外力和內(nèi)力(1)外力：系統(tǒng)外的物體對

的作用力。(2)內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)

的作用力。加速度整體整體相互作用的內(nèi)力隔離隔離研究對象物體間1．實重和視重(1)實重：物體實際所受的重力，它與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。(2)視重：當(dāng)物體在豎直方向上有加速度時，物體對彈簧測力計的拉力或?qū)ε_秤的壓力將不等于物體的重力。此時彈簧測力計的示數(shù)或臺秤的示數(shù)即為視重。命題點一超重、失重現(xiàn)象

自主探究2．超重與失重的理解(1)不論超重、失重或完全失重，物體的重力都不變，只是“視重”改變。(2)物體是否處于超重或失重狀態(tài)，不在于物體向上運(yùn)動還是向下運(yùn)動，而在于物體的加速度方向，只要其加速度在豎直方向上有分量，物體就會處于超重或失重狀態(tài)。(3)當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時，重力只能使物體產(chǎn)生a＝g的加速度效果，不再有其他效果。1．(2021·山東泰安高三質(zhì)檢)下列說法正確的是(

)A．體操運(yùn)動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態(tài)B．蹦床運(yùn)動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C．舉重運(yùn)動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內(nèi)處于超重狀態(tài)D．游泳運(yùn)動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態(tài)B解析：體操運(yùn)動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于靜止?fàn)顟B(tài)，蹦床運(yùn)動員在空中上升和下落過程中加速度向下，都處于失重狀態(tài)，故選項A錯誤，B正確；舉重運(yùn)動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，游泳運(yùn)動員仰臥在水面靜止不動時處于靜止?fàn)顟B(tài)，選項C、D錯誤。2.(2020·云南省第二次統(tǒng)一檢測)如圖所示，臺秤上放一個木箱，木箱內(nèi)有質(zhì)量分別為m1和m2的兩物體P、Q，用細(xì)繩通過光滑定滑輪相連，m1>m2?，F(xiàn)剪斷Q下端的細(xì)繩，在P下落但還沒有到達(dá)箱底的過程中，臺秤的示數(shù)與剪斷前的示數(shù)相比將 (

)A．變大B．變小C．不變D．先變小后變大B解析：因m1>m2，剪斷Q下端的細(xì)繩后，物體P加速下降，Q加速上升，但P、Q及木箱組成的系統(tǒng)整體有向下的加速度，系統(tǒng)處于失重狀態(tài)，臺秤的示數(shù)與剪斷細(xì)繩前相比將變小，選項B正確。規(guī)律總結(jié)判斷超重和失重現(xiàn)象的兩個角度1．多個相互關(guān)聯(lián)的物體由細(xì)繩、細(xì)桿或彈簧等連接或疊放在一起，構(gòu)成的物體系統(tǒng)稱為連接體。常見的連接體如下：(1)彈簧連接體：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。命題點二動力學(xué)中連接體問題

(2)物物疊放連接體：穩(wěn)定時，各部分加速度大小相等。(3)輕繩(桿或物體)連接體①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的。②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；物體相連時有相同的加速度。2．連接體問題的分析方法適用條件注意事項優(yōu)點整體法系統(tǒng)內(nèi)各物體保持相對靜止，即各物體具有相同的加速度只分析系統(tǒng)外力，不分析系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力便于求解系統(tǒng)受到的外力隔離法(1)系統(tǒng)內(nèi)各物體加速度不相同(2)要求計算系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力(1)求系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力時，可先用整體法，再用隔離法(2)加速度大小相同、方向不同的連接體，應(yīng)采用隔離法分析便于求解系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力動力學(xué)中的連接體問題是高考的熱點，分析近幾年的高考題可以發(fā)現(xiàn)，每年的命題雖然都有新意，但每年的考題常源于教材習(xí)題或教材中的科普材料的拓展提升。教材內(nèi)容多以簡單的兩物體相連為背景考查整體法、隔離法的基本應(yīng)用，而高考題通常會拓展為多物體間的相互作用，有時還會與圖像問題、臨界問題相結(jié)合，綜合考查學(xué)生靈活應(yīng)用的能力。同學(xué)們可通過以下示例認(rèn)真體會，進(jìn)一步感悟高考真題與教材內(nèi)容間的溯源關(guān)系。[典例1]

[教科版必修1·P89“討論交流”]在本章第2節(jié)采用如圖所示的實驗裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，為什么要求m?M呢？

[答案]

見解析BC

【真題命題立意】本題在典例1中兩物體相互作用的基礎(chǔ)上，拓展為多物體連接在一起的勻加速運(yùn)動，拓展為拉力和加速度信息，但考查的核心知識點仍然是整體法、隔離法的應(yīng)用。拓展?將兩物體間的相連拓展為兩物體疊加(多選)(2019·高考全國卷Ⅲ)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。t＝0時，木板開始受到水平外力F的作用，在t＝4s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10m/s2。由題給數(shù)據(jù)可以得出(

)AB

A．木板的質(zhì)量為1kgB．2～4s內(nèi)，力F的大小為0.4NC．0～2s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【真題命題立意】本題在典例1中兩物體相互作用的基礎(chǔ)上，拓展為兩物體疊加在一起的勻變速運(yùn)動，考查物理素養(yǎng)中的運(yùn)動和力的觀念，核心知識仍是整體法和隔離法的應(yīng)用。設(shè)木板質(zhì)量為m，物塊的質(zhì)量為M，據(jù)牛頓第二定律，對木板，2～4s內(nèi)有F－F摩＝ma1，4s以后有F摩＝ma2，且知F摩＝μMg＝0.2N，解得m＝1kg，F(xiàn)＝0.4N，但由于不知道物塊的質(zhì)量M，故無法求出物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)，選項A、B正確，D錯誤。0～2s內(nèi)，木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)的大小等于物塊與木板之間的靜摩擦力，而物塊與木板之間的靜摩擦力等于f，則由題圖(b)知，F(xiàn)是均勻增加的，選項C錯誤。方法技巧相同加速度連接體的處理方法(1)處理連接體問題時，整體法與隔離法往往交叉使用，常按以下思路：①求內(nèi)力時，先用整體法求加速度，再用隔離法求物體間的作用力。

②求外力時，先用隔離法求加速度，再用整體法求整體受到的外力。(2)用隔離法分析物體間的作用力時，一般應(yīng)選受力個數(shù)較少的物體進(jìn)行分析。3．如圖所示，質(zhì)量為M的斜面體A置于粗糙水平地面上，斜面體與水平地面間的動摩擦因數(shù)為μ，物體B與斜面間無摩擦。在水平向左的推力F作用下，A與B一起做勻加速直線運(yùn)動，兩者無相對滑動。已知斜面的傾角為θ，物體B的質(zhì)量為m，則它們的加速度a及推力F的大小為(

)A．a(chǎn)＝gsinθ，F(xiàn)＝(M＋m)g(μ＋sinθ)B．a(chǎn)＝g

cos

θ，F(xiàn)＝(M＋m)g

cos

θC．a(chǎn)＝gtanθ，F(xiàn)＝g(M＋m)(μ＋tanθ)D．a(chǎn)＝g

cos

θ，F(xiàn)＝μ(M＋m)gC4．(多選)如圖所示，在粗糙的水平面上，質(zhì)量分別為m和M的物塊A、B用輕彈簧相連，兩物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)均為μ，當(dāng)用水平力F作用于B上且兩物塊共同向右以加速度a1勻加速運(yùn)動時，彈簧的伸長量為x1；當(dāng)用同樣大小的恒力F沿著傾角為θ的光滑斜面方向作用于B上且兩物塊共同以加速度a2沿斜面向上勻加速運(yùn)動時，彈簧的伸長量為x2。下列說法正確的是(

)A．若m>M，有x1＝x2B．若m<M，有x1＝x2C．若μ>sinθ，有x1>x2D．若μ<sinθ，有x1<x2AB1．常見的動力學(xué)圖像及問題類型命題點三動力學(xué)中的圖像問題

2．動力學(xué)圖像問題的解題策略(1)問題實質(zhì)是力與運(yùn)動的關(guān)系，解題的關(guān)鍵在于弄清圖像斜率、截距、交點、拐點、面積的物理意義。(2)應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖像對應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確“圖像與公式”“圖像與物體”間的關(guān)系，以便對有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷。由圖像分析物體的運(yùn)動[典例2]

(多選)質(zhì)量m＝2kg、初速度v0＝8m/s的物體沿著粗糙水平面向右運(yùn)動，物體與地面之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.1，同時物體還受到一個隨時間按如圖所示規(guī)律變化的水平拉力F的作用。設(shè)水平向右為拉力的正方向，且物體在t＝0時刻開始運(yùn)動，g取10m/s2，則以下結(jié)論正確的是(

)A．0～1s內(nèi)，物體的加速度大小為2m/s2B．1～2s內(nèi)，物體的加速度大小為2m/s2C．0～1s內(nèi)，物體的位移為7mD．0～2s內(nèi)，物體的總位移為11mBD由圖像分析物體的受力[典例3]

(多選)(2021·四川攀枝花高三檢測)粗糙水平面上靜止放置質(zhì)量均為m的A、B兩物體，它們分別受到水平恒力F1、F2的作用后各自沿水平面運(yùn)動了一段時間，之后撤去F1、F2，兩物體最終都停止，其vt圖像如圖所示。下列說法正確的是(

)A．A、B兩物體與地面間的動摩擦因數(shù)之比為2∶1B．F1與A物體所受摩擦力大小之比為3∶1C.F1和F2大小之比為2∶1D．A、B兩物體通過的總位移大小相等BD由題目條件確定物理量的變化[典例4]

如圖所示，物體沿斜面由靜止滑下，在水平面上滑行一段距離后停止，物體與斜面和水平面間的動摩擦因數(shù)相同，斜面與水平面平滑連接。下圖中v、a、f和s分別表示物體的速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程。下圖正確的是(

)C[解析]

根據(jù)物體的受力情況，可以判斷出物體先是在斜面上做勻加速直線運(yùn)動，到達(dá)水平面之后，做勻減速運(yùn)動，所以物體運(yùn)動的速度—時間圖像應(yīng)該是傾斜的直線，不能是曲線，A錯誤；由于物體的運(yùn)動先是勻加速運(yùn)動，后是勻減速運(yùn)動，在每一個運(yùn)動的過程中物體的加速度大小是不變的，所以物體的加速度—時間圖像應(yīng)該是兩段水平的直線，不能是傾斜的直線，B錯誤；

規(guī)律總結(jié)動力學(xué)圖像問題的分析步驟5.(2021·湖北武漢高三質(zhì)檢)如圖所示，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?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)用一豎直向下的力F作用在P上，使其向下做勻加速直線運(yùn)動，在彈簧的彈性限度內(nèi)，下列是力F和運(yùn)動時間t之間關(guān)系的圖像，其中正確的是(

)DD1．“四種”典型的臨界條件(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N＝0。(2)相對滑動的臨界條件：兩物體相接觸且處于相對靜止時，常存在著靜摩擦力，則相對滑動的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件：繩子所能承受的張力是有限度的，繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力，繩子松弛與拉緊的臨界條件是T＝0。(4)加速度變化時，速度達(dá)到最值的臨界條件：當(dāng)加速度變?yōu)?時，速度達(dá)到最大值或最小值。命題點四動力學(xué)中的臨界、極值問題

師生互動2．“三種”典型的常用方法極限法把物理問題(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)式解決臨界極值問題A[思路點撥]解此題的關(guān)鍵有兩點：(1)整體法與隔離法交替應(yīng)用分析物體的受力特點。(2)物體間相對運(yùn)動的條件是靜摩擦力達(dá)到最大。

動力學(xué)中的極值問題[典例6]

足夠長的木板與水平地面間的夾角θ可以隨意改變，當(dāng)θ＝30°時，可視為質(zhì)點的一小物塊恰好能沿著木板勻速下滑，如圖甲所示。若讓該小物塊從木板的底端以大小恒定的初速度v0＝10m/s沿木板向上運(yùn)動，如圖乙所示，隨著θ的改變，小物塊沿木板滑行的最大距離x將發(fā)生變化。重力加速度g取10m/s2。(1)求小物塊與木板間的動摩擦因數(shù)；(2)當(dāng)θ滿足什么條件時，小物塊沿木板滑行的最大距離最小，并求出此最小值。7．(2021·河北衡水中學(xué)調(diào)研)如圖所示，在光滑水平面上有一輛