高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運動定律 能力課時3 牛頓運動定律的綜合應(yīng)用（一）課件.ppt

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能力課時3 牛頓運動定律的綜合應(yīng)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(jié)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(guān)鍵 (1)分清圖象的類別：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。 (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(biāo)的交點，圖線的轉(zhuǎn)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(jié)合，再結(jié)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(guān)鍵點。,【例1】 (多選)(2015·新課標(biāo)全國卷Ⅰ，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1 A.斜面的傾角 B.物塊的質(zhì)量 C.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù) 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(biāo)所表示的物理量及單位。 (2)沒有注意坐標(biāo)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(xùn)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(jù)圖乙中所標(biāo)出的數(shù)據(jù)可計算出(g取10 m/s2)( ),圖2,A.物體的質(zhì)量為1 kg B.物體的質(zhì)量為2 kg C.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.3 D.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.5,解析 物體的受力如圖所示，在力F從0增大到7 N之前物體靜止，在7 N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＝7 N和F2＝14 N及對應(yīng)的加速度a1＝0.5 m/s2和a2＝4 m/s2，解得m＝2 kg，F(xiàn)f＝6 N，A錯誤，B正確；Ff＝μFN＝μmg，則μ＝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(nèi)蒙古包頭測評)將一質(zhì)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＝10 m/s2。則下列說法正確的是( ),圖3,A.在2～4 s內(nèi)小球的加速度大小為0.5 m/s2 B.小球質(zhì)量為2 kg C.桿的傾角為30° D.小球在0～4 s內(nèi)的位移為8 m,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(jù)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(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(zhì)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： ①當(dāng)各物體的運動狀態(tài)相同時，宜選用整體法；當(dāng)各物體的運動狀態(tài)不同時，宜選用隔離法； ②對較復(fù)雜的問題，通常需要多次選取研究對象，交替應(yīng)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(dāng)拉力F一定時，Q受到繩的拉力( ),圖4 A.與斜面傾角θ有關(guān) B.與動摩擦因數(shù)有關(guān) C.與系統(tǒng)運動狀態(tài)有關(guān) D.僅與兩物塊質(zhì)量有關(guān),答案 D,方法提煉,【變式訓(xùn)練】 3.如圖5甲所示，質(zhì)量為M的小車放在光滑水平面上，小車上用細線懸吊一質(zhì)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α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α角，如圖乙所示，細線的拉力為FT′，則( ),圖5,A.F′＝F，F(xiàn)T′＝FT B.F′＞F，F(xiàn)T′＝FT C.F′＜F，F(xiàn)T′＞FT D.F′＜F，F(xiàn)T′＜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 α＝mg，F(xiàn)T′cos α＝mg，所以FT＝FT′。對于圖乙中的小球，水平方向有FT′sin α＝ma′。對于圖甲中的小車，水平方向有FTsin α＝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(xiàn)′＝(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(zhì)量分別為m1＝3 kg、m2＝2 kg的物體置于光滑的水平面上，中間用輕質(zhì)彈簧測力計連接。兩個大小分別為F1＝30 N、F2＝20 N的水平拉力分別作用在m1、m2上，則( ),圖6 A.彈簧測力計的示數(shù)是50 N B.彈簧測力計的示數(shù)是24 N C.在突然撤去F2的瞬間，m2的加速度大小為4 m/s2 D.在突然撤去F2的瞬間，m1的加速度大小為10 m/s2,答案 B,方法提煉,【變式訓(xùn)練】 4.(多選)如圖7所示，質(zhì)量分別為mA、mB的A、B兩物塊用輕質(zhì)彈簧連接放在傾角為θ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(shù)均為μ，為了減小彈簧的形變量，可行的辦法是( ),圖7 A.減小A物塊的質(zhì)量 B.增大B物塊的質(zhì)量 C.增大傾角θ D.增大動摩擦因數(shù)μ,答案 AB,聯(lián)立①②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(dāng)n＝2時，k＝3，總節(jié)數(shù)為N＝5 當(dāng)n＝4時，k＝6，總節(jié)數(shù)為N＝10 當(dāng)n＝6時，k＝9，總節(jié)數(shù)為N＝15 當(dāng)n＝8時，k＝12，總節(jié)數(shù)為N＝20，故選項B、C正確。 答案 BC,【變式訓(xùn)練】 5.如圖8所示，質(zhì)量分別為m、M的兩物體P、Q保持相對靜止，一起沿傾角為θ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(shù)為μ，則下列說法正確的是( ),圖8 A.P處于超重狀態(tài) B.P受到的摩擦力大小為μmg，方向水平向右 C.P受到的摩擦力大小為mgsin θcos θ，方向水平向左 D.P受到的支持力大小為mgsin 2θ,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(jù)牛頓第二定律有(M＋m)gsin θ＝(M＋m)a，得加速度a＝gsin θ，將沿斜面向下的加速度a＝gsin θ沿水平方向和豎直方向分解，如圖所示，則a1＝acos θ＝gsin θcos θ，a2＝asin θ＝gsin2 θ，對P分析，根據(jù)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 θcos θ，F(xiàn)N＝mgcos2 θ，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(biāo)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(yīng)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(yīng)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(nèi)有一傾角為θ的固定斜面，斜面上放一質(zhì)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(jīng)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 θ，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(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。 挖掘臨界條件是解題的關(guān)鍵。如例5中第(2)的求解關(guān)鍵是：假設(shè)球剛好不受箱子的作用力，求出此時加速度a。,【變式訓(xùn)練】 6.如圖10所示，將質(zhì)量m＝1.24 kg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(shù)為μ＝0.8。對環(huán)施加一位于豎直平面內(nèi)斜向上與桿夾角θ＝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1 s內(nèi)前進了2 m。(取g＝10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝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)4 m/s2 (2)12 N或124 N,1.(多選)(2015·海南單科，8)如圖11，物塊a、b和c的質(zhì)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?fàn)顟B(tài)?，F(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Δl1和Δl2，重力加速度大小為g。在剪斷的瞬間( ),圖11,A.a1＝3g B.a1＝0 C.Δl1＝2Δl2 D.Δl1＝Δl2,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(guān)系的圖象可能是( ),圖12,解析 由v－t圖象可知：過程①為向下勻加速直線運動(加速度向下，失重，F(xiàn)mg)；過程④為向上勻加速直線運動(加速度向上，超重，F(xiàn)mg)；過程⑤為向上勻速直線運動(處于平衡狀態(tài)，F(xiàn)＝mg)；過程⑥為向上勻減速直線運動(加速度向下，失重，F(xiàn)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13 A.t＝2 s時最大 B.t＝2 s時最小 C.t＝8.5 s時最大 D.t＝8.5 s時最小,解析 由題圖知，在上升過程中，在0～4 s內(nèi)，加速度方向向上，F(xiàn)N－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7～10 s內(nèi)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(zhì)量分別為mA＝1 kg、mB＝2 kg，當(dāng)A、B之間產(chǎn)生拉力且大于0.3 N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，F(xiàn)1、F2的大小隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。則下列關(guān)于A、B兩物塊受力及運動情況的分析，正確的是( ),圖14,A.t＝2.0 s時刻A、B之間作用力大小為0.6 N B.t＝2.0 s時刻A、B之間作用力為零 C.t＝2.5 s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5.4 m,答案 AD,5.如圖15甲所示，傾角θ＝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(zhì)量m＝1.0 kg的小滑塊(可視為質(zhì)點)接觸，滑塊與彈簧不相連，彈簧處于壓縮狀態(tài)。當(dāng)t＝0時釋放滑塊。在0～0.24 s時間內(nèi)，滑塊的加速度a隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。已知彈簧的勁度系數(shù)k＝2.0×102 N/m，當(dāng)t＝0.14 s時，滑塊的速度v1＝2.0 m/s。g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝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＝0.14 s時滑塊與出發(fā)點間的距離d； (3)在0～0.44 s時間內(nèi)，滑塊運動的路程s。,解析 (1)由圖乙可知，當(dāng)t1＝0.14 s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＝10 m/s2。根據(jù)牛 頓第二定律有mgsin θ＋Ff＝ma1，解得Ff＝4.0 N。 (2)當(dāng)t1＝0.14 s時，彈簧恰好恢復(fù)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＝ 30 m/s2，此時滑塊受力如圖(b)所示，有 kd－mgsin θ－Ff＝ma，解得d＝0.20 m。,答案 (1)4.0 N (2)0.20 m (3)0.41 m,小結(jié)巧記 3問題——動力學(xué)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(shè)法、圖象法 2種物理思想——數(shù)形結(jié)合思想、臨界極值思想,