高考物理專(zhuān)題復(fù)習(xí)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用

1、專(zhuān)題3.3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用【高頻考點(diǎn)解讀】1.理解牛頓第二定律的內(nèi)容、表達(dá)式及性質(zhì).2.應(yīng)用牛頓第二定律解決實(shí)際問(wèn)題【熱點(diǎn)題型】題型一 對(duì)超重、失重的理解例1如圖3­3­1所示，與輕繩相連的物體a和b跨過(guò)定滑輪，質(zhì)量ma<mb，a由靜止釋放，不計(jì)繩與滑輪間的摩擦，則在a向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，輕繩的拉力() 圖3­3­1atmagbt>magctmbg dt>mbg【提分秘籍】 (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(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)，而在于物體具有向上的加速

2、度還是向下的加速度，這也是判斷物體超重或失重的根本所在。(3)當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力只有使物體產(chǎn)生ag的加速度效果，不再有其他效果。此時(shí)，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，如單擺停擺、天平失效、液體不再產(chǎn)生壓強(qiáng)和浮力等。【舉一反三】 在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50 kg，電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖3­3­2所示，在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是()圖3­3­2a曉敏同學(xué)所受的重力變小了b曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力c電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)d電梯的加

3、速度大小為，方向一定豎直向下題型二 動(dòng)力學(xué)中整體法與隔離法的應(yīng)用 例2、)如圖3­3­4所示的裝置叫做阿特伍德機(jī)，是阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。繩子兩端的物體下落(上升)的加速度總是小于自由落體的加速度g，同自由落體相比，下落相同的高度，所花費(fèi)的時(shí)間要長(zhǎng)，這使得實(shí)驗(yàn)者有足夠的時(shí)間從容的觀測(cè)、研究。已知物體a、b的質(zhì)量相等均為m，物體c的質(zhì)量為m，輕繩與輕滑輪間的摩擦不計(jì)，繩子不可伸長(zhǎng)，如果mm，求：圖3­3­4(1)物體b從靜止開(kāi)始下落一段距離的時(shí)間與其自由落體下落同樣的距離所用時(shí)間的比值；(2)系統(tǒng)由靜止釋放后運(yùn)動(dòng)

4、過(guò)程中物體c對(duì)b的拉力。解析：(1)設(shè)物體的加速度為a，繩子中的張力為f，對(duì)物體a，fmgma，對(duì)bc整體，(mm)gf(mm)a，聯(lián)立解得：ag。將mm，代入，得a。物體b從靜止開(kāi)始下落一段距離，hat2，自由落體下落同樣的距離，hgt02，答案：(1)3(2)mg【方法規(guī)律】(1)處理連接體問(wèn)題時(shí)，整體法與隔離法往往交叉使用，一般的思路是先用整體法求加速度，再用隔離法求物體間的作用力。(2)對(duì)于加速度大小相同，方向不同的連接體，應(yīng)采用隔離法進(jìn)行分析。 【提分秘籍】 1方法概述(1)整體法是指對(duì)物理問(wèn)題的整個(gè)系統(tǒng)或過(guò)程進(jìn)行研究的方法。(2)隔離法是指從整個(gè)系統(tǒng)中隔離出某一部分物體，進(jìn)行單獨(dú)研

5、究的方法。2涉及隔離法與整體法的具體問(wèn)題類(lèi)型圖3­3­3(1)涉及滑輪的問(wèn)題若要求繩的拉力，一般都必須采用隔離法。例如，如圖3­3­3所示，繩跨過(guò)定滑輪連接的兩物體雖然加速度大小相同，但方向不同，故采用隔離法。(2)水平面上的連接體問(wèn)題這類(lèi)問(wèn)題一般多是連接體(系統(tǒng))各物體保持相對(duì)靜止，即具有相同的加速度。解題時(shí)，一般采用先整體、后隔離的方法。建立坐標(biāo)系時(shí)也要考慮矢量正交分解越少越好的原則，或者正交分解力，或者正交分解加速度。(3)斜面體與上面物體組成的連接體的問(wèn)題當(dāng)物體具有沿斜面方向的加速度，而斜面體相對(duì)于地面靜止時(shí)，解題時(shí)一般采用隔離法分析。3解題思路

6、(1)分析所研究的問(wèn)題適合應(yīng)用整體法還是隔離法。(2)對(duì)整體或隔離體進(jìn)行受力分析，應(yīng)用牛頓第二定律確定整體或隔離體的加速度。(3)結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)方程解答所求解的未知物理量。【舉一反三】 如圖3­3­5所示，一足夠長(zhǎng)的木板靜止在粗糙的水平面上，t0時(shí)刻滑塊從板的左端以速度v0水平向右滑行，木板與滑塊間存在摩擦，且最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力?；瑝K的v­t圖像可能是圖3­3­6中的()圖3­3­5圖3­3­6題型三 動(dòng)力學(xué)中的臨界極值問(wèn)題 例3、如圖3­3­8所示，一不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩跨過(guò)定滑輪

7、后，兩端分別懸掛質(zhì)量為m1和m2的物體a和b。若滑輪有一定大小，質(zhì)量為m且分布均勻，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與繩之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，不計(jì)滑輪與軸之間的摩擦。設(shè)細(xì)繩對(duì)a和b的拉力大小分別為t1和t2，已知下列四個(gè)關(guān)于t1的表達(dá)式中有一個(gè)是正確的。請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)，通過(guò)一定的分析，判斷正確的表達(dá)式是() 圖3­3­8at1bt1ct1 dt1解析:本題因考慮滑輪的質(zhì)量m，左右兩段細(xì)繩的拉力大小不再相同，直接利用牛頓第二定律求解t1和t2有一定困難，但是利用極限分析法可以較容易地選出答案，若m1接近零，則t1也接近零，由此可知，b、d均錯(cuò)誤；若m1m2，則m1、m2靜止不動(dòng)，t1m1g，則a

8、錯(cuò)誤，故本題選c。答案:c【提分秘籍】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，明顯表明題述的過(guò)程存在著臨界點(diǎn)。2若題目中有“取值范圍”、“多長(zhǎng)時(shí)間”、“多大距離”等詞語(yǔ)，表明題述的過(guò)程存在著“起止點(diǎn)”，而這些起止點(diǎn)往往就對(duì)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(guò)程存在著極值，這個(gè)極值點(diǎn)往往是臨界點(diǎn)。4若題目要求“最終加速度”、“穩(wěn)定加速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度。(一)極限分析法把物理問(wèn)題(或過(guò)程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來(lái)，以達(dá)到正確解決問(wèn)題的目的。(二)假設(shè)分析法臨界問(wèn)題存在多種可能，特別是非此

9、即彼兩種可能時(shí)，或變化過(guò)程中可能出現(xiàn)臨界條件，也可能不出現(xiàn)臨界條件時(shí)，往往用假設(shè)法解決問(wèn)題。(三)數(shù)學(xué)極值法將物理過(guò)程通過(guò)數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來(lái)，根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式解出臨界條件?！九e一反三】 如圖3­3­9所示，質(zhì)量為m1 kg的物塊放在傾角為37°的斜面體上，斜面體質(zhì)量為m2 kg，斜面與物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，地面光滑，現(xiàn)對(duì)斜面體施一水平推力f，要使物塊m相對(duì)斜面靜止，試確定推力f的取值范圍。(g取10 m/s2) 圖3­3­9豎直方向有【變式探究】如圖3­3­10所示，一質(zhì)量m0.4 kg的小物塊，以v02 m/s的初速度，

10、在與斜面成某一夾角的拉力f作用下，沿斜面向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2 s的時(shí)間物塊由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，a、b之間的距離l10 m。已知斜面傾角30°，物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。重力加速度g取10 m/s2。圖3­3­10(1)求物塊加速度的大小及到達(dá)b點(diǎn)時(shí)速度的大小。(2)拉力f與斜面夾角多大時(shí)，拉力f最??？拉力f的最小值是多少？解析:(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：lv0tat22alvb2v02答案:(1)3 m/s28 m/s(2)30° n題型四 傳送帶模型例4、一水平傳送帶以2.0 m/s的速度順時(shí)針傳動(dòng)，水平部分長(zhǎng)為2.0 m。其右端與一傾角為37

11、6;的光滑斜面平滑相連，斜面長(zhǎng)為0.4 m，一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊無(wú)初速度地放在傳送帶最左端，已知物塊與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)0.2, 試問(wèn)：(1)物塊能否到達(dá)斜面頂端？若能則說(shuō)明理由，若不能則求出物塊沿斜面上升的最大距離。(2)物塊從出發(fā)到4.5 s末通過(guò)的路程。(sin 37°0.6，g取10 m/s2)圖3­3­12 解析:(1)物塊在傳送帶上先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)mgm a1s11 ml所以在到達(dá)傳送帶右端前物塊已勻速物塊以v0速度滑上斜面mgsin ma2物塊速度為零時(shí)上升的距離s2m由于s20.4 m，所以物塊未到達(dá)斜面的最高點(diǎn)。答案:(1)不能 m(2)5 m

12、【提分秘籍】 1模型特征一個(gè)物體以速度v0(v00)在另一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的物體上運(yùn)動(dòng)的力學(xué)系統(tǒng)可看做“傳送帶”模型，如圖3­3­11(a)、(b)、(c)所示。圖3­3­112建模指導(dǎo)傳送帶模型問(wèn)題包括水平傳送帶問(wèn)題和傾斜傳送帶問(wèn)題。(1)水平傳送帶問(wèn)題：求解的關(guān)鍵在于對(duì)物體所受的摩擦力進(jìn)行正確的分析判斷。判斷摩擦力時(shí)要注意比較物體的運(yùn)動(dòng)速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運(yùn)動(dòng)位移x(對(duì)地)的過(guò)程中速度是否和傳送帶速度相等。物體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時(shí)刻。(2)傾斜傳送帶問(wèn)題：求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體與傳送帶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況

13、，從而確定其是否受到滑動(dòng)摩擦力作用。 如果受到滑動(dòng)摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時(shí)，物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變?！九e一反三】 如圖3­3­14所示，傾角為37°，長(zhǎng)為l16 m的傳送帶，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為v10 m/s，在傳送帶頂端a處無(wú)初速度的釋放一個(gè)質(zhì)量為m0.5 kg的物體，已知物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，g取10 m/s2。求：(sin 37°0.6，cos 37°0.8) 圖3­3­14(1)傳送帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體從頂端a滑到底端b的時(shí)間

14、；(2)傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體從頂端a滑到底端b的時(shí)間。a22 m/s2x2lx111 m又因?yàn)閤2vt2a2t22，則有10t2t2211解得：t21 s(t211 s舍去)所以t總t1t22 s。答案：(1)4 s(2)2 s題型五 滑塊、滑板模型例5、如圖3­3­15甲所示，質(zhì)量m1 kg的木板靜止在粗糙的水平地面上，木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)10.1，在木板的左端放置一個(gè)質(zhì)量為m1 kg，大小可忽略的鐵塊，鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)20.4，g取10 m/s2，試求：(1)若木板長(zhǎng)l1 m，在鐵塊上加一個(gè)水平向右的恒力f8 n，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間鐵塊運(yùn)動(dòng)到木板右端；(2)若

15、在鐵塊上加一個(gè)大小從零開(kāi)始均勻增加的水平向右的力f，通過(guò)分析和計(jì)算后，請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫(huà)出鐵塊受到木板的摩擦力f2隨拉力f大小變化的圖像。(設(shè)木板足夠長(zhǎng))圖3­3­15解得：f16 n答案:(1)1 s(2)見(jiàn)解析【提分秘籍】 1模型特點(diǎn)涉及兩個(gè)物體，并且物體間存在相對(duì)滑動(dòng)。2兩種位移關(guān)系滑塊由滑板的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過(guò)程中，若滑塊和滑板同向運(yùn)動(dòng)，位移之差等于板長(zhǎng)；反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移之和等于板長(zhǎng)。3解題思路【舉一反三】 如圖3­3­16所示，a、b兩物塊疊放在一起，放在光滑地面上，已知a、b物塊的質(zhì)量分別為m、m，物塊間粗糙?，F(xiàn)用水平向右的恒力f1、f2先后分別

16、作用在a、b物塊上，物塊a、b均不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則f1、f2的最大值之比為() 圖3­3­16a11bmmcmm dm(mm)解析：選b拉力作用在a上時(shí)，對(duì)b受力分析，當(dāng)最大靜摩擦力提供b的加速度時(shí)，是整體一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度，對(duì)b由牛頓第二定律得mgma1，對(duì)整體受力分析，由牛頓第二定律得f1(mm)a1，解得f1(mm)g；拉力作用在b上時(shí)，對(duì)a受力分析，當(dāng)最大靜摩擦力提供a的加速度時(shí)，是整體一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度，對(duì)a由牛頓第二定律得mgma2，對(duì)整體受力分析，由牛頓第二定律得f2(mm)a2，解得f2(mm)，聯(lián)立解得f1f2mm，b正確。【高考風(fēng)向標(biāo)】 1(2014

17、·北京高考)應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出。對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是()a手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于超重狀態(tài)b手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于失重狀態(tài)c在物體離開(kāi)手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度d在物體離開(kāi)手的瞬間，手的加速度大于重力加速度2(多選)(2014·江蘇高考)如圖3­3­7所示，a、b兩物塊的質(zhì)量分別為2 m和m，靜止疊放在水平地面上。a、b間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，b與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g?，F(xiàn)對(duì)

18、a施加一水平拉力f，則()圖3­3­7a當(dāng)f<2mg時(shí)，a、b都相對(duì)地面靜止b當(dāng)fmg時(shí)，a的加速度為gc當(dāng)f>3mg時(shí)，a相對(duì)b滑動(dòng)d無(wú)論f為何值，b的加速度不會(huì)超過(guò)g解析：選bcda、b間的最大靜摩擦力為2mg，b和地面之間的最大靜摩擦力為mg，對(duì)a、b整體，只要fmg，整體就會(huì)運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；當(dāng)a對(duì)b的摩擦力為最大靜摩擦力時(shí)，a、b將要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，故a、b一起運(yùn)動(dòng)的加速度的最大值滿(mǎn)足2mgmgmamax，b運(yùn)動(dòng)的最大加速度amaxg，選項(xiàng)d正確；對(duì)a、b整體，有fmg3mamax，則f3mg時(shí)兩者會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)c正確；當(dāng)fmg時(shí)，兩者相對(duì)靜止，一

19、起滑動(dòng)，加速度滿(mǎn)足fmg3ma，解得ag，選項(xiàng)b正確。3.(多選)(2014·四川高考)如圖12所示，水平傳送帶以速度v1勻速運(yùn)動(dòng)，小物體p、q由通過(guò)定滑輪且不可伸長(zhǎng)的輕繩相連，t0時(shí)刻p在傳送帶左端具有速度v2，p與定滑輪間的繩水平，tt0時(shí)刻p離開(kāi)傳送帶。不計(jì)定滑輪質(zhì)量和摩擦，繩足夠長(zhǎng)。正確描述小物體p速度隨時(shí)間變化的圖像可能是() 圖12圖13【高考押題】 1(多選)質(zhì)量為m的物體放置在升降機(jī)內(nèi)的臺(tái)秤上，現(xiàn)在升降機(jī)以加速度a在豎直方向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，若物體處于失重狀態(tài)，則()a升降機(jī)加速度方向豎直向下b臺(tái)秤示數(shù)減少mac升降機(jī)一定向上運(yùn)動(dòng)d升降機(jī)一定做加速運(yùn)動(dòng)解析：選ab物

20、體處于失重狀態(tài)，加速度方向一定豎直向下，但速度方向可能向上，也可能向下，故a對(duì)，c、d錯(cuò)。由mgnma可知臺(tái)秤示數(shù)減少ma，選項(xiàng)b對(duì)。2.放在電梯地板上的一個(gè)木箱，被一根處于伸長(zhǎng)狀態(tài)的彈簧拉著而處于靜止?fàn)顟B(tài)(如圖1)，后發(fā)現(xiàn)木箱突然被彈簧拉動(dòng)，據(jù)此可判斷出電梯的運(yùn)動(dòng)情況是() 圖1a勻速上升 b加速上升c減速上升 d減速下降解析：選c木箱突然被拉動(dòng)，表明木箱所受摩擦力變小了，也表明木箱與地板之間的彈力變小了，重力大于彈力，合力向下，處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)c正確。3(多選)如圖2所示是某同學(xué)站在力板傳感器上做下蹲起立的動(dòng)作時(shí)記錄的壓力f隨時(shí)間t變化的圖線。由圖線可知該同學(xué)() 圖2a體重約為650

21、nb做了兩次下蹲起立的動(dòng)作c做了一次下蹲起立的動(dòng)作，且下蹲后約2 s起立d下蹲過(guò)程中先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)4.如圖3所示，質(zhì)量為m1和m2的兩物塊放在光滑的水平地面上。用輕質(zhì)彈簧將兩物塊連接在一起。當(dāng)用水平力f作用在m1上時(shí)，兩物塊均以加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)量為x，若用水平力f作用在m1上時(shí)，兩物塊均以加速度a2a做勻加速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量為x。則下列關(guān)系正確的是() 圖3af2f bx2xcf>2f dx<2x解析：選a把兩個(gè)物塊看作整體，由牛頓第二定律可得：f(m1m2)a，f(m1m2)a，又a2a，可得出f2f，隔離物塊m2，由牛頓第二定律得：kxm2

22、a，kxm2a，解得：x2x，故a正確，b、c、d均錯(cuò)誤。5(多選)如圖4所示，甲、乙兩車(chē)均在光滑的水平面上，質(zhì)量都是m，人的質(zhì)量都是m，甲車(chē)上人用力f推車(chē)，乙車(chē)上的人用等大的力f拉繩子(繩與輪的質(zhì)量和摩擦均不計(jì))；人與車(chē)始終保持相對(duì)靜止。下列說(shuō)法正確的是()圖4a甲車(chē)的加速度大小為 b甲車(chē)的加速度大小為0c乙車(chē)的加速度大小為 d乙車(chē)的加速度大小為06.如圖5所示，光滑水平面上放置著質(zhì)量分別為m、2m的a、b兩個(gè)物體，a、b間的最大靜摩擦力為mg，現(xiàn)用水平拉力f拉b，使a、b以同一加速度運(yùn)動(dòng)，則拉力f的最大值為() 圖5amgb2mgc3mg d4mg解析：選c當(dāng)a、b之間恰好不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)

23、力f最大，此時(shí)，對(duì)于a物體所受的合外力為mg，由牛頓第二定律知aag；對(duì)于a、b整體，加速度aaag，由牛頓第二定律得f3ma3mg。7如圖7甲所示，靜止在光滑水平面上的長(zhǎng)木板b(長(zhǎng)木板足夠長(zhǎng))的左端靜止放著小物塊a。某時(shí)刻，a受到水平向右的外力f作用，f隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，即fkt，其中k為已知常數(shù)。設(shè)物體a、b之間的滑動(dòng)摩擦力大小等于最大靜摩擦力ff，且a、b的質(zhì)量相等，則下列可以定性描述長(zhǎng)木板b運(yùn)動(dòng)的v­t圖像是()圖7圖88.(多選)如圖10所示，足夠長(zhǎng)的傳送帶與水平面夾角為，以速度v0逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在傳送帶的上端輕輕放置一個(gè)質(zhì)量為m的小木塊，小木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)tan ，則圖中能客觀地反映小木塊的運(yùn)動(dòng)情況的是() 圖10圖11解析：選bd小木塊剛放上之后的一段時(shí)間內(nèi)所受摩擦力沿斜面向下，由牛頓第二定律可得：mgsin mgcos ma1，小木塊與傳送帶同速后，因t