高考物理二輪專題總復(fù)習(xí)課件專題牛頓定律在直線運(yùn)動中的應(yīng)用

1、第1課時 運(yùn)動學(xué)公式及其應(yīng)用專題二 牛頓定律在直線運(yùn)動中的應(yīng)用一、關(guān)于“速度”的理解及計算問題 在變速直線運(yùn)動中，不同時刻(不同位置)的瞬時速度一般是不相同的求平均速時,位移與時間要對應(yīng)好 例1 有一高度為的田徑運(yùn)動員正在進(jìn)行100米短跑比賽在終點(diǎn)處，有一站在跑道終點(diǎn)旁邊的攝影記者用照相機(jī)給他拍攝沖刺運(yùn)動攝影記者使用的照相機(jī)的光圈(控制進(jìn)光量的多少)是16，快門(曝光時間表)是 s 得到照片后測得照片中人的高度為 ，胸前號碼布上模糊部分的寬度是 ，由以上數(shù)據(jù)可以知道運(yùn)動員沖刺時 內(nèi)的位移是 _；沖刺時的速度大小是_【解析】本題考查學(xué)生用所學(xué)知識和題目所給信息分析、解析問題的能力照片中實(shí)際尺寸的

2、還原是本題的關(guān)鍵還應(yīng)采用間接求解 解：運(yùn)動員沖刺時的位移 運(yùn)動員在短時間內(nèi)的平均速度可近似等于沖刺時的瞬時速度 【方法技巧小結(jié)】 極短時間內(nèi)的平均速度近似等于該段時間內(nèi)某點(diǎn)的瞬時速度，這是各種測速儀的基本原理變式訓(xùn)練1 某人爬山，從山腳爬上山頂，然后又從原路返回到山腳，上山的平均速度為v1，下山的平均速度為v2，則往返的平均速度的大小和平均速率是( ) A. ， B. ， C. 0 ， D. 0 ，D 【解析】平均速度是位移與時間的比值；平均速率是路程與時間的比值答案為D 變式訓(xùn)練2 短跑名將博爾特在北京奧運(yùn)會上創(chuàng)造了100m和200m短跑項(xiàng)目的新世界紀(jì)錄，他的成績分別是和19.30s.假定他

3、在100m比賽時從發(fā)令到起跑的反應(yīng)時間是，起跑后做勻加速運(yùn)動，達(dá)到最大速率后做勻速運(yùn)動.200m比賽時，反應(yīng)時間及起跑后加速階段的加速度和加速時間與100m比賽時相同，但由于彎道和體力等因素的影響，以后的平均速率只有跑100m時最大速率的96%.求： (1)加速所用時間和達(dá)到的最大速率； (2)起跑后做勻加速運(yùn)動的加速度大小(結(jié)果保留兩位小數(shù)) 【解析】 (1)設(shè)加速所用時間為t(以s為單位)，勻速運(yùn)動的速度為v(以m/s為單位)，則有 vt+(-t)v=100 vt+(v=200 由式得s, v (2)設(shè)加速度大小為a，則a .二、勻變速直線運(yùn)動基本規(guī)律 在仔細(xì)審題的基礎(chǔ)上，正確判斷物體的運(yùn)

4、動性質(zhì)，分析已知量、相關(guān)量與待求量，看這些量共存于哪個公式中，這個公式就是要選取的最合適的公式如 : =2as中不涉及時間，如果題目中已知條件缺時間，又不要求時間的話，選用該公式求解較簡捷，如果缺加速度，則可考慮用公式s= t求解，等等 例2 一個勻加速運(yùn)動的物體，在頭4s內(nèi)經(jīng)過的位移24m，在第二個4s內(nèi)經(jīng)過的位移是60m.求這個物體的加速度和初速度各是多少？ 【解析】本題的解法很多，可考慮用位移公式列方程組求解，如解法一；也可用平均速度等于中間時刻瞬時速度這一關(guān)系求解，如解法二；由于兩段位移對應(yīng)的時間都是4s，還可考慮用s= a 求解，如解法三 解法二：物體在8s內(nèi)的平均速度等于中間時刻(

5、即第4s末)的瞬時速度，則v4= m/s=v0+4a，物體在前4s內(nèi)的平均速度等于第2s末的瞬時速度: v2= =v0+2a，由兩式聯(lián)立，得a ，v0 解法三：由公式s=a ，得 a 根據(jù)v4= m/s=v0+4a，所以v0 【方法技巧小結(jié)】 勻變速直線運(yùn)動具有規(guī)律多，易于與實(shí)際運(yùn)動相結(jié)合的特點(diǎn)，突破這類問題的關(guān)鍵是認(rèn)真理解題意，根據(jù)物理情景畫出示意圖，提取物理模型，找到已知量和待求量之間的關(guān)系，應(yīng)用相應(yīng)的規(guī)律就能解答變式訓(xùn)練3 一汽車做勻加速直線運(yùn)動，途中在6s時間內(nèi)分別經(jīng)過P、Q兩根電桿已知P、Q兩桿相距60m，車經(jīng)過Q桿時的速率是15m/s，求汽車的加速度及經(jīng)過P桿時的速度 解法一:因已

6、知量有三個，即t、s、vt，故勻加速運(yùn)動有解把已知量代入基本公式由 有解方程組得：v0=5m/s，a= m/ .解法二：由于已知量t、s、vt及未知量v0均共存于推論中s= t，故可選用該公式代入上式得：v0= -vt=( -15)m/s=5m/s再利用a= ，得a= m/ .三、v-t圖象的應(yīng)用v-t 圖象反映的仍然是數(shù)學(xué)關(guān)系，只不過它有了具體的物理意義因此要畫v-t圖象，必須采用動力學(xué)的方法得到v與t的數(shù)學(xué)關(guān)系，或從v-t圖象圖線分析出物體的運(yùn)動性質(zhì)，從而正確應(yīng)用運(yùn)動學(xué)公式.例3.如圖211甲所示，質(zhì)量m的物體靜止在水平面上，物體跟水平面間的動摩擦因數(shù)=0.20.從t=0時刻起，物體受到一

7、個水平力F的作用而開始運(yùn)動，前8s內(nèi)F隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示g取10m/ ，求：(1)在圖丙的坐標(biāo)系中畫出物體在前8s內(nèi)的v-t圖象(2)前8s內(nèi)水平力F所做的功. 圖211【解析】本題有多個過程，對于多過程問題要劃分不同運(yùn)動階段，逐過程分析(1)04s內(nèi)，由牛頓第二定律得: F-mg=ma1 , a1=3m/ ; 4s末物體的速度為v4=a1t4=12m/s;在45s內(nèi)，由牛頓 第二定律得 : -F-mg= ma2 , a2= -7m/ 5s末物體的速度為v5= 5m/s 5s后物體的加速度為: a3= = -g= -2m/ 再經(jīng)時間t停止，則t 前8s內(nèi)的v-t圖象如右圖所示:【方法

8、技巧小結(jié)】1對于多過程問題要劃分不同運(yùn)動階段，逐過程分析2v-t圖象斜率表示加速度，面積表示位移，因此第(2)問求位移時可借用圖象來求，請同學(xué)們自己完成 (2)04s內(nèi)的位移為s1= a1 =24m 45s內(nèi)位移為s2 5s后水平力消失，所以前8s內(nèi) 力F做的功為: W=F1s1+F2s2=155J 或由動能定理解: W-mg(s1+s2)= m 解得W=155JA小車先做加速運(yùn)動，后做勻速運(yùn)動，最后做減速運(yùn)動B小車運(yùn)動的最大速度約為C小車的位移一定大于8mD小車的位移先增大后減小變式訓(xùn)練4 利用速度傳感器與計算機(jī)結(jié)合，可以自動作出物體運(yùn)動的圖象某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到的運(yùn)動小車的速度-時間圖象

9、如圖212所示，以下說法錯誤的是( D ) 【解析】由v-t圖象可以看出，小車的速度先增加，后減小，最大速度約為，故A、B均正確小車的位移為v-t圖象與t軸所圍的“面積”，小方塊“面積”總和s8m，C項(xiàng)正確，圖線彎曲表明小車速度變化不均勻，位移一直增大 ，故D項(xiàng)錯誤四、追及和相遇或避免碰撞的問題 直線運(yùn)動中的追及問題，特別注意追及問題的臨界條件，常常是解題的關(guān)鍵，速度相等是物體恰能追上或恰好不相碰、間距最大或最小的臨界條件追及(或相遇)問題，其實(shí)質(zhì)就是分析討論兩物體在相同時間內(nèi)能否到達(dá)相同的空間位置問題因此，解決此類問題要注意“兩個關(guān)系”和“一個條件”兩個關(guān)系即時間和位移關(guān)系，一個條件即兩者速

10、度相等，是分析判斷的切入點(diǎn) 例4 經(jīng)檢測汽車A的制動性能：以標(biāo)準(zhǔn)速度20m/s在平直公路上行駛時，制動后最快40s停下來現(xiàn)A在平直公路上以20m/s的速度行駛發(fā)現(xiàn)前方180m處有一貨車B以6m/s的速度同向勻速行駛，司機(jī)立即制動，能否避免發(fā)生撞車事故？ 【解析】在解決相遇問題時，要具體地分析每個題給出的物理情景和物理?xiàng)l件例如，若被追趕的物體做勻減速運(yùn)動，一定要注意，追上前該物體是否停止運(yùn)動1.錯解：設(shè)汽車A制動后40s的位移為s1，貨車B在這段時間內(nèi)的位移為s2. 據(jù)a= 得車的加速度a 又s1=v0t+ a 得 s1=2040m+ (-0.5)402m=400m, s2=v2t=640m=2

11、40m 兩車位移差為:(400-240)m=160m, 因?yàn)閮绍噭傞_始相距180m160m,所以兩車不相撞 錯因：這是典型的追及問題關(guān)鍵是要弄清不相撞的條件汽車A與貨車B同速時，兩車位移差和初始時刻兩車距離關(guān)系是判斷兩車能否相撞的依據(jù)當(dāng)兩車同速時，兩車位移差大于、等于初始時刻的距離時，兩車相撞；小于時，則不相撞而錯解中的判斷條件錯誤導(dǎo)致錯解 正解:汽車A以v0=20m/s的初速度做勻減速直線運(yùn)動經(jīng)40s停下來據(jù)加速度公式可求出a，當(dāng)A車減為與B車同速時是A車逼近B車距離最小的時刻，這時若能超過B車則相撞，反之則不能相撞 據(jù) =2as可求出A車減為與B車同速時的位移 s1= = =364m 此時

12、間t內(nèi)B車的位移s2，則t= = s=28s s2=v2t=628m=168m s=364m-168m=196m180m 所以兩車相撞. 本題也可以借圖象幫助理解，如圖所示，陰影區(qū)是A車比B車多通過的最多距離，這段距離若能大于、等于兩車初始時刻的距離則兩車必相撞小于則不相撞從圖中也可以看出A車速度為零時，不是A車比B車多走距離最多的時刻，因此不能作為臨界條件分析 分析追擊問題應(yīng)把兩物體的位置關(guān)系圖畫好 變式訓(xùn)練5 如圖213所示，一車從靜止開始以1m/ 的加速度前進(jìn)，車后相距x0為25m處，某人同時開始以6m/s的速度勻速追車，能否追上？如追不上，求人、車間的最小距離【解析】依題意，人與車運(yùn)動

13、的速度相等時，時間設(shè)為t， v人=at s車= a =18m s人=v人t=36m 兩者之間的位移關(guān)系為：s車+x0s人 所以，人追不上車人與車運(yùn)動的速度相等時，人、車間的距離最小s=s車+x0-s人=7m第2課時 牛頓定律的綜合應(yīng)用一、動力學(xué)解題的兩種基本類型 此類題目一般為中等難度題，題目都是選取一個具體的物理過程，創(chuàng)設(shè)一定的物理情景，按照一定的程序進(jìn)行解題，考查對運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)基本原理的掌握情況 動力學(xué)解題的兩種基本類型：(1)已知物體運(yùn)動情況求受力情況；(2)已知物體受力情況求運(yùn)動情況；而解答這兩類問題的關(guān)鍵是分析清楚物體的受力情況和運(yùn)動情況，弄清所給的物理情景，加速度是動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)

14、公式之間聯(lián)系的橋梁例1：小明家剛買車的第一天，小明的爸爸駕車行駛時經(jīng)過一個上坡道一個小孩追逐一個皮球突然跑到車前小明的爸爸急剎車，車輪在馬路上劃出一道長12m的黑帶后停住幸好沒有撞著小孩！小孩若無其事地跑開了路邊一個交通警察目睹了全過程，遞過來一張超速罰款單，并指出最高限速是60km/h.小明對當(dāng)時的情況進(jìn)行了調(diào)查：估計路面與水平面的夾角為15；查課本可知輪胎與路面的動摩擦因數(shù)；從汽車說明書上查出該汽車的質(zhì)量是1570kg，小明的爸爸體重是60kg；目擊者告訴小明小孩用的時間跑過了寬的馬路又知，sin15=0.259.根據(jù)以上信息，你能否用學(xué)過的知識到法庭為小明的爸爸做無過失辯護(hù)？(取g2)解

15、：能進(jìn)行無過失辯護(hù)對汽車整體分析由牛頓第二定律得，Mgsin +f=ma，N-mgcos =0又f=N，所以a=gcos +gsin代入數(shù)據(jù)得a2剎車可以認(rèn)為是勻減速過程，末速度為零根據(jù)vt2-vo2=-2as 得：v0=14m/s50km/h60km/h，故不超速【解析】本題以日常生活問題為背景要求學(xué)生能正確獲取并處理有用的信息、把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成物理問題，找出解題的一個突破點(diǎn)，進(jìn)行受力分析，弄清楚動力學(xué)問題的關(guān)鍵是牛頓第二定律，聯(lián)系運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的焦點(diǎn)是加速度 【方法技巧小結(jié)】 獲取有用信息，不能誤用小孩跑過馬路的時間要抓住加速度，就要先通過牛頓定律求得加速度，再用相應(yīng)的運(yùn)動學(xué)公式求解此題也

16、可用動能定理求解 如圖221所示，長L=75cm的靜止直筒中有一不計大小的小球，筒與球的總質(zhì)量為4kg，現(xiàn)對筒施加一豎直向下、大小為21N的恒力，使筒豎直向下運(yùn)動，經(jīng)t時間，小球恰好躍出筒口，求小球的質(zhì)量(不計阻力，取g=10m/s2)圖221由運(yùn)動學(xué)公式得h1=at2h2= gt2又有L=h1-h2代入數(shù)據(jù)解得：a=16m/s2又因?yàn)橥彩艿街亓?M-m)g和向下作用力F，【解析】設(shè)筒與小球的總質(zhì)量為M，小球的質(zhì)量為m，筒在重力及恒力的共同作用下豎直向下做初速度為零的勻加速運(yùn)動，設(shè)加速度為a；小球做自由落體運(yùn)動，設(shè)在時間t內(nèi)，筒與小球的位移分別為h1、h2(球可視為質(zhì)點(diǎn))據(jù)牛頓第二定律有F+(

17、M-m)g=(M-m)a代入數(shù)據(jù)得m二、彈簧模型 彈簧模型的特征是以彈力的變化為依托，關(guān)聯(lián)兩個或兩個以上物體設(shè)置復(fù)雜的物理情景，考查力的概念、平衡條件、牛頓定律的應(yīng)用及能的轉(zhuǎn)化與守恒，呈現(xiàn)出多物理量的對稱性找出平衡位置是解題的關(guān)鍵例2：如圖222所示，在傾角為的光滑斜面上有兩個用輕質(zhì)彈簧相連接的物塊A、B，它們的質(zhì)量分別為mA、mB，彈簧的勁度系數(shù)為k，C為一固定擋板系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)開始用一恒力F沿斜面方向拉物塊A使之向上運(yùn)動，求物塊B剛要離開C時：(1)物塊A的加速度a；(2)從開始到此時物塊 A的位移d. (重力加 速度為g)圖 222【解析】本例是彈簧模型在運(yùn)動和力上的應(yīng)用，求解時要

18、抓住兩個關(guān)鍵：一個是物塊B剛要離開C的條件，另一個是彈簧由壓縮狀態(tài)變?yōu)樯扉L狀態(tài)，其形變量與物塊A位移的關(guān)系解：令x1表示未施加F時彈簧的壓縮量 對A：mAgsin=kx1 令x2表示B剛要離開C時彈簧的伸長量對B：kx2=mBgsin 對A：F-mAgsin-kx2=mAa 由式得 由題意得d=x1+x2 由式可得 從本例看出彈簧試題的確是訓(xùn)練考生思維和開發(fā)考生潛能的優(yōu)秀試題彈簧試題是區(qū)分學(xué)生能力強(qiáng)弱、拉大差距、選拔人才的一種常規(guī)題型因此，彈簧試題也就成為高考物理的一種重要題型以跟蹤分析為解題的靈魂，抓住臨界、隱含、瞬間等特征，此題彈力是變力故要抓住運(yùn)動中的臨界狀態(tài)才能求解，不能運(yùn)用牛頓定律或

19、運(yùn)動學(xué)公式進(jìn)行過程列式 如圖223，質(zhì)量為m的小球用水平輕質(zhì)彈簧系住，并用傾角為30的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)當(dāng)木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為（ ） 圖223A0B大小為 g，方向豎直向下C大小為 g，方向垂直于木板向下D大小為 g，方向水平向右C【解析】本題利用彈簧不可突變的“遲鈍性”，考查牛頓第二定律的瞬時性解決此類問題時，注意“彈簧”和“木板”(或細(xì)線)的區(qū)別，還要正確理解“瞬時”的含義，即那一時刻木板支持力(或細(xì)線拉力)立即消失，而彈簧還不能馬上收縮恢復(fù)，即kx未來得及變化所以應(yīng)先對木板未撤(或細(xì)線未剪斷)時的物體做受力分析，再求出此時物體受到的合力，進(jìn)而求出

20、物體的加速度 未撤離木板前，小球受到重力mg，彈簧拉力kx，木板支持力F，如圖所示，由平衡條件得：Fcos=mg，即 .當(dāng)撤離木板的瞬間，由于彈簧的彈力不能突變(遲鈍性)，但木板的支持力F立即消失，小球受G和kx的合力大小等于撤板之前的F，方向與F的方向相反，故加速度方向?yàn)榇怪蹦景逑蛳?，大小為?所以，本題正確答案為C.三、圖象的理解和應(yīng)用 此類題目一般為中等難度題，題目都是要從圖象中去獲取一定信息用于解題，這類圖象一般有兩種，一是運(yùn)動圖(如速度圖象)，二是力隨時間變化的圖象考查對運(yùn)動和力的關(guān)系的同時還考查學(xué)生的綜合運(yùn)用知識的能力 例3：如圖224(甲)，質(zhì)量為m的物塊疊放在質(zhì)量為2m的足夠長

21、的木板上方右側(cè)，木板放在光滑的水平地面上，物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為=0.2.在木板上施加一水平向右的拉力F，在03s內(nèi)F的變化如圖224(乙)所示，圖中F以mg為單位，重力加速度g=10m/s2.整個系統(tǒng)開始時靜止(1)求1s、2s、3s末木板的速度以及2s、3s末物塊的速度；(2)在同一坐標(biāo)系中畫出03s內(nèi)木板和物塊的v-t圖象，據(jù)此求03s內(nèi)物塊相對于木板滑過的距離圖224 【解析】本題為連接體問題，應(yīng)先判斷兩者有無相對運(yùn)動問題解：(1)設(shè)木板和物塊的加速度分別為a和a，在t時刻木板和物塊的速度分別為vt和vt，木板和物塊之間摩擦力的大小為f，依牛頓第二定律、運(yùn)動學(xué)公式得f=mg f=

22、ma a=2m/s2F-f=(2m)a 01s，a1=4m/s21，a2=1m/s22s，a3= -1m/s22秒末之前vtvt，因此兩者相對滑動vt2=vt1+a(t2-t1) vt2=vt1+a(t2-t1) 由式與題給條件得v1=4m/s,v=4.5m/s,v2=4m/s,v3=4m/s v2=4m/s，v3=4m/s (2)由式得到物塊與木塊運(yùn)動的v-t圖象，如下圖所示，在03s內(nèi)物塊相對于木板滑過的距離s等于木板和物塊v-t圖線下的面積之差，即圖中帶陰影的四邊形面積，該四邊形由兩個三角形組成，上面的三角形面積為，下面的三角形面積為2m，因此 這類題目解題時要充分讀懂圖象中的信息，然后

23、與受力分析相結(jié)合，把相關(guān)的信息帶到動力學(xué)問題中進(jìn)行解題 某探究性學(xué)習(xí)小組對一輛自制小遙控車的性能進(jìn)行研究他們讓這輛小車在水平地面上由靜止開始運(yùn)動，并將小車運(yùn)動的全過程記錄下來，通過數(shù)據(jù)處理得到如圖225所示的v-t圖象，已知小車0ts內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動；ts10s內(nèi)小車牽引力的功率保持不變，且7s10s為勻速直線運(yùn)動；在10s末停止遙控讓小車自由滑行，小車質(zhì)量m=1kg，整個過程中小車受到的阻力f大小不變求： (1)小車所受阻力f的大?。?2)在ts10s內(nèi)小車牽引力的功率P；(3)小車在加速運(yùn)動過程中的總位移s.圖225【解析】(1)在10s末撤去牽引力后，小車只在阻力f作用下做勻減速運(yùn)動由

24、圖象可得減速時a= -2m/s2則f=ma=2N(2)小車的勻速運(yùn)動階段即7s10s內(nèi)，設(shè)牽引力為F，則F=f由圖象可知vm=6m/s所以P=Fvm=12W所以0ts內(nèi)的加速度大小為 ， 時間ts1在07s內(nèi)由動能定理可得(3)小車的加速運(yùn)動過程可以分解為0t和t7s兩段 由于t s時功率為12W 所以此時牽引力為四、傳送帶問題 此類題目的難度可變性大，一般與摩擦力相聯(lián)系，還能往能量問題方面延伸，最主要的是與摩擦力及相對運(yùn)動的情況相關(guān)，摩擦力的情形比較復(fù)雜，要區(qū)分動摩擦力和靜摩擦力、是動力還是阻力這是考查對整個力學(xué)知識和綜合分析能力的熱點(diǎn)問題例4：如圖226所示為倉庫中常用的皮帶傳輸裝置示意圖，它由兩臺皮帶傳送機(jī)組成，一臺水平傳送，A、B兩端相距3m，另一臺傾斜，傳送帶與地面的傾角=37，C、D兩端相距，B、C相距很近水平部分AB以5m/s的速率順時針傳送將質(zhì)量為10kg的一袋大米放在A端，到達(dá)B端后，速度大小不變地傳到傾斜的CD部分，米袋與傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為0.5.試求：圖226(1)若CD部分傳送帶不運(yùn)轉(zhuǎn)，求米袋沿傳送帶所能上升的最大距離(2)若要米袋能被送到D端，求CD部分順時針運(yùn)轉(zhuǎn)的速度應(yīng)滿足的條件及米袋從C端到D端所用時間的取值范圍【解析】這類題目一般都是較難題，解題時一定要分析清楚摩擦力