2014届高三物理二轮专题复习课件牛顿运动定律及其应用

牛顿运动定律及其应用 1 1.牛顿第二定律的“四性”: (1)矢量性:公式F=ma是_,F与a_; (2)瞬时性:力与_同时产生,同时变化; (3)同体性:F=ma中,F、m、a对应_; (4)独立性:分力产生的加速度相互_,与其他加速度_。 矢量式方向相同 加速度 同一物体 独立无关 2 2.超重和失重: (1)超重: 受力特点:_; 运动特点:_或_。 (2)失重: 受力特点:_; 运动特点:_或_。 合外力的方向竖直向上 向上加速运动向下减速运动 合外力的方向竖直向下 向下加速运动向上减速运动 3 1.(2013安徽高考)如图图所示,细线细线 的一端系 一质质量为为m的小球,另一端固定在倾倾角为为的 光滑斜面体顶顶端,细线细线 与斜面平行。在斜面 体以加速度a水平向右做匀加速直线线运动动的过过程中,小球始终终 静止在斜面上,小球受到细线细线 的拉力T和斜面的支持力FN分别为别为 (重力加速度为为g) ( ) 4 A.T=m(gsin+acos) FN=m(gcos-asin) B.T=m(gcos+asin) FN=m(gsin-acos) C.T=m(acos-gsin) FN=m(gcos+asin) D.T=m(asin-gcos) FN=m(gsin+acos) 5 【解析】选A。受力分析如图,建立如图所示 的坐标系 在竖直方向上受力平衡,合力为零,列式可得: FNcos+Tsin-mg=0 在水平方向上,由牛顿第二定律可得:Tcos-FNsin=ma 联立两式可解得:T=m(gsin+acos) FN=m(gcos-asin) 故A项正确。 6 2.(2013新课标课标 全国卷)一物块块静止在粗糙的水平桌面上。 从某时时刻开始,物块块受到一方向不变变的水平拉力作用。假设设物 块块与桌面间间的最大静摩擦力等于滑动动摩擦力。以a表示物块块的 加速度大小,F表示水平拉力的大小。能正确描述F与a之间间关系 的图图像是 ( ) 7 【解析】选C。物块在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用, 根据牛顿第二定律,有F-f=ma,即F=ma+f,该关系为线性函数。 当a=0时,F=f;当F=0时,a=- 。符合该函数关系的图像为C。 8 3.(2013山东东高考)如图图所示,一质质量m=0.4kg 的小物块块,以v0=2m/s的初速度,在与斜面成某 一夹夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速 运动动,经经t=2s的时间时间 物块块由A点运动动到B点,A、B之间间的距离 L=10m。已知斜面倾倾角=30,物块块与斜面之间间的动动摩擦因 数= 。重力加速度g取10m/s2。 (1)求物块块加速度的大小及到达B点时时速度的大小。 (2)拉力F与斜面夹夹角多大时时,拉力F最小?拉力F的最小值值是多 少? 9 【解析】(1)由运动学方程得:L=v0t+ at2 2aL= 代入数值解得:a=3m/s2,vB=8m/s 10 (2)对物块受力分析如图所示, 设拉力F与斜面成角,对物块由牛顿第二定律得: 垂直斜面方向:Fsin+N-mgcos30=0 沿斜面方向:Fcos-mgsin30-f=ma 又f=N 联立各式,代入数值解得:Fcos+ Fsin=5.2 则F= 当=30时,拉力F有最小值,且Fmin= N 答案:(1)3m/s2 8 m/s (2)30 N 11 热点考向1 动力学图像问题 【典例1】(多选选)(2013银银川二模)如图图所 示,一质质量为为m的滑块块,以初速度v0从倾倾角为为 的斜面底端滑上斜面,当其速度减为为零后又沿斜面返回底端, 已知滑块块与斜面间间的动动摩擦因数为为,若滑块块所受的摩擦力为为 f、所受的合外力为为F合、加速度为为a、速度为为v,规规定沿斜面向 上为为正方向,在滑块块沿斜面运动动的整个过过程中,这这些物理量随 时间变时间变 化的图图像大致正确的是 ( ) 12 13 【解题题探究】 (1)请请画出滑块块向上和向下运动动的受力分析图图。 提示: 14 (2)请结合受力分析图判断各物理量的变化情况: 物理量变变化情况 大小方向 f_ F合_ a_ v_ 不变变由负负向变为变为 正向 变变小不变变 变变小不变变 先变变小后变变大由正向变为负变为负 向 15 【解析】选A、D。对滑块沿斜面向上和向下过程进行受力分析 ,可知滑块所受的滑动摩擦力大小不变,均为f=mgcos,方向 由负向变为正向,选项A正确;滑块沿斜面向上运动时,F合 =mgsin+mgcos,沿斜面向下运动时,滑块所受的合外力的 大小F合=mgsin-mgcos,显然合外力变小,方向始终沿负向 ,选项B错误;加速度的变化情况与合外力相同,选项C错误;向上 运动过程中滑块做匀减速运动,向下运动过程中,滑块做匀加速 运动,向上时的加速度大于向下时的加速度,选项D正确。 16 【总结提升】 处理动力学图像问题的一般思路 (1)依据题意,合理选取研究对象; (2)对物体先受力分析,再分析其运动过程; (3)将物体的运动过程与图像对应起来; (4)对于相对复杂的图像,可通过列解析式的方法进行判断。 17 【变变式训练训练 】(2013浙江高考改编编)如图图所示,水平木板上有 质质量m=1.0kg的物块块,受到随时间时间 t变变化的水平拉力F作用,用力 传传感器测测出相应时应时 刻物块块所受摩擦力f的大小。取重力加速度 g=10m/s2,下列判断正确的是 ( ) 18 A.5 s内物块块的位移为为零 B.4 s末物块块所受合力大小为为4.0 N C.物块块与木板之间间的动动摩擦因数为为0.4 D.69 s内物块块的加速度大小为为2.0 m/s2 19 【解析】选D。由题可得:物块所受的最大静摩擦力为4 N,滑动 摩擦力为3 N,物块在4 s末就开始运动了,故5 s内物块发生了 运动,产生了位移,A项错误;4 s末物块所受拉力为4 N,所受最 大静摩擦力也为4 N,合力大小为0,B项错误;物块与木板之间的 滑动摩擦力为3 N,物块对木板的压力为10 N,物块与木板之间 的动摩擦因数为0.3,C项错误;69 s内拉力大小为5 N,物块所 受的滑动摩擦力为3 N,合力为2 N,由牛顿第二定律可得,物块 的加速度大小为2.0 m/s2,D项正确。 20 【变变式备选备选 】(多选选)将一个物体以初速度v0从地面竖竖直向上 抛出,经经一段时间时间 后落回地面。设设物体在运动过动过 程中所受空气 阻力大小不变变,取竖竖直向上为为正方向。下列关于速度v、加速度 a随时间时间 t变变化的图图像正确的是 ( ) 21 【解析】选B、D。物体向上运动时重力和阻力都向下;向下运 动时重力向下,阻力向上。物体所受合力的方向都向下,加速度 方向都向下,由牛顿第二定律知,物体向上运动时的加速度大于 向下运动时的加速度,加速度越大,v-t图像斜率的绝对值越大, 又由于物体上升和下落的位移大小相同,所以物体向上运动的 时间小于下落的时间,故选项A、C错误,B、D正确。 22 热点考向2 连接体问题 【典例2】(15分)如图图所示,一工件置于水平 地面上,工件质质量M=0.8kg,其AB段为为一半径 R=1.0m的光滑圆圆弧轨轨道,圆圆弧轨轨道上的P点到BC的高度差 h=0.2m,将一可视为质视为质 点的物块块置于P点,物块质块质 量m=0.2kg,若 将一水平恒力F作用于工件上,使物块块与工件保持相对对静止,一 起向左做匀加速直线线运动动,工件与地面间间的动动摩擦因数 =0.1,g取10m/s2,求F的大小。 23 【解题题探究】 (1)设设物块块和O的连线连线 与竖竖直方向的夹夹角为为,请请用已知物理 量的符号,写出以下物理量的表达式: 物块块所受的弹弹力N=_; 工件与物块块整体向左匀加速运动动的加速度a的表达式为为 a=_; gtan 24 (2)水平恒力F与加速度a之间满间满 足何种关系? 提示:对物块和工件整体由牛顿第二定律得 F-(M+m)g=(M+m)a。 25 【解析】设物块和O的连线与竖直方向的夹角为,物块与工 件一起运动的加速度为a,对物块进行受力分析,由牛顿第二 定律得:竖直方向:Ncos=mg (3分) 水平方向:Nsin=ma (3分) 由几何知识得:cos= ,sin= (4分) 对于物块与工件整体由牛顿第二定律得: F-(M+m)g=(M+m)a (3分) 代入数据,由式得:F=8.5N (2分) 答案:8.5N 26 【拓展延伸】典例中: (1)若P点的位置不同,恒力F的值值相同吗吗,为为什么? 提示:不相同。若P点的位置不同,物块和O的连线与竖直方向的 夹角将变化,物块与工件一起运动的加速度a将变化,由 F=(M+m)a+(M+m)g得恒力F的值会变化。 27 (2)若恒力F变变大或变变小了,物块块将相对对于工件分别别向哪个方向 运动动? 提示:若恒力F变大,加速度a将变大,夹角将变大,物块将相对 于工件沿圆轨道向上运动;同理,若恒力F变小,物块将相对于工 件沿圆轨道向下运动。 28 【总结提升】 应用牛顿第二定律解题的一般步骤 (1)结合题意,灵活选取研究对象,可以是单个物体,也可以是多 个物体组成的系统; (2)分析研究对象的运动情况和受力情况; (3)根据牛顿第二定律列方程; (4)统一单位后将数值代入方程求解。 29 【变变式训练训练 】(2013武汉汉二模)质质量为为2m的物 块块A和质质量为为m的物块块B相互接触放在水平面上, 如图图所示,若对对A施加水平推力F,则则两物块块沿水平方向做加速 运动动,关于A对对B的作用力,下列说说法正确的是 ( ) A.若水平面光滑,物块块A对对B的作用力大小为为F B.若水平面光滑,物块块A对对B的作用力大小为为 F C.若物块块A与地面无摩擦,B与地面的动动摩擦因数为为,则则物块块 A对对B的作用力大小为为mg D.若物块块A与地面无摩擦,B与地面的动动摩擦因数为为,则则物块块 A对对B的作用力大小为为 30 【解析】选D。若水平面光滑,由牛顿运动定律得A、B整体的 加速度为a1= ,物块A对B的作用力大小为F1=ma1= ,选项A、 B错误;若物块A与地面无摩擦,B与地面的动摩擦因数为,由 牛顿第二定律得A、B整体的加速度为a2= ,又由F2- mg=ma2,物块A对B的作用力大小为F2= ,故选项C错 误,D正确。 31 热点考向3 多过程问题 【典例3】(16分)如图图所示,一个质质量M=2kg的 物块块(可视为质视为质 点)从光滑四分之一圆圆弧轨轨道 顶顶端由静止滑下,圆圆弧轨轨道半径R=0.8m,到达底端时时恰好进进入 与圆圆弧轨轨道底端相切的水平传传送带带,传传送带带由一电动电动 机驱动驱动 着匀速向左转动转动 ,速度大小v=3m/s,已知物块块与传传送带间带间 的动动 摩擦因数=0.1,两皮带轮带轮 之间间的距离L=6m,重力加速度 g=10m/s2。 (1)求物块块滑到圆圆弧轨轨道底端时对轨时对轨 道的压压力大小; (2)物块块将从传传送带带的哪一端离开传传送带带? 32 【解题题探究】 (1)物块块滑到轨轨道底端时对轨时对轨 道压压力的求解思路: 先求物块块滑到轨轨道底端的速度v0: a.物理规规律:_; b.方程式:_。 动动能定理 33 求物块滑到轨道底端时轨道的弹力N: a.物理规律:_; b.方程式:_。 利用_得物块对轨道的压力。 牛顿第二定律 牛顿第三定律 34 (2)如何判断物块块将从传传送带带哪端离开? 提示:比较物块速度为零时在传送带上的位移x与传送带的长度 L的大小。若xL,物块将从传送带的右端离开;反之将从传送带 的左端离开。 35 【解析】(1)由动能定理得:MgR= -0 (3分) 由牛顿第二定律得:N-Mg=M (3分) 由牛顿第三定律得物块对轨道的压力为:N=-N (2分) 解得:N=60N。 (2分) 36 (2)物块在传送带上运动的过程由牛顿第二定律得: mg=ma (2分) 由匀变速直线运动规律得:02- =2(-a)x (2分) 解得:x=8m (1分) 因xL,故物块将从传送带的右端离开。 (1分) 答案:(1)60N (2)右端 37 【拓展延伸】典例中: (1)若传传送带长带长 度变为变为 10m,物块块将从传传送带带的哪一端离开传传 送带带? 提示:因xv1,则则 ( ) 42 A.t2时时刻,小物块块离A处处的距离达到最大 B.t2时时刻,小物块块相对传对传 送带带滑动动的距离最大 C.0t2时间时间 内,小物块块受到的摩擦力方向先向右后向左 D.0t3时间时间 内,小物块块始终终受到大小不变变的摩擦力作用 43 【解析】选B。物块滑上传送带后将做匀减速运动,t1时刻速度 为零,此时小物块离A处的距离达到最大,选项A错误;然后在传 送带滑动摩擦力的作用下向右做匀加速运动,t2时刻与传送带达 到共同速度,此时小物块相对传送带滑动的距离最大,选项B正 确;0t2时间内,小物块受到的摩擦力方向始终向右,选项C错误 ;t2t3时间内小物块不受摩擦力,选项D错误。 44 1.一辆辆空车车和一辆满载货辆满载货 物的同型号汽车车,在同一路面上以相 同的速度向同一方向行驶驶。两辆辆汽车车同时紧时紧 急刹车车后(即车轮车轮 不滚动滚动 只滑动动),以下说说法正确的是 ( ) A.满载货满载货 物的汽车车由于惯惯性大,滑行距离较较大 B.满载货满载货 物的汽车车由于受摩擦力较较大,滑行距离较较小 C.两辆辆汽车车滑行的距离相同 D.满载货满载货 物的汽车车比空车车先停下来 45 【解析】选C。两辆汽车的加速度为a=g,由于初速度相同,故 滑行的距离相同,选项C正确。 46 2.(2013合肥二模)如图图所示,在封闭闭的木箱内底 部有一斜面,木箱静止时时在斜面上放置一物块块,物 块处块处 于静止状态态。某时时刻,使木箱突然做匀加速直 线线运动动,加速度的大小小于当地的重力加速度,则该则该 瞬间间物块块 和斜面间间的摩擦力一定减小的是 ( ) A.竖竖直向下做匀加速直线线运动动 B.竖竖直向上做匀加速直线线运动动 C.水平向右做匀加速直线线运动动 D.水平向左做匀加速直线线运动动 47 【解析】选A。物块静止时受力如图所示,木箱 竖直向下做匀加速直线运动时,物块处于失重 状态,N减小,水平方向有Nsin=fcos,故f减 小,选项A正确;木箱竖直向上做匀加速直线运 动时,物块处于超重状态,N增大,由Nsin=fcos可知f增大, 选项B错误;木箱水平向右做匀加速直线运动时,水平方向有 Fcos-Nsin=ma,竖直方向有Ncos+fsin-mg=0,若物块 相对木箱静止,则f增大,N变小,选项C错误;同理,木箱水平向 左做匀加速直线运动时,物块可能相对木箱静止,也可能相对 木箱上滑,f可能变大,也可能变小,选项D错误。 48 3.(2013成都二模)我国第一台自行设设 计计、自主集成研制的“蛟龙龙号”载载人潜 水器完成5000米级级海试试回国,如图图所示。 “蛟龙龙号”采用常用的“深潜器无动动力下潜上浮技术术”。潜水 器两侧侧配备备4块压载铁块压载铁 ,重量可以根据不同深度与要求调调整。当 潜水器两侧侧配备备4块压载铁时块压载铁时 ,潜水器下潜一定深度后按恒定速 度下潜;当潜水器到达一定深度时时,可操作抛载载其中2块压载铁块压载铁 , 49 使潜水器悬悬停在指定深度上实现实现 作业业,包括航行、拍照、取样样 等;当任务务完成,再抛载载另外2块压载铁块压载铁 ,使潜水器上浮,到达水 面,设设潜水器在水中受到的阻力与速度的平方成正比,潜水器 受到的浮力恒定,下列说说法正确的是 ( ) 50 A.潜水器两侧侧配备备4块压载铁时块压载铁时 ,向下做匀加速运动动 B.潜水器抛载载其中2块压载铁时块压载铁时 ,潜水器将做匀减速运动动 C.潜水器两侧侧配备备4块压载铁时块压载铁时 ,先向下做加速度逐渐渐减小的 加速运动动,然后做匀速运动动 D.潜水器抛载载所有压载铁时压载铁时 ,潜水器向上做匀速运动动至浮出水 面 51 【解析】选C。潜水器两侧配备4块压载铁时,对潜水器进行受 力分析,根据牛顿第二定律可得G1-kv2-F浮=ma,当速度增大时,加 速度逐渐减小,当加速度减小到零时,速度达到最大值,潜水器 做匀速运动,选项A错误,选项C正确;潜水器抛载其中2块压载铁 时,对潜水器进行受力分析,根据牛顿第二定律可得-G2+ kv2+F浮 =ma,潜水器将做加速度逐渐减小的减速运动,选项B错误;潜水 器抛载所有压载铁时,根据牛顿第二定律得-G3-kv2+F浮=ma,潜水 器将做加速度逐渐减小的加速运动,选项D错误。 52 4.(2013潍潍坊一模)如图图所示,倾倾角为为30 的光滑斜面与粗糙的水平面平滑连连接。 现现将一滑块块(可视为质视为质 点)从斜面上A点由静止释释放,最终终停在 水平面上的C点。已知A点距水平面的高度h=0.8m,B点距C点的 距离L=2.0m。(滑块经过块经过 B点时时没有能量损损失,g=10m/s2)求: (1)滑块块在运动过动过 程中的最大速度; (2)滑块块与水平面间间的动动摩擦因数; (3)滑块块从A点释释放后,经过时间经过时间 t=1.0s速度的大小。 53 【解析】(1)滑块在B点时速度最大,由动能定理得: mgh= -0 解得:vB=4m/s (2)滑块在水平面上运动时,由牛顿第二定律得: mg=ma 解得:a=g 由运动学知识得: -0=2aL 由得:=0.4 54 (3)滑块在斜面上运动的时间:t= =0.8s 因此滑块从A点释放后经过时间t=1.0s已在水平面上运动了 0.2 s,此时的速度:v=vB-g0.2s=3.2 m/s 答案:(1)4m/s (2)0.4 (3)3.2 m/s 55 三 板块块模型问题问题 的规规范求解 【案例剖析】(18分)(2013新课标课标 全国卷)一 长长木板在水平地面上运动动,在t=0时时刻将一相对对 于地面静止的物块轻块轻 放到木板上,以后木板运动动 的速度-时间图时间图 像如图图所示。已知物块块与木板的质质量相等,物 块块与木板间间及木板与地面间间均有摩擦。物块块与木板间间的最大静 摩擦力等于滑动动摩擦力,且物块块始终终在木板上。取重力加速 度的大小g=10 m/s2,求: 56 (1)物块块与木板间间、木板与地面间间的动动摩擦因数; (2)从t=0时时刻到物块块与木板均停止运动时动时 ,物块块相对对于木板 的位移的大小。 57 【审题】抓住信息,准确推断 关键信息信息挖掘 题 干 相对于地面静止的物块 轻放到木板上 开始时物块相对于木板会发 生滑动 速度-时间图像可求出木板运动过程的加速 度 物块始终在木板上物块与木板间始终存在摩擦 力 问 题 动摩擦因数与滑动