高考物理一轮复习专题6.2动力学之“连接体与叠加体”精讲精练（含解析）.docx

专题6.2、动力学之“连接体与叠加体”（精讲精练）内容简介第一部分：对牛顿三大定律的准确理解第二部分：本章前四类重点题型详细讲第二部分：本章前四类重点题型详细讲题型简介题型一、对牛顿运动定律的准确理解题型二、两类动力学问题的灵活应用题型三、连接体中内外力的关系计算题型四、叠加体中临界值的计算第一部分：对牛顿三大定律的准确理解一、牛顿运动定律产生的历史背景：(1)伽利略利用“理想实验”得出“力是改变物体运动状态的原因”的观点，推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的错误观点。(2)英国科学家牛顿在自然哲学的数学原理著作中提出了“牛顿第一、第二、第三定律”。二、牛顿三大定律的准确理解1.对牛顿第一定律的理解(1)提出惯性的概念：牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性，惯性是物体的一种固有属性，质量是惯性的唯一量度。(2)揭示力的本质：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。2.牛顿第一定律与牛顿第二定律的对比牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律；牛一定律是研究平衡态下物体的运动规律，而牛二定律则是研究非平衡态下物体的运动规律。3.一对作用力与反作用力和一对平衡力的比较三、牛顿第二定律的五大特性2.合力、加速度、速度间的决定关系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不为零，物体都有加速度。(2)a是加速度的定义式，a与v、t无必然联系；a是加速度的决定式，aF，a。(3)合力与速度同向时，物体加速运动；合力与速度反向时，物体减速运动。第二部分：本章前四类重点题型详细讲题型1、对牛顿运动定律的准确理解例1、下列说法正确的是()A.在高速公路上高速行驶的轿车的惯性比静止在货运场的集装箱货车的惯性大B.牛顿第一定律是根据理论推导出来的C.在粗糙水平面上滚动的小球最后会停下来是因为小球的惯性逐渐变为零；D.牛顿第二定律可以通过实验验证，牛顿第一定律则是人们抽象总结出来的规律。【答案】D【解析】惯性是物体的固有属性，质量是其唯一量度，A、C错；牛顿第一定律是牛顿在伽利略理想斜面实验的基础上，加上逻辑推理得出的规律，B错；物体可以做加速度逐渐减小的加速运动，D对。例2、如图所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法正确的是()A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力C.若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利D.若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利【答案】C【解析】甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，故选项A错误；甲对绳的拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上，不是作用力与反作用力，故选项B错误；设绳子的张力为F，则甲、乙两人受到绳子的拉力大小相等，均为F，若m甲m乙，则由a得，a甲a乙，由xat2得在相等时间内甲的位移小，因开始时甲、乙距分界线的距离相等，则乙会先过分界线，所以甲能赢得“拔河”比赛的胜利，故选项C正确；收绳速度与“拔河”比赛胜负无关，故选项D错误。题型2、两类动力学问题例3、如图所示，斜面上放置一质量为1kg的物块A，在水平外力F的作用下从静止开始沿斜面向上匀加速运动已知物块与斜面之间的摩擦因素 ，斜面的倾角为37，F的大小为20N，求第5s内物块产生的位移？a【答案】36【解析】对物体受力分析如图所示，利用正交分解法可得：代入参数得：a=8m/S2例4.(2016四川理综,10,17分)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23 m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4 m时,车头距制动坡床顶端38 m,再过一段时间,货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍。货物与货车分别视为小滑块和平板,取cos =1,sin =0.1,g=10 m/s2。求: (1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向;(2)制动坡床的长度。【答案】(1)5 m/s2方向沿制动坡床向下(2)98 m【解析】(1)设货物的质量为m,货物在车厢内滑动过程中,货物与车厢间的动摩擦因数=0.4,受摩擦力大小为f,加速度大小为a1,则f+mg sin=ma1f=mg cos联立式并代入数据得a1=5 m/s2a1的方向沿制动坡床向下。(2)设货车的质量为M,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23 m/s。货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38 m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s1,在车厢内滑动的距离s=4 m,货车的加速度大小为a2,货车相对制动坡床的运动距离为s2。货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的k倍,k=0.44,货车长度l0=12 m,制动坡床的长度为l,则Mg sin +F-f=Ma2F=k(m+M)gs1=vt-a1t2s2=vt-a2t2s=s1-s2l=l0+s0+s2联立并代入数据得l=98 m例5、质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的vt图象如图所示。g取10 m/s2，求：(1)物体与水平面间的运动摩擦系数； (2)水平推力的大小；【答案】 ，F=6N【解析】对物体进行运动分析：6s-10s的过程中：由v-t图形可得：物体的加速 a=2m/S26s-10s的过程中：对物体进行受力分析：得： 0s-6s的过程中：由v-t图形可得：物体的加速度 a=1m/S20s-6s的过程中：对物体进行受力分析：得 ，F=6N例6.（2014新课标2卷）2012年10月，奥地利极限运动员菲利克斯鲍姆加特纳乘气球升至约39 km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5 km高度处，打开降落伞并成功落地，打破了跳伞运动的多项世界纪录重力加速度的大小g取10 m/s2.(1)若忽略空气阻力，求该运动员从静止开始下落至1.5 km高度处所需的时间及其在此处速度的大小；(2)实际上，物体在空气中运动时会受到空气的阻力，高速运动时所受阻力的大小可近似表示为fkv2，其中v为速率，k为阻力系数，其数值与物体的形状、横截面积及空气密度有关已知该运动员在某段时间内高速下落的vt图像如图所示若该运动员和所带装备的总质量m100 kg，试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数(结果保留1位有效数字)【答案】 (1)87 s8.7102 m/s (2)0.008 kg/m【解析】(1)设该运动员从开始自由下落至1.5 km高度处的时间为t，下落距离为s，在1.5 km高度处的速度大小为v，根据运动学公式有vgtsgt2根据题意有s3.9104 m1.5103 m联立式得t87 sv8.7102 m/s(2)该运动员达到最大速度vmax时，加速度为零，根据牛顿第二定律有mgkv由所给的vt图像可读出vmax360 m/s由式得k0.008 kg/m 方法总结：处理第一类动力学问题的基本思路；先对物体进行受力分析，利用正交分解法或三角形法求得物体沿运动方向的加速度；再对物体进行运动分析，结合运动学公式求得相关参数；处理第二类动力学问题的基本思路；先对物体进行运动分析，结合物体的运动特点求得物体的加速度，再对物体进行受力分析，利用正交分解法或三角形法求得相关参数；处理两类动力学问题的思维导图题型3、连接体中内外力关系的计算常见的连体模型：连接体的特点：1、两个组员具有共同大小的加速度；2、两个组员具有共同大小的速度：处理连接体的基本方法：整体法与隔离法配合使用；（见专题05）例7.如图所示，光滑水平面上，放置A、B 两物块，在水平推力F 的作用下，向右加速运动，（1） 求：在A、B两物块之间的相互作用力 （2） （2）如果A、B 两物块与水平面间的摩擦因素为 ，【答案】【解析】（1）水平面光滑，分别对B，以及AB 整体受力分析，结合牛二定律可得：联立：1、2、3式可得： （2）水平面粗糙，分别对B，以及AB 整体受力分析，结合牛二定律可得：联立：4、5、6式可得： 第三部分：规律方法总结方法总结：1、处理动力学连接体内外力的关系时，只需要三个重要的表达式联立就可以搞定，这三个表达式可以用口诀“一零、一整、一桥梁，”来表述。（即隔离受力简单的物体的动力学表达式，整体的动力学表达式，以及两式中加速度相等的桥梁式） 2、如果A、B两物体与地面的摩擦因素 相同，结果可得A、B之间的相互作用力大小不变；但如果AB 与地面的摩擦因素 大小不同，则AB之间的作用力就会发生改变；可以记为口诀：“不患寡而患不均”。重要方法：“利用不对称合外力按质量比分配的原则”处理连接体内外力的关系：例8、（2017海南）如图，水平地面上有三个靠在一起的物块P、Q和R，质量分别为m、2m和3m，物块与地面间的动摩擦因数都为用大小为F的水平外力推动物块P，R和Q之间相互作用力F1与Q与P之间相互作用力F2大小之比为k下列判断正确的是（）【答案】BD【解析】将PQR 看成两部分，PQ为一部分，R 为一部分，结合结论：QR之间的力将QR看成一部分，P 看成一部分PQ之间的力：故，B正确，又因为PQR 与水平面间的摩擦因数相同，故D 也正确；例9、如图所示，在光滑的水平地面上有一个长为L，质量为4kg的木板A，在木板的左端有一个质量为2kg的小物体B，A、B之间的动摩擦因数为=0.2，（1）当对B施加水平向右的力F=5N作用时，求：A、B加速度分别为多大？（2）当对B施加水平向右的力F=10N作用时，求：A、B加速度分别为多大？【答案】提示：当不同大小的外力作用在物体上时，不能确定AB 之间会不会发生相对运动；为了更准确的对本题进行研究，需要先判断使得A、B 之间发生相对运动临界的外力大小是多大，是处理本题的关键；【解析】假设当外力F等于F0时AB 之间发生相对运动；此时AB 之间的静摩擦力达到最大静摩擦力；方法总结：处理叠加体的问题，要先求得AB 两物体之间发生相对运动的临界外力F0，是处理此类问题的关键；当求得F0后便可根据外力与F0 的大小关系来合理的选择是用整体法还是用隔离法处理问题；一句话处理叠加体类的问题关键在于“判断”。例10、【2014江苏卷】 如图所示，A、B两物块的质量分别为2m和m，静止叠放在水平地面上A、B间的动摩擦因数为，B与地面间的动摩擦因数为.最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.现对A施加一水平拉力F，则() A当F2mg 时，A、B都相对地面静止B当Fmg时，A的加速度为gC当F3mg时，A相对B滑动D无论F为何值，B的加速度不会超过g【答案】BCD【解析】所以当F超过 时，AB将相对地面运动；故A 错联立1、2、3式可求得临界外力F；所以当F= ，AB 之间不会发生相对运动，需要对AB 分析：故：B 对；所以本题