2019年度高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律专题强化三动力学两类基本问题和临界极值问题课件.ppt

第三章牛顿运动定律,专题强化三动力学两类基本问题和临界极值问题,过好双基关,一、动力学的两类基本问题1.由物体的受力情况求解运动情况的基本思路：先求出几个力的合力，由牛顿第二定律(F合ma)求出，再由运动学的有关公式求出速度或位移.2.由物体的运动情况求解受力情况的基本思路：已知加速度或根据运动规律求出，再由牛顿第二定律求出合力，从而确定未知力.应用牛顿第二定律解决动力学问题，受力分析和运动分析是关键，加速度是解决此类问题的纽带，分析流程如下：,加速度,加速度,自测1(多选)(2016全国卷19)两实心小球甲和乙由同一种材料制成，甲球质量大于乙球质量.两球在空气中由静止下落，假设它们运动时受到的阻力与球的半径成正比，与球的速率无关.若它们下落相同的距离，则A.甲球用的时间比乙球长B.甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小C.甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小D.甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功,答案,解析,因f甲f乙，由球克服阻力做功Wffh知，甲球克服阻力做功较大，选项D正确.,二、动力学中的临界与极值问题1.临界或极值条件的标志(1)题目中“刚好”“恰好”“正好”等关键词句，明显表明题述的过程存在着点.(2)题目中“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词句，表明题述过程存在着“起止点”，而这些“起止点”一般对应着状态.(3)题目中“最大”“最小”“至多”“至少”等词句，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点.,临界,临界,2.常见临界问题的条件(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是：弹力FN.(2)相对滑动的临界条件：静摩擦力达到.(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力；绳子松弛的临界条件是FT0.(4)最终速度(收尾速度)的临界条件：物体所受合外力为.,0,最大值,零,自测2(2015山东理综16)如图1，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑.已知A与B间的动摩擦因数为1，A与地面间的动摩擦因数为2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力.A与B的质量之比为,图1,研透命题点,1.解题关键(1)两类分析物体的受力分析和物体的运动过程分析；(2)两个桥梁加速度是联系运动和力的桥梁；速度是各物理过程间相互联系的桥梁.2.常用方法(1)合成法在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用合成法.(2)正交分解法若物体的受力个数较多(3个或3个以上)时，则采用正交分解法.,基础考点自主悟透,类型1已知物体受力情况，分析物体运动情况例1(2014课标全国卷24)公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离.当前车突然停止时，后车司机可以采取刹车措施，使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰.通常情况下，人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1s.当汽车在晴天干燥沥青路面上以108km/h的速度匀速行驶时，安全距离为120m.设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时的.若要求安全距离仍为120m，求汽车在雨天安全行驶的最大速度.,答案20m/s,答案,解析,解析设路面干燥时，汽车与地面间的动摩擦因数为0，刹车时汽车的加速度大小为a0，安全距离为s，反应时间为t0，由牛顿第二定律和运动学公式得0mgma0,式中，m和v0分别为汽车的质量和刹车前的速度.设在雨天行驶时，汽车与地面间的动摩擦因数为，依题意有,设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a，安全行驶的最大速度为v，由牛顿第二定律和运动学公式得mgma,联立式并代入题给数据得v20m/s(v24m/s不符合实际，舍去),变式1如图2所示滑沙游戏中，做如下简化：游客从顶端A点由静止滑下8s后，操纵刹车手柄使滑沙车匀速下滑至底端B点，在水平滑道上继续滑行直至停止.已知游客和滑沙车的总质量m70kg，倾斜滑道AB长lAB128m，倾角37，滑沙车底部与沙面间的动摩擦因数0.5.滑沙车经过B点前后的速度大小不变，重力加速度g取10m/s2，sin370.6，cos370.8，不计空气阻力.(1)求游客匀速下滑时的速度大小；,答案16m/s,图2,解析由mgsinmgcosma，解得游客从顶端A点由静止滑下的加速度a2m/s2.游客匀速下滑时的速度大小为vat116m/s.,(2)求游客匀速下滑的时间；,答案4s,答案,解析,(3)若游客在水平滑道BC段的最大滑行距离为16m，则他在此处滑行时，需对滑沙车施加多大的水平制动力？,答案210N,答案,解析,解析设游客在BC段的加速度大小为a，由0v22ax,类型2已知物体运动情况，分析物体受力情况例2(2014课标全国卷24)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39km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5km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.取重力加速度的大小g10m/s2.(1)若忽略空气阻力，求该运动员从静止开始下落至1.5km高度处所需的时间及其在此处速度的大小；,答案87s8.7102m/s,答案,解析,解析设该运动员从开始自由下落至1.5km高度处的时间为t，下落距离为s，在1.5km高度处的速度大小为v.根据运动学公式有vgtsgt2根据题意有s3.9104m1.5103m3.75104m联立式得t87sv8.7102m/s,(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图象如图3所示.若该运动员和所带装备的总质量m100kg，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0.008kg/m,解析该运动员达到最大速度vmax时，加速度为零，根据平衡条件有mgkvmax2由所给的vt图象可读出vmax360m/s由式得k0.008kg/m,图3,变式2如图4甲所示，质量m1kg的物块在平行斜面向上的拉力F作用下从静止开始沿斜面向上运动，t0.5s时撤去拉力，利用速度传感器得到其速度随时间的变化关系图象(vt图象)如图乙所示，g取10m/s2，求：图4(1)2s内物块的位移大小x和通过的路程L；,答案0.5m1.5m,答案,解析,解析在2s内，由题图乙知：物块上升的最大距离：x121m1m物块下滑的距离：x211m0.5m所以位移大小xx1x20.5m路程Lx1x21.5m,(2)沿斜面向上运动的两个阶段加速度大小a1、a2和拉力大小F.,答案4m/s24m/s28N,解析由题图乙知，所求两个阶段加速度的大小a14m/s2a24m/s2设斜面倾角为，斜面对物块的摩擦力为Ff，根据牛顿第二定律有00.5s内：FFfmgsinma10.51s内：Ffmgsinma2解得F8N,1.将“多过程”分解为许多“子过程”，各“子过程”间由“衔接点”连接.2.对各“衔接点”进行受力分析和运动分析，必要时画出受力图和过程示意图.3.根据“子过程”“衔接点”的模型特点选择合理的物理规律列方程.4.分析“衔接点”速度、加速度等的关联，确定各段间的时间关联，并列出相关的辅助方程.5.联立方程组，分析求解，对结果进行必要的验证或讨论.,能力考点师生共研,例3(2015全国卷25)下暴雨时，有时会发生山体滑坡或泥石流等地质灾害.某地有一倾角为37(sin37)的山坡C，上面有一质量为m的石板B，其上下表面与斜坡平行；B上有一碎石堆A(含有大量泥土)，A和B均处于静止状态，如图5所示.假设某次暴雨中，A浸透雨水后总质量也为m(可视为质量不变的滑块)，在极短时间内，A、B间的动摩擦因数1减小为，B、C间的动摩擦因数2减小为0.5，A、B开始运动，此时刻为计时起点；在第2s末，B的上表面突然变为光滑，2保持不变.已知A开始运动时，A离B下边缘的距离l27m，C足够长，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.取重力加速度大小g10m/s2.求：(1)在02s时间内A和B加速度的大小；,图5,答案3m/s21m/s2,解析在02s时间内，A和B的受力如图所示，其中Ff1、FN1是A与B之间的摩擦力和正压力的大小，Ff2、FN2是B与C之间的摩擦力和正压力的大小，方向如图所示.由滑动摩擦力公式和力的平衡条件得Ff11FN1FN1mgcosFf22FN2FN2FN1mgcos，FN1FN1规定沿斜面向下为正.设A和B的加速度分别为a1和a2，由牛顿第二定律得mgsinFf1ma1mgsinFf2Ff1ma2，Ff1Ff1,联立式，并代入题给条件得a13m/s2a21m/s2.,(2)A在B上总的运动时间.,答案,解析,答案4s,解析在t12s时，设A和B的速度分别为v1和v2，则v1a1t16m/sv2a2t12m/s2s后，设A和B的加速度分别为a1和a2.此时A与B之间摩擦力为零，同理可得a16m/s2a22m/s2由于a20，可知B做减速运动.设经过时间t2，B的速度减为零，则有v2a2t20联立式得t21s,在t1t2时间内，A相对于B运动的距离为,此后B静止不动，A继续在B上滑动.设再经过时间t3后A离开B，则有,可得t31s(另一解不合题意，舍去)设A在B上总的运动时间t总，有t总t1t2t34s,变式3(2018华中师范大学附中模拟)如图6甲所示为一倾角37足够长的斜面，将一质量m1kg的物体在斜面上静止释放，同时施加一沿斜面向上的拉力，拉力随时间变化关系图象如图乙所示，物体与斜面间动摩擦因数0.25.取g10m/s2，sin370.6，cos370.8，求：(1)2s末物体的速度大小；,答案5m/s,图6,解析分析可知物体在前2s内沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得mgsinF1mgcosma1，v1a1t1，代入数据可得v15m/s.,(2)前16s内物体发生的位移.,答案,解析,答案30m，方向沿斜面向下,当拉力为F24.5N时，由牛顿第二定律可得mgsinmgcosF2ma2，代入数据可得a20.5m/s2，物体经过t2时间速度减为零，则0v1a2t2，t210s，,由于mgsinmgcos0FfFN在竖直方向上，由平衡条件得FNFsinmg,答案,解析,答案30,所以当30时，拉力最小.,1,2,3,4,4.如图4所示，静止在光滑水平面上的斜面体，质量为M，倾角为，其斜面上有一静止的滑块，质量为m，两者之间的动摩擦因数为，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力，重力加速度为g.现给斜面体施加水平向右的力使斜面体加速运动，求：(1)若要使滑块与斜面体一起加速运动，图中水平向右的力F的最大值；,答案,解析,图4,1,2,3,4,解析当滑块与斜面体一起向右加速时，力F越大，加速度越大，当F最大时，斜面体对滑