高考物理一轮复习 第2讲牛顿运动定律及其应用课件.ppt

第2讲牛顿运动定律及其应用 1 匀变速直线运动的规律 1 三个基本公式 速度公式 v 位移公式 x 位移速度关系式 2ax 2 两个重要推论 某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 即 任意两个连续相等时间 t 内的位移之差是一个恒量 即 x xn 1 xn 2 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 3 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 完全失重 只受 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 重力作用 1 2013 新课标全国卷 一物块静止在粗糙的水平桌面上 从某时刻开始 物块受到一方向不变的水平拉力作用 假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 以a表示物块的加速度大小 f表示水平拉力的大小 能正确描述f与a之间关系的图像是 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 ff ma 即f ma ff 该关系为线性函数 当a 0时 f ff 当f 0时 符合该函数关系的图像为c 2 2010 天津高考 质点做直线运动的v t图象如图所示 规定向右为正方向 则该质点在前8s内平均速度的大小和方向分别为 a 0 25m s向右b 0 25m s向左c 1m s向右d 1m s向左 解析 选b 由图象可知0 3s的位移为3m 3 8s的位移为 5m 前8s内的位移为 2m 因此前8s内平均速度的大小为0 25m s 方向向左 故选b 3 2013 天津高考 如图所示 小球用细绳系住 绳的另一端固定于o点 现用水平力f缓慢推动斜面体 小球在斜面上无摩擦地滑动 细绳始终处于直线状态 当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平 此过程中斜面对小球的支持力fn以及绳对小球的拉力ft的变化情况是 a fn保持不变 ft不断增大b fn不断增大 ft不断减小c fn保持不变 ft先增大后减小d fn不断增大 ft先减小后增大 解析 选d 力f推动斜面的过程中 小球始终处于动态平衡状态 由力的平衡条件知 支持力与绳的拉力的合力与小球所受重力始终等大反向 根据平行四边形定则作出三力关系图如图所示 当小球升到接近斜面顶端的过程中 细绳的拉力由开始方向向水平方向变化 由图可判断 fn不断增大 ft先减小后增大 a b c错 d对 热点考向1图像问题 典例1 2013 郑州二模 利用传感器与计算机结合 可以自动作出物体运动的图像 某同学在一次实验中得到运动小车的v t图像如图所示 由此图像可知 a 18s时的加速度大于13s时的加速度b 小车做曲线运动c 13s末小车距离出发点最远d 小车前10s内的平均速度比后10s内的大 解题探究 1 请确定图像中描述的物理量 图像上某点的切线斜率表示 图像与t轴所围面积表示 2 v t图像的形状表示运动轨迹吗 提示 v t图像描述的都是直线运动 形状不表示运动轨迹 物体在该时刻的加速度 物体在该过程的位移 解析 选a v t图像上某点的切线斜率大小表示加速度的大小 由图像可知18s时图像切线斜率大于13s时图像切线斜率 选项a正确 v t图像描述的是直线运动 并不是运动轨迹 选项b错误 小车的速度方向始终为正 即小车一直沿正方向运动 故20s末小车距离出发点最远 选项c错误 图像与t轴所围面积表示小车的位移 前10s内的位移小于后10s内的位移 由可得前10s内的平均速度比后10s内的小 选项d错误 总结提升 从v t图像中可读取的四个物理量 1 运动速度 从速度轴上直接读出 正负表示运动方向 2 运动时间 从时间轴上直接读出时刻 取差得到运动时间 3 运动加速度 由图线的斜率得到加速度 斜率的大小表示加速度的大小 斜率的正负反映了加速度的方向 4 运动的位移 图线与时间轴围成的面积表示位移的大小 时间轴以上的面积表示与规定的正方向相同 时间轴以下的面积表示与规定的正方向相反 变式训练 多选 2013 四川高考 甲 乙两物体在t 0时刻经过同一位置沿x轴运动 其v t图像如图所示 则 a 甲 乙在t 0到t 1s之间沿同一方向运动b 乙在t 0到t 7s之间的位移为零c 甲在t 0到t 4s之间做往复运动d 甲 乙在t 6s时的加速度方向相同 解析 选b d 在t 0到t 1s之间 甲沿正方向运动 而乙先沿负方向运动 再沿正方向运动 故选项a错误 在t 0到t 7s之间 乙在t上方所围面积与下方所围面积相等 则t 0到t 7s之间的位移为零 故选项b正确 甲在t 0到t 4s之间速度是正值 则甲沿正方向运动 故选项c错误 甲 乙在t 6s时的加速度方向都与正方向相反 故选项d正确 变式备选 2013 太原一模 将一弹性塑料球从距地面高度为h1处由静止释放 小球与地面碰撞后弹回到高度为h2处 设这一过程中空气阻力的大小恒定 不考虑小球与地面碰撞的时间及损失的动能 以向下为正方向 下列图像大致能反映该过程的是 解析 选b 弹性塑料球下落过程的加速度小于上升过程的加速度 且上升和下落过程的加速度方向相同 选项c d错误 弹性塑料球下落和上升过程的速度方向相反 选项a错误 b正确 热点考向2连接体问题 典例2 15分 如图所示 一工件置于水平地面上 工件质量m 0 8kg 其ab段为一半径r 1 0m的光滑圆弧轨道 圆弧轨道上的p点到bc的高度差h 0 2m 将一可视为质点的物块置于p点 物块质量m 0 2kg 若将一水平恒力f作用于工件上 使物块与工件保持相对静止 一起向左做匀加速直线运动 工件与地面间的动摩擦因数 0 1 g取10m s2 求f的大小 解题探究 1 设物块和o的连线与竖直方向的夹角为 请用已知物理量的符号 写出以下物理量的表达式 物块所受的弹力fn 工件与物块整体向左匀加速运动的加速度a的表达式为a 2 水平恒力f与加速度a之间满足何种关系 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 gtan 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 fncos mg 3分 水平方向 fnsin ma 3分 由几何知识得 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 拓展延伸 典例中 1 若p点的位置不同 恒力f的值相同吗 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 2 若恒力f变大或变小了 物块将相对于工件分别向哪个方向运动 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 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 变式训练 2013 武汉二模 质量为2m的物块a和质量为m的物块b相互接触放在水平面上 如图所示 若对a施加水平推力f 则两物块沿水平方向做加速运动 关于a对b的作用力 下列说法正确的是 a 若水平面光滑 物块a对b的作用力大小为fb 若水平面光滑 物块a对b的作用力大小为fc 若物块a与地面无摩擦 b与地面的动摩擦因数为 则物块a对b的作用力大小为 mgd 若物块a与地面无摩擦 b与地面的动摩擦因数为 则物块a对b的作用力大小为 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整体的加速度为又由f2 mg ma2 物块a对b的作用力大小为故选项c错误 d正确 热点考向3多过程问题 典例3 16分 如图所示 一个质量m 2kg的物块 可视为质点 从光滑四分之一圆弧轨道顶端由静止滑下 圆弧轨道半径r 0 8m 到达底端时恰好进入与圆弧轨道底端相切的水平传送带 传送带由一电动机驱动着匀速向左转动 速度大小v 3m s 已知物块与传送带间的动摩擦因数 0 1 两皮带轮之间的距离l 6m 重力加速度g 10m s2 1 求物块滑到圆弧轨道底端时对轨道的压力大小 2 物块将从传送带的哪一端离开传送带 解题探究 1 物块滑到轨道底端时对轨道压力的求解思路 先求物块滑到轨道底端的速度v0 a 物理规律 b 方程式 求物块滑到轨道底端时轨道的弹力fn a 物理规律 b 方程式 利用 得物块对轨道的压力 动能定理 牛顿第二定律 牛顿第三定律 2 如何判断物块将从传送带哪端离开 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x l 物块将从传送带的右端离开 反之将从传送带的左端离开 解析 1 由动能定理得 mgr 3分 由牛顿第二定律得 fn mg 3分 由牛顿第三定律得物块对轨道的压力fn 与fn大小相等 方向相反 2分 解得 fn 60n 2分 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 v02 2 a x 2分 解得 x 8m 1分 因x l 故物块将从传送带的右端离开 1分 答案 1 60n 2 右端 拓展延伸 典例中 1 若传送带长度变为10m 物块将从传送带的哪一端离开传送带 提示 因x l 故物块速度达到零后 没有到达传送带右端 将沿传送带向左运动 从传送带的左端离开 2 若传送带以3m s的速度沿顺时针方向转动 物块在离开传送带时的速度大小是多少 提示 物块滑到轨道底端的速度v0 4m s 物块速度由v0 4m s变为v 3m s的过程中 运动的位移x 3 5m l 6m 故物块离开传送带时的速度大小为3m s 总结提升 多过程问题求解的一般思路 1 基本思路 受力分析和运动分析是解决问题的关键 而加速度是联系力与运动的桥梁 基本思路如图所示 2 常用方法 整体法与隔离法 正交分解法 3 注意事项 仔细审题 分析物体的受力及受力的变化情况 确定并划分出物体经历的每个不同的过程 逐一分析各个过程中的受力情况和运动情况 以及总结前一过程和后一过程的状态有何特点 前一个过程的结束就是后一个过程的开始 两个过程的交接点受力的变化 状态的特点是解题的关键 变式训练 2013 郑州二模 如图甲所示 绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行 初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的a处滑上传送带 若从小物块滑上传送带开始计时 小物块在传送带上运动的v t图像 以地面为参考系 如图乙所示 已知v2 v1 则 a t2时刻 小物块离a处的距离达到最大b t2时刻 小物块相对传送带滑动的距离最大c 0 t2时间内 小物块受到的摩擦力方向先向右后向左d 0 t3时间内 小物块始终受到大小不变的摩擦力作用 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 0 t2时间内 小物块受到的摩擦力方向始终向右 选项c错误 t2 t3时间内小物块不受摩擦力 选项d错误 1 2013 银川二模 某跳伞运动训练研究所 让一位跳伞运动员从悬停在高空的直升机中跳下 研究人员利用运动员随身携带的仪器记录下了他的运动情况 通过分析数据 定性画出了运动员从跳离直升机到落地的过程中在空中沿竖直方向运动的v t图像如图所示 则对运动员的运动 下列说法正确的是 a 0 15s末做加速度逐渐减小的加速运动b 0 10s末做自由落体运动 15s末开始做匀速直线运动c 10s末打开降落伞 以后做匀减速运动至15s末d 10s末 15s末加速度方向竖直向上 加速度的大小在逐渐减小 解析 选d 在v t图像中 图线的斜率表示加速度 从图像可以看出 0 10s内 加速度方向向下 图线的斜率越来越小 故不是自由落体运动 是变加速直线运动 10s末速度达到最大值 10s末打开降落伞 加速度方向向上 运动员做加速度逐渐减小的减速运动 15s末加速度为零 速度达到稳定值 以后将做匀速直线运动 故选项d正确 a b c错误 2 多选 2012 天津高考 如图甲所示 静止在水平地面的物块a 受到水平向右的拉力f作用 f与时间t的关系如图乙所示 设物块与地面的静摩擦力最大值fm与滑动摩擦力大小相等 则 a 0 t1时间内f的功率逐渐增大b t2时刻物块a的加速度最大c t2时刻后物块a做反向运动d t3时刻物块a的动能最大 解析 选b d 由f t图象可知 在0 t1时间内 ffm 故物块仍沿同一方向做加速运动 至t3时刻速度最大 动能最大 选项c错 d对 3 多选 静止在光滑水平面上的物体 同时受到在同一直线上的力f1 f2作用 f1 f2随时间变化的图像如图甲所示 则其a t v t图像是图乙中的 解析 选a c 对物体由牛顿第二定律得f1 f2 ma 解得由图甲可知f1为恒量 f2随时间先均匀增大后均匀减小 故物体的加速度随时间先均匀减小后均匀增大 选项a正确 b错误 物体的速度方向与加速度方向始终相同 物体先做加速度逐渐减小的加速运动 后做加速度逐渐增大的加速运动 选项c正确 d错误 4 2013 潍坊一模 如图所示 倾角为30 的光滑斜面与粗糙的水平面平滑连接 现将一滑块 可视为质点 从斜面上a点由静止释放 最终停在水平面上的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b点时没有能量损失 g 10m s2 求 1 滑块在运动过程中的最大速度 2 滑块与水平面间的动摩擦因数 3 滑块从a点释放后 经过时间t 1 0s速度的大小 解析 1 滑块在b点时速度最大 由动能定理得 mgh 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 vb2 0 2al 由 得 0 4 3 滑块在斜面上运动的时间 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 2s 此时的速度 v vb g 0 2s 3 2m s答案 1 4m s 2 0 4 3 3 2m s 二板块模型问题的规范求解 案例剖析 18分 2013 新课标全国卷 一长木板在水平地面上运动 在t 0时刻将一 相对于地面静止的物块轻放到木板上 以后木板运动的 速度 时间图像如图所示 已知物块与木板的质量相等 物块与木板间及木板与地面间均有摩擦 物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 且 物块始终在木板上 取重力加速度的大小g 10m s2 求 1 物块与木板间 木板与地面间的 动摩擦因数 2 从t 时刻到物块与木板均停止运动时 物块相对于木板的位移的大小 审题 抓住信息 准确推断 破题 精准分析 无破不立 1 物块与木板间 木板与地面间的动摩擦因数的求解 请结合v t图像判断0 0 5s时间内 物块和木板的运动情况 提示 0 0 5s时间内 物块由静止开始做匀加速直线运动 木板做匀减速直线运动 直至两者速度相同 请利用v t图像求出0 0 5s时间内 物块和木板的加速度 a 物块的加速度 b 木板的加速度 列出物块和木板的动力学方程 a 对物块 b 对木板 1mg ma1 1mg 2 2mg ma2 2 物块相对木板位移大小的求解 请写出判断物块能否和木板相对静止的思路 提示 由v t图像可知物块与木板共速后 物块与木板间的摩擦力改变方向 由牛顿第二定律得 对物块ff ma1 对木板2 2mg ff ma2 若两者相对静止 则a1 a2 得ff 2mg 1mg 与ff 1mg矛盾 故物块相对木板减速滑动 而不是相对静止 请列出物块相对木板减速滑动过程的动力学方程 a 对物块 b 对木板 请列出全过程的运动学方程 a 对物块 b 对木板 1mg ma1 2 2mg 1mg ma2 解题 规范步骤 水到渠成 1 从t 0时开始 木板对物块的摩擦力使物