2012高考必备-物理牛顿运动定律(最新).pdf

高考物理专题复习精品学案高考物理专题复习精品学案 力和运动力和运动 牛顿运动定律 最新 牛顿运动定律 最新 课时安排 课时安排 2 2 2 2 课时课时 教学目标 教学目标 1 深入理解力和运动的关系 知道动力学的两类基本问题 学会处理动力学问题的一般思路 和步骤 2 应用牛顿运动定律解决实际问题 提高分析解决实际问题的能力 本讲重点 本讲重点 牛顿运动定律的应用 本讲难点 本讲难点 1 力和运动的关系 2 牛顿运动定律的应用 一 考纲解读一 考纲解读 本专题涉及的考点有 牛顿运动定律及其应用 超重和失重 大纲 对牛顿运动定律及其应用为 类要求 对超重和失重为 类要求 牛顿定律是历年高考重点考查的内容之一 对这部分内容的考查非常灵活 各种题型均可以考查 其中用 整体法和隔离法处理牛顿第二定律 牛顿第二定律与静力学 运动学的综合问题 物体平衡条件等都是高 考热点 对牛顿第一 第三定律的考查经常以选择题或融合到计算题中的形式呈现 另外 牛顿运动定律 在实际中的应用很多 如弹簧问题 传送带问题 传感器问题 超重失重问题 同步卫星问题等应用非常 广泛 尤其要注意以天体问题为背景的信息给予题 这类试题不仅能考查考生对知识的掌握程度而且还能 考查考生从材料 信息中获取有用信息的能力 因此备受命题专家的青睐 二 命题趋势二 命题趋势 牛顿运动定律是解决力和运动关系问题的依据 是历年高考命题的热点 总结近年高考的命题趋势 一是 考力和运动的综合题 重点考查综合运用知识的能力 如为使物体变为某一运动状态 应选择怎样的施力 方案 二是联系实际 以实际问题为背景命题 重点考查获取并处理信息 去粗取精 把实际问题转化成 物理问题的能力 三 例题精析三 例题精析 例 1 一斜面AB长为 5m 倾角为 30 一质量为 2kg 的小物体 大小不计 从斜面顶端A点由静止释 放 如图所示 斜面与物体间的动摩擦因数为 6 3 求小物体下滑到斜面底端B时的速度及所用时间 g 取 10 m s2 解析 以小物块为研究对象进行受力分析 如图所示 物块受重力mg 斜 面支持力N 摩擦力f 垂直斜面方向 由平衡条件得 mgcos30 N 沿斜面方向上 由牛顿第二定律得 mgsin30 f ma 又f N 由以上三式解得a 2 5m s2 小物体下滑到斜面底端B点时的速度 asvB25m s 运动时间 2 2 a s ts 题后反思题后反思 以斜面上物体的运动为背景考查牛顿第二定律和运动学知识是常见的题型之 一 熟练掌握斜面上物体的受力分析 正确求解加速度是解决问题的关键 例 2 如图所示 长方体物块A叠放在长方体物块B上 B置于光滑 水平面上 A B质量分别为mA 6kg mB 2kg A B之间动摩擦因数 0 2 开始 时F 10N 此后逐渐增加 在增大到 45N 的过程中 则 A 当拉力F 12N 时 两物块均保持静止状态 B 两物块开始没有相对运动 当拉力超过 12N 时 开始相对滑动 C 两物块间从受力开始就有相对运动 D 两物块间始终没有相对运动 但AB间存在静摩擦力 其中A对B 的静摩擦力方向水平向右 解析 先以B为研究对象 B水平方向受摩擦力f mBa 当f为最大静摩擦力时 B的最大加速度为 6 2 12 B A m gm a m s2 再以AB整体为研究对象 能使AB一起匀加速运动所施加的最大外力Fm mA mB a 48N 由题给条件 F从 10N 开始逐渐增加到 45N 的过程中 AB将始终保持相对静止而一 起匀加速运动 故 D 选项正确 答案 D 题后反思题后反思 研究对象是两个或两个以上物体时 应该首先想到整体法和隔离法 此外还要注意最大静摩擦 力能给物体提供的加速度的最大值 例 3 一小圆盘静止在桌布上 位于一方桌的水平面的中央 桌布的一边与桌的AB边重合 如图 已 知盘与桌布间的动摩擦因数为 1 盘与桌面间的动摩擦因数为 2 现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面 加速度的方向是水平 的 且 垂直于AB边 若圆盘最后未从桌面掉下 则加速度a满足的 条 件 是什么 以g表示重力加速度 解析 设圆盘的质量为m 桌长为l 在桌布从圆盘下抽出的 过 程 中 盘的加速度为a1 有 11 mamg 桌布抽出后 盘在桌面上作匀减速运动 以a2表示加速度的大小 有 22 mamg 设盘刚离开桌布时的速度为v1 移动的距离为x1 离开桌布后在桌面上在运动距离x2后便停下 有 11 2 1 2xav 22 2 1 2xav 盘没有从桌面上掉下的条件是 12 2 1 xlx 设桌布从盘下抽出的时间为t 在这段时间内桌布移动的距离为x 有 2 2 1 atx 2 11 2 1 tax 而 1 2 1 xlx 由以上各式解得 ga 1 2 21 2 题后反思题后反思 本题涉及到圆盘和桌布两个物体的运动 而且圆盘的运动过程包括加速和减速两个过程 本题 是一个综合性较强的动力学问题 难度较大 画出研究对象的运动草图 抓住运动过程的特点分别应用牛 顿第二定律和运动学公式即可求解 例 4 如图所示 A B两物体之间用轻质弹簧连接 用水平恒力F拉A 使A B一起沿光滑水平面做 匀加速直线运动 这时弹簧长度为L1 若将A B置于粗糙水平面上 用相同的水平恒力F拉A 使A B一起做匀加速直线运动 此时弹簧长度为L2 若A B与粗糙水平面之间的动摩擦因数相同 则下列关 系式正确的是 A L2 L1 B L2 L1 C L2 L1 D 由于A B质量关系未知 故无法确定L1 L2的大小关系 解解解解析 析 析 析 利用整体法和隔离法 分别对AB整体和物体B分别由牛顿第二定律列式求解 即得 C 选项正确 本题容易错选 A 或 C 草率地认为A B置于粗糙水平面上时要受到摩擦力的作用 力F的大小不变 因 此L2应该短一些 或认为由于A B质量关系未知 故L1 L2的大小关系无法确定 答案 C 题后反思题后反思题后反思题后反思 本题涉及到胡克定律 滑动摩擦力 牛顿第二定律等 从考查方法的角度看 本题重在考查考 生对整体法和隔离法的应用 属于 2 级要求 对胡克定律 摩擦力的考查在近年高考中屡屡出现 并可与 其他知识相结合 变化灵活 体现对考生能力的考查 例 5 质量为 40kg 的雪撬在 倾 角 37 的斜面上向下滑动 如图甲所 示 所受的空气阻力与速度成正比 今测得雪撬运动的v t图像如图 7 乙所 示 且AB是曲线的切线 B点坐标为 4 15 CD是曲线的渐近线 试求 空气的阻力系数k和雪撬与斜坡间的动 摩擦因数 解析 解析 解析 解析 由牛顿运动定律得 makvNmg sin 由平衡条件得 cosmgN B A F t s v m s 1 乙 15 10 0 5 246 8 10 D A C B 甲 由图象得 A点 vA 5m s 加速度aA 2 5m s2 最终雪橇匀速运动时最大速度vm 10m s a 0 代入数据解得 0 125k 20N s m 解决本题的关键是 先对雪橇进行受力分析 画出正确的受力图 然后由正交分解法列出牛顿第二定律的 方程 从物理图像上分别读取初 末两个状态的速度和加速度值 代入方程组联立求解 题后反思 题后反思 题后反思 题后反思 本题以体育运动为素材 涉及匀变速直线运动的规律 牛顿运动定律 斜面上的受力分析 摩 擦力 物理图象等多个知识点 综合性较强 考查学生分析 解决力和运动的关系问题 以体育运动为背 景的问题历来是高考命题的重点和热点 情景复杂多变 涉及的知识点较多 可以有效地考查学生的基础 知识和综合能力 例 6 如图所示 在光滑的桌面上叠放着一质量为mA 2 0kg 的薄木板A和质量为mB 3 kg 的金属块B A的长度L 2 0m B上有轻线绕过定滑轮与质量为mC 1 0 kg 的物块C相连 B与A之间的滑动摩擦因数 0 10 最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力 忽略滑轮质量及与轴间的摩擦 起始时令各物体都处于静 止状态 绳被拉直 B位于A的左端 如图 然后放手 求经过多长时间t后B从A的右端脱离 设A 的右端距滑轮足够远 取g 10m s2 解析解析解析解析 以桌面为参考系 令aA表示A的加速 度 aB表示B C的加速度 sA和sB分别表 示t时间A和B移动的距离 则由牛顿定律 和匀加速运动的规律可得 mCg mBg mC mB aB mBg mAaA sB 2 1 aBt2 sA 2 1 aAt2 sB sA L 由以上各式 代入数值 可得 t 4 0s 题后反思 题后反思 题后反思 题后反思 本题属于多体运动问题 研究对象涉及到三个物体 考点涉及匀变速直线运动的规律 牛顿 运动定律 受力分析 摩擦力等多个知识点 综合性较强 考查学生分析 解决力和运动的关系问题 此 类试题历来是高考命题的重点和热点 情景复杂多变 涉及的知识点较多 可以有效地考查学生的基础知 识和综合能力 解决本题的关键是 弄清A B C三个物体的加速度 以及A B间的位移关系 B C 属于连接体 加速度大小相等 A板长L是联系A B间位移关系的纽带 例 7 某人在地面上最多可举起 60 kg 的物体 在竖直向上运动的电梯中可举起 80 kg 的物体 则此电梯 的加速度的大小 方向如何 电梯如何运动 g 10 m s2 解析 某人在地面上最多可举起m1 60 kg 的物体 则人对物体的最大支持力 FN m1g 600N 当人在竖直向上运动的电梯中可举起m2 80 kg 的物体 物体受力如图 3 所示 由牛顿第二定 律得 m2g FN m2a 解得a 2 5 m s2 竖直向下 所以 电梯向上做匀减速直线运动 题后反思 超重和失重现象 只决定于物体在竖直方向上的加速度 与物体的运动方向无关 物体有向上 的加速度时 超重 有向下的加速度时 失重 当竖直向下的加速度为重力加速度时 完全失重 这是一 种力学现象 物体所受重力 mg 并不变化 例 8 一弹簧秤秤盘的质量M 1 5kg 盘内放一个质量m 10 5kg 的物体P 弹簧质量忽略不计 轻弹簧 的劲度系数k 800N m 系统原来处于静止状态 如图所示 现给物体P施加一竖 直 向 上 的 拉力F 使P由静止开始向上作匀加速直线运动 已知在前 0 2s 时间内F是变力 在 0 2s 以 后是恒力 求物体匀加速运动的加速度多大 取g 10m s2 解析 因为在t 0 2s 内F是变力 在t 0 2s 以后F是恒力 所以在t 0 2s 时 P离开秤盘 此时P对盘的压力为零 由于盘的质量M 1 5kg 所以此时弹簧不能处于原长 开始时 系统处于静止状态 设弹簧压缩量为x1 由平衡条件得gmMkx 1 t 0 2s 时 P与秤盘分离 设弹簧压缩量为x2 对秤盘据牛顿第二定律得 MaMgkx 2 t 0 2s 内 物体的位移 2 21 2 1 atxxx 由以上各式解得a 6m s2 题后反思 与弹簧关联的物体 运动状态变化时 弹簧的长度 形变量 随之变化 物体所受弹力也相应 变化 物体的位移和弹簧长度的变化之间存在一定的几何关系 这一几何关系常常是解题的关键 四 考点精炼四 考点精炼 1 手提一根不计质量的 下端挂有物体的弹簧上端 竖直向上作加速运动 当手突然停止运动后的极短 时间内 物体将 A 立即处于静止状态 B 向上作加速运动 C 向上作匀速运动 D 向上作减速运动 2 如图所示 质量为m的木块在推力F作用下 沿竖直墙壁匀加速向上运动 F与竖直方向的夹角为 已知木块与墙壁间的动摩擦因数为 则木块受到的滑动摩擦力大小是 A mg B Fcos mg C Fcos mg D Fsin 3 倾角为 的光滑斜面上有一质量为m的滑块正在加速下滑 如图所示 滑块上悬挂的 小球达到稳定 与滑块相对静止 后悬线的方向是 A 竖直下垂 B 垂直于斜面 C 与竖直向下的方向夹角 30tan h 1 36m 所以假设正确 小滑块从A点运动到地面所需的时间为5 1 2 1 3 B vv s ts 14 解析 1 设小球所受的风力为F 支持力为FN 摩擦力为Ff 小球质量为m 作小球受力图 如 图 当杆水平固定 即 0 时 由题意得 F mg F mg 0 5mg mg 0 5 2 沿杆方向 由牛顿第二定律得 Fcos mgsin Ff ma 垂直于杆方向 由共点力平衡条件得 FN Fsin mgcos 0 又Ff N 联立 式得 a m FmgF f sincos m mgF cossin sincos 将F 0 5 mg 代入上式得a 4 3 g 由运动学公式得 s 2 1 at2 所以t 4 3 2 g s g s 3 8 15 解 设人起跳后重心离地高度为 1 H 为完成空中动作 须有 2 1 2 1 gthH 即 2 1 2 1 gthH 设人起跳后从 2 H高度下落 下蹲过程所受的力为重力和地面的支持力F 人在这两个力作用下做匀变速 直线运动 根据牛顿第二定律 得mamgF 1 1 又根据运动学公式得 s v a 2 2 0 2 2 2 0 hHgv 故 mg