高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第3讲 运动图像和连接体问题课件.ppt

第3讲运动图像和连接体问题 知识梳理一 动力学中的图像问题利用图像解题通常包括两个方面 1 用给定的图像解答问题 2 根据题意去作图 运用图像去解答问题 定律对 整体列方程求解的方法 二 整体法和隔离法解决连接体问题1 整体法当连接体内 即系统内 各物体的 加速度相同时 可以把系统内的所有物体看成一个 整体 分析其受力和运动情况 运用牛顿第二 2 隔离法当求系统内物体间相互作用的 内力时 常把某个物体从系统中 隔离出来 分析其受力和运动情况 再用牛顿第二定律对 隔离出来的物体列方程求解的方法 三 临界极值问题 1 动力学中的临界极值问题在应用牛顿运动定律解决动力学问题中 当物体运动的加速度不同时 物体有可能处于不同的状态 特别是题目中出现 最大 最小 刚好 等词语时 往往会有临界值出现 2 产生临界问题的条件 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 0 2 相对滑动的临界条件 两物体相接触且处于相对静止时 常存在着静摩擦力 则相对滑动的临界条件是静摩擦力达到 最大值 3 绳子断裂与松弛的临界条件 绳子所能承受的张力是有限的 绳子断与不断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ft 0 4 加速度最大与速度最大的临界条件 当物体在受到变化的外力作用下运动时 其加速度和速度都会不断变化 当所受合外力最大时 具有最大 加速度 合外力最小时 具有最小 加速度 通常当出现速度有最大值或最小值的临界条件时 物体处于临界状态 所对应的速度便会出现最大值或最小值 1 雨滴从空中由静止落下 若雨滴下落时空气对其的阻力随雨滴下落速度的增大而增大 如图所示的图像中 能正确反映雨滴下落运动情况的是 答案c雨滴在下落过程中受重力和空气阻力作用 由牛顿第二定律有mg f ma 由于阻力随雨滴下落速度的增大而增大 所以雨滴做加速度减小的加速运动 直到加速度减小到零 速度达到最大 此后雨滴以最大速度匀速运动 只有c图符合 c 2 多选 如图所示 水平地面上有两块完全相同的木块a b 在水平推力f作用下 一起向右运动 用fab代表a b间的相互作用力 下列说法中正确的是 a 若地面是光滑的 则fab fb 若地面是光滑的 则fab c 若地面是粗糙的 则fab fd 若地面是粗糙的 则fab bd 答案bd地面光滑 0 不光滑 0 对ab整体有 f 2mg 2ma 对b有 fab mg ma 两式联立得fab 所以不论地面光滑与否 均为fab 3 如图 a 所示 一轻质弹簧的下端固定在水平面上 上端放置一物体 物体与弹簧不连接 初始时物体处于静止状态 现用竖直向上的拉力f作用在物体上 使物体开始向上做匀加速运动 拉力f与物体位移x的关系如图 b 所示 g 10m s2 则正确的结论是 a 物体与弹簧分离时 弹簧处于压缩状态b 弹簧的劲度系数为7 5n cmc 物体的质量为3kgd 物体的加速度大小为5m s2 d 答案d设初始时弹簧压缩量为x0 则kx0 mg 设物体加速度为a 当物体位移为x时 f k x0 x mg ma 由此可得f kx ma 弹簧恰好恢复到自然长度时 物体与弹簧分离 a错误 根据f x图像的斜率可知 弹簧劲度系数k 5n cm 所以b项错误 又当x 0时 10n ma 当x 4cm时 30n mg ma 联立可得m 2kg a 5m s2 所以c错误 d正确 深化拓展 考点一动力学中的图像问题 考点二连接体问题 考点三临界极值问题 深化拓展考点一动力学中的图像问题牛顿第二定律与图像结合的综合问题是高考的重点和热点 动力学中常见的图像有a f a f t v t x t图像等 解答这类问题时 要抓住图像的斜率 截距 面积 交点 拐点等信息 明确因变量与自变量的制约关系 明确物理量的变化趋势 进而分析清楚物理过程 写出相应的函数关系 再结合牛顿第二定律和运动学公式分析解决问题 1 1如图 滑块以初速度v0沿表面粗糙且足够长的固定斜面 从顶端下滑 直至速度为零 对于该运动过程 若用h s v a分别表示滑块的下降高度 位移 速度和加速度的大小 t表示时间 则下列图像最能正确描述这一运动规律的是 b 答案b设斜面倾角为 滑块沿斜面下滑时做减速运动 由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma a gsin gcos 因此滑块下滑时加速度不变 选项d错误 滑块下滑时的位移s v0t at2 选项b正确 滑块下降高度h ssin v0sin t asin t2 选项a错误 滑块下滑时的速度v v0 at 选项c错误 1 2质量为0 1kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落 该下落过程对应的v t图像如图所示 球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的3 4 设球受到的空气阻力大小恒为f 取g 10m s2 求 1 弹性球受到的空气阻力f的大小 2 弹性球第一次碰撞后反弹的高度h 答案 1 0 2n 2 m 解析 1 设弹性球第一次下落过程中的加速度大小为a1 由题图知a1 m s2 8m s2根据牛顿第二定律得mg f ma1f m g a1 0 2n 2 由题图知弹性球第一次到达地面时的速度大小为v1 4m s 设球第一次离开地面时的速度大小为v2 则v2 v1 3m s第一次离开地面后 设上升过程中球的加速度大小为a2 则mg f ma2 a2 12m s2于是 有0 2a2h解得h m 1 3一个物块置于粗糙的水平地面上 受到的水平拉力f随时间t变化的关系如图 a 所示 速度v随时间t变化的关系如图 b 所示 取g 10m s2 求 1 1s末物块所受摩擦力的大小ff1 2 物块在前6s内的位移大小x 3 物块与水平地面间的动摩擦因数 答案 1 4n 2 12m 3 0 4解析 1 从题图分析可知 当t 1s时 ff1 f1 4n 2 由题图 b 知物块在前6s内的位移大小x m 12m 3 从题图 b 中可以看出 在t 2s至t 4s的过程中 物块做匀加速运动 加速度大小为a m s2 2m s2由牛顿第二定律得f2 mg ma又由图可知f3 ff3 mg所以m kg 2kg 0 4 考点二连接体问题一 两物体的加速度相同时 一般采用先整体后隔离的方法 2 1如图所示 一夹子夹住木块 在力f作用下向上提升 夹子和木块的质量分别为m m 夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f 若木块不滑动 力f的最大值是 a b c m m gd m m g a 答案a对整个系统应用牛顿第二定律 f m m g m m a 对m应用牛顿第二定律 2f mg ma 由 联立可得 f 故a正确 2 2如图所示 a b两物块的质量分别为m和m 让它们靠在一起从光滑斜面的顶端由静止开始下滑 已知斜面的倾角为 斜面始终保持静止 则在此过程中物块b对物块a的压力为 a mgsin b mgcos c 0d m m gsin 答案c由于它们是靠在一起下滑的 故a b下滑的加速度是相同的 先对a b整体进行受力分析 并应用牛顿第二定律可得 加速度a gsin 再对a进行受力分析 要使其加速度仍为a 在沿斜面的方向上b对a的压力为0 选项c正确 c 二 两物体的加速度不同时 一般采用隔离法 2 3如图所示 长12m 质量为50kg的木板置于水平地面上 木板与地面间的动摩擦因数为0 1 开始时质量为50kg的人立于木板左端 木板与人均静止 当人以4m s2的加速度匀加速向右奔跑时 取g 10m s2 求 1 人在奔跑过程中受到的摩擦力的大小 2 人在奔跑过程中木板的加速度 3 人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间 答案 1 200n 2 2m s2 方向向左 3 2s 解析 1 设人的质量为m 加速度为a1 木板的质量为m 加速度为a2 人对木板的摩擦力为f f 为木板对人的摩擦力 则对人有 f ma1 200n 2 对木板进行受力分析可知 f m m g ma2则 a2 代入数据解得 a2 2m s2 方向向左 3 设人从左端跑到右端时间为t由运动学公式得 l a1t2 a2t2则 t 代入数据解得 t 2s 2 4如图所示的装置叫做阿特伍德机 是阿特伍德创制的一种著名力学实验装置 用来研究匀变速直线运动的规律 绳子两端的物体下落 上升 的加速度总是小于自由落体加速度g 同自由落体相比 下落相同的高度 所花费的时间要长 这使得实验者有足够的时间从容地观测 研究 已知物体a b的质量相等均为m 物体c的质量为m 轻绳与轻滑轮间的摩擦不计 绳子不可伸长 如果m m 求 1 物体b从静止开始下落一段距离的时间与其自由落体下落同样的距离所用时间的比值 2 系统由静止释放后运动过程中物体c对b的拉力 答案 1 3 2 mg 解析 1 设物体的加速度为a 绳子的张力为t 对物体a t mg ma对b c整体 m m g t m m a解得 a g因为m m所以a g g根据运动学公式 h at2 h g得 3所以物体b从静止开始下落一段距离的时间是其自由落体下落同样的 距离所用时间的3倍 2 设b c间的拉力为f 对c物体 mg f maf mg ma mg由牛顿第三定律知c对b的拉力为mg 考点三临界极值问题临界问题的解法一般有三种1 极限法 把物理问题 或过程 推向极端 从而使临界现象 或状态 暴露出来 以达到正确解决问题的目的 2 假设法 临界问题存在多种可能 特别是非此即彼两种可能时 或变化过程中可能出现临界条件 也可能不出现临界条件时 往往用假设法解决问题 3 数学方法 将物理过程用数学公式来描述 根据数学表达式解出临界条件 3 1如图所示 质量为m的木块与水平地面间的动摩擦因数为 用大小为f的恒力使木块沿地面向右做直线运动 木块m可视为质点 则怎样施力才能使木块产生最大的加速度 最大的加速度为多少 答案见解析 解析设当力f与水平方向的夹角为 时 m的加速度最大 如图所示对m有fcos mg fsin ma整理得 a g由上式可知 当cos sin 取最大值时 a最大令cos sin a则 a sin 其中sin 而amax 与此相对应的 故加速度a的最大值 amax g 3 2如图所示 一个弹簧台秤放在水平地面上 q为与轻弹簧上端连在一起的秤盘 p为一重物 已知p的质量m 10 5kg q的质量m 1 5kg 弹簧的质量不计 劲度系数k 800n m 系统处于静止 现给p施加一个方向竖直向上的力f 使它从静止开