高考物理 考前冲刺大题精做 专题02 牛顿定律及其应用.doc

2013年高考物理 考前冲刺大题精做 专题02 牛顿定律及其应用【2013高考会这样考】1.理解牛顿第一定律、牛顿第三定律，认识惯性和作用力、反作用力的特点.2.熟练掌握牛顿第二定律，会用牛顿运动定律分析解决两类典型的动力学问题.3.牛顿运动定律是高中物理的基础，特别是两类动力学问题，超、失重问题，牛顿运动定律与曲线运动、电磁学相结合的问题更成为高考考查的热点.【原味还原高考】一、牛顿第一定律和牛顿第三定律1.牛顿第一定律(1)内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.(2)物理意义.指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律.指出力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因.2.惯性(1)定义：物体具有的保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.(2)惯性的性质：惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关.(3)惯性的表现：物体不受外力作用时，有保持静止或匀速直线运动状态的性质；物体受到外力作用时其惯性大小表现在运动状态改变的难易程度上.(4)惯性大小的量度：质量是惯性大小的惟一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小.3.牛顿第三定律(1)内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上.(2)物理意义：建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系.4.相互作用力与平衡力的比较【特别提醒】1.牛顿第一定律的理解(1)牛顿第一定律不是实验定律，它是以伽利略的“理想实验”为基础，经过科学抽象、归纳推理而总结出来的.(2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是不受任何外力的理想化情况.2.对惯性的理解，应注意(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来.(2)惯性与物体是否受力、怎样受力无关，与物体是否运动、怎样运动无关，与物体所处的地理位置无关，惯性大小仅由质量决定.3.注意区别惯性和惯性定律(1)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，与物体是否受力、受力的大小无关.(2)惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律.二、牛顿第二定律及其应用1.牛顿第二定律(1)内容：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.(2)表达式：f=ma.(3)适用范围.牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面静止或匀速直线运动的参考系.牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子等)、低速运动(远小于光速)的情况.2.进一步理解牛顿第二定律牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系，联系物体的受力情况和运动情况的桥梁或纽带就是加速度，可从以下几个方面理解牛顿第二定律：3.两类动力学问题牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的受力情况与运动情况联系起来. 两类动力学问题分别是已知受力情况求物体的运动情况和已知运动情况求物体的受力情况，分析这两类问题的流程图为：4.力学单位制(1)单位制：由基本单位和导出单位一起组成了单位制.(2)基本单位：基本物理量的单位.基本物理量共七个，其中力学有三个，它们是质量、时间、长度，它们的单位分别是kg、s、m.(3)导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.【拓展提升】1.应用牛顿第二定律的解题思路和步骤(1)解题思路.首先对所选取的研究对象进行受力分析和运动过程分析，然后由牛顿第二定律，通过加速度这个桥梁，结合运动学公式列式求解.(2)解题步骤.明确研究对象.根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体.进行受力分析和运动状态分析，画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程.选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以加速度的方向为某一坐标轴的正方向.求合外力f.根据牛顿第二定律f=ma列方程求解，必要时还要对结果进行讨论.2.应用牛顿第二定律解决两类动力学基本问题的过程，主要把握两点(1)一个桥梁物体运动的加速度.(2)两类问题.第一类问题：已知受力求运动，对物体进行受力分析，确定加速度是解决问题的关键.第二类问题：已知运动求受力，分析物体的运动过程，通过运动学公式确定物体的加速度是解决问题的关键.三、超重和失重1.超重(1)物体对水平支持物的压力(或对竖直悬线的拉力)大于物体所受重力的情况称为超重现象.(2)产生条件：物体具有向上的加速度.2.失重(1)物体对水平支持物的压力(或对竖直悬线的拉力)小于物体所受重力的情况称为失重现象.(2)产生条件：物体具有向下的加速度.3.完全失重(1)物体对水平支持物的压力(或对竖直悬线的拉力)等于零的情况称为完全失重现象.(2)产生条件：物体具有向下的加速度且加速度a=g.4.视重:当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重，视重大小等于它们所受的压力或拉力.【特别提醒】四角度理解超重和失重1.重力的角度：物体处于超重或失重状态时，重力没有变化,仍为mg.2.拉力(支持力)的角度：物体处于超重或失重状态时，竖直向上的拉力(支持力)不再等于重力，超重时大于重力，失重时小于重力，完全失重时等于零.3.加速度的角度：物体处于超重或失重状态时，竖直方向具有加速度，超重时方向向上，失重时方向向下，完全失重时a=g.4.速度的角度：物体处于超重状态时，速度方向可以向上(加速运动)，可以向下(减速运动)；物体处于失重状态时，速度方向可以向上(减速运动)，也可以向下(加速运动). 四、整体法和隔离法处理连接体问题1.整体法：当系统中各物体的加速度相同时，我们可以把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各物体的质量之和，当整体受到外力f已知时，可用牛顿第二定律求出整体的加速度，这种处理问题的思维方法叫做整体法.2.隔离法：从研究的方便出发，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，进行受力分析，依据牛顿第二定律列方程，这种处理连接体问题的思维方法叫做隔离法.【特别提醒】处理连接体问题时，整体法和隔离法往往交叉使用，一般的方法是先用整体法求加速度，再用隔离法求物体之间的相互作用力.例1、（2012安徽）22.（14分）质量为0.1 kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的图象如图所示。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。该球受到的空气阻力大小恒为，取=10 m/s2, 求：（1）弹性球受到的空气阻力的大小；（2）弹性球第一次碰撞后反弹的高度。 例2、（2012北京）23.(18分)摩天大楼中一部直通高层的客运电梯，行程超过百米。电梯的简化模型如1所示。考虑安全、舒适、省时等因索，电梯的加速度a是随时间t变化的。已知电梯在t = 0时由静止开始上升，a - t图像如图2所示。电梯总质最m = 2.0103 kg。忽略一切阻力，重力加速度g取10m/s2。（1）求电梯在上升过程中受到的最大拉力f1和最小拉力f2；（2）类比是一种常用的研究方法。对于直线运动，教科书中讲解了由v - t图像求位移的方法。请你借鉴此方法，对比加速度的和速度的定义，根据图2所示a - t图像，求电梯在第1s内的速度改变量v1和第2s末的速率v2;（3）求电梯以最大速率上升时，拉力做功的功率p：再求在011s时间内，拉力和重力对电梯所做的总功w。例3（2012四川）24（19分）如图所示，abcd为固定在竖直平面内的轨道，ab段光滑水平，bc段为光滑圆弧，对应的圆心角 = 370，半径r = 2.5m，cd段平直倾斜且粗糙，各段轨道均平滑连接，倾斜轨道所在区域有场强大小为e = 2105n/c、方向垂直于斜轨向下的匀强电场。质量m = 510-2kg、电荷量q =+110-6c的小物体（视为质点）被弹簧枪发射后，沿水平轨道向左滑行，在c点以速度v0=3m/s冲上斜轨。以小物体通过c点时为计时起点，0.1s以后，场强大小不变，方向反向。已知斜轨与小物体间的动摩擦因数=0.25。设小物体的电荷量保持不变，取g=10m/s2，sin370=0.6，cos370=0.8。（1）求弹簧枪对小物体所做的功；（2）在斜轨上小物体能到达的最高点为p，求cp的长度。 例4（2012福建）如图，用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一搜失去动力的小船沿直线拖向岸边。已知拖动缆绳的电动机功率恒为p，小船的质量为m，小船受到的阻力大小恒为f，经过a点时的速度大小为，小船从a点沿直线加速运动到b点经历时间为t1，a、b两点间距离为d,缆绳质量忽略不计。求：（1）小船从a点运动到b点的全过程克服阻力做的功；（2）小船经过b点时的速度大小；例3. （2012海南）如图，在竖直平面内有一固定光滑轨道，其中ab是长为r的水平直轨道，bcd是圆心为o、半径为r的3/4圆弧轨道，两轨道相切于b点。在外力作用下，一小球从a点由静止开始做匀加速直线运动，到达b点时撤除外力。已知小球刚好能沿圆轨道经过最高点c，重力加速度为g。求：例 4、（2012广东）36.（18分） 图18（a）所示的装置中，小物块a、b质量均为m，水平面上pq段长为l，与物块间的动摩擦因数为，其余段光滑。初始时，挡板上的轻质弹簧处于原长；长为r的连杆位于图中虚线位置；a紧靠滑杆（a、b间距大于2r）。随后，连杆以角速度匀速转动，带动滑杆作水平运动，滑杆的速度-时间图像如图18（b）所示。a在滑杆推动下运动，并在脱离滑杆后与静止的b发生完全非弹性碰撞。（1）求a脱离滑杆时的速度uo，及a与b碰撞过程的机械能损失e。（2）如果ab不能与弹簧相碰，设ab从p点到运动停止所用的时间为t1，求得取值范围，及t1与的关系式。（3）如果ab能与弹簧相碰，但不能返回道p点左侧，设每次压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为ep，求的取值范围，及ep与的关系式（弹簧始终在弹性限度内）。 【考点定位】牛顿定律、功和能 例5（2011福建）（19分）如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部ab是一长为2r的竖直细管，上半部bc是半径为r的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，ab管内有一原长为r、下端固定的轻质弹簧。投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5r后锁定，在弹簧上段放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去。设质量为m的鱼饵到达管口c时，对管壁的作用力恰好为零。不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能。已知重力加速度为g。求：（1）质量为m的鱼饵到达管口c时的速度大小v1;（2）弹簧压缩到0.5r时的弹性势能ep;（3）已知地面与水面相距1.5r，若使该投饵管绕ab管的中轴线oo在角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在到m之间变化，且均能落到水面。持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积s是多少？ 例6、（2011北京）（18分）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图所示的矩形区域acdg(ac边足够长)中存在垂直于纸面的匀强磁场，a处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于ga边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到ga边，被相应的收集器收集。整个装置内部为真空。已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2(m1m2)，电荷量均为q。加速电场的电势差为u，离子进入电场时的初速度可以忽略。不计重力，也不考虑离子间的相互作用。(1)求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1；(2)当磁感应强度的大小为b时，求两种离子在ga边落点的间距s；(3)在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在ga边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离。设磁感应强度大小可调，ga边长为定值l，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在a处。离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于ga边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在ga边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。例7、（2011安徽）（16分）如图所示，在以坐标原点o为圆心、半径为r的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为b，磁场方向垂直于xoy平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从o点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t0时间从p点射出。 （1）求电场强度的大小和方向。（2）若仅撤去磁场，带电粒子仍从o点以相同的速度射入，经时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。（3）若仅撤去电场，带电粒子仍从o点射入，且速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间。例8、（2011安徽）（20分）如图所示，质量m=2kg的滑块套在光滑的水平轨道上，质量m=1kg的小球通过长l=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴o连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕o轴自由转动，开始轻杆处于水平状态，现给小球一个竖直向上的初速度v0=4 m/s，g取10m/s2。（1）若锁定滑块，试求小球通过最高点p时对轻杆的作用力大小和方向。（2）若解除对滑块的锁定，试求小球通过最高点时的速度大小。（3）在满足（2）的条件下，试求小球击中滑块右侧轨道位置点与小球起始位置点间的距离。例9（2011北京）（16分）如图所示，长度为l的轻绳上端固定在o点，下端系一质量为m的小球（小球的大小可以忽略）。（1）在水平拉力f的作用下，轻绳与竖直方向的夹角为，小球保持静止。画出此时小球的受力图，并求力f的大小；（2）由图示位置无初速释放小球，求当小球通过最低点时的速度大小及轻绳对小球的拉力。不计空气阻力。解得轻绳对小球的拉力，方向竖直向上例10（2011上海）如图，质量的物体静止于水平地面的a处，a、b间距l=20m。用大小为30n，沿水平方向的外力拉此物体，经拉至b处。(已知，。取)(1)求物体与地面间的动摩擦因数；(2)用大小为30n，与水平方向成37的力斜向上拉此物体，使物体从a处由静止开始运动并能到达b处，求该力作用的最短时间t。 例11（2011福建）（15分）反射式速调管是常用的微波器械之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似。如图所示，在虚线两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从a点由静止开始，在电场力作用下沿直线在a、b两点间往返运动。已知电场强度的大小分别是n/c和n/c，方向如图所示，带电微粒质量，带电量,a点距虚线的距离，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应。求：（1）b点到虚线的距离；（2）带电微粒从a点运动到b点所经历的时间。 例12(2010海南)图l中，质量为的物块叠放在质量为的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为0.2在木板上施加一水平向右的拉力f，在03s内f的变化如图2所示，图中f以为单位，重力加速度整个系统开始时静止 (1)求1s、1.5s、2s、3s末木板的速度以及2s、3s末物块的速度；(2)在同一坐标系中画出03s内木板和物块的图象，据此求03s内物块相对于木板滑过的距离。例13.（2009山东）（15分）如图所示，某货场而将质量为m1=100 kg的货物（可视为质点）从高处运送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物中轨道顶端无初速滑下，轨道半径r=1.8 m。地面上紧靠轨道次排放两声完全相同的木板a、b，长度均为l=2m，质量均为m2=100 kg，木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数=0.2。（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g=10 m/s2）（1）求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。（2）若货物滑上木板4时，木板不动，而滑上木板b时，木板b开始滑动，求1应满足的条件。（3）若1=0。5，求货物滑到木板a末端时的速度和在木板a上运动的时间。例14.（2009安徽）（14分）在2008年北京残奥会开幕式上，运动员手拉绳索向上攀登，最终点燃 了主火炬，体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员拉住，如图所示。设运动员的质量为65kg，吊椅的质量为15kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦。重力加速度取。当运动员与吊椅一起正以加速度上升时，试求（1）运动员竖直向下拉绳的力；（2）运动员对吊椅的压力。例15.（2009江苏）（15分）航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m =2，动力系统提供的恒定升力f =28 n。试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。（1）第一次试飞，飞行器飞行t1 = 8 s 时到达高度h = 64 m。求飞行器所阻力f的大小；（2）第二次试飞，飞行器飞行t2 = 6 s 时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。求飞行器能达到的最大高度h；（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3 。解析：例16.（2009海南）（9分）一卡车拖挂一相同质量的车厢，在水平直道上以的速度匀速行驶，其所受阻力可视为与车重成正比，与速度无关。某时刻，车厢脱落，并以大小为的加速度减速滑行。在车厢脱落后，司机才发觉并紧急刹车，刹车时阻力为正常行驶时的3倍。假设刹车前牵引力不变，求卡车和车厢都停下后两者之间的距离。评分参考：本题9分。至式各1分，式1分例17（2009上海）（12分）如图a，质量m1kg的物体沿倾角q37的固定粗糙斜面由静止开始向下运动，风对物体的作用力沿水平方向向右，其大小与风速v成正比，比例系数用k表示，物体加速度a与风速v的关系如图b所示。求：（1）物体与斜面间的动摩擦因数m；（2）比例系数k。（sin370=0.6,cos370=0.8,g=10m/s2）例18.（2009广东）（17分）如图20所示，绝缘长方体b置于水平面上，两端固定一对平行带电极板，极板间形成匀强电场e。长方体b的上表面光滑，下表面与水平面的动摩擦因数=0.05（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同）。b与极板的总质量=1.0kg.带正电的小滑块a质量=0.60kg，其受到的电场力大小f=1.2n.假设a所带的电量不影响极板间的电场分布。t=0时刻，小滑块a从b表面上的a点以相对地面的速度=1.6m/s向左运动，同时，b（连同极板）以相对地面的速度=0.40m/s向右运动。问（g取10m/s2）（1）a和b刚开始运动时的加速度大小分别为多少？（2）若a最远能到达b点，a、b的距离l应为多少？从t=0时刻至a运动到b点时，摩擦力对b做的功为多少？【精选名题巧练】1（2013成都一中模拟）)如图所示，一质量为m50 kg的滑块，以v010 m/s的初速度从左端冲上静止在光滑水平地面上的长为l8 m，高为h1.25 m的平板车，滑块与车间的动摩擦因数为0.3，平板车质量为m150 kg. (1)滑块冲上小车后小车运动的加速度的大小(2)判断滑块能否滑离小车；若能滑离，求滑块落地时距车右端的水平位移；若不能滑离求滑块相对车静止时离车右端的距离2（2013衡水中学模拟）如图所示为仓库中常用的皮带传输装置示意图，它由两台皮带传送机组成，一台水平，a、b两端相距3 m，另一台倾斜，传送带与地面的倾角37，c、d两端相距4.45 m，b、c相距很近水平部分ab以v05 m/s的速率顺时针转动将质量为10 kg 的一袋大米无初速度放在a端，到达b端后，速度大小不变地传到倾斜的cd部分，米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5.已知g10 m/s2，sin 0.6，cos 370.8，试求： (1)若cd部分传送带不运转，求米袋沿传送带所能上升的最大距离(2)若要米袋能被传送到d端，求cd部分顺时针运转的最小速度，以及米袋从c端到d端所用的最长时间3、（14分）（2013北京模拟）如图所示，在水平地面上有一个长l=1.5m，高h = 0.8m的长方体木箱，其质量为m=1kg，与地面间的动摩擦因数=0.3。在它的上表面的左端放有一质量为m = 4