高一物理专题复习一：力与运动人教实验版

用心 爱心 专心 高一物理高一物理专题复习一 力与运动专题复习一 力与运动人教实验版人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 专题复习一 力与运动 二 知识要点 力与运动概念和力与运动的关系 三 要点解析 一 对力的几点认识 1 关于力的概念 力是物体对物体的相互作用 这一定义体现了力的物质性和相互性 力是矢量 2 力的效果 1 力的静力学效应 力能使物体发生形变 2 力的动力学效应 a 瞬时效应 使物体产生加速度 F ma b 时间积累效应 产生冲量 I Ft 使物体的动量发生变化 Ft p c 空间积累效应 做功 W Fs 使物体的动能发生变化 Ek W 3 物体受力分析的基本方法 1 确定研究对象 隔离体 整体 2 按照次序画受力图 先主动力 后被动力 先场力 后接触力 3 只分析性质力 不分析效果力 合力与分力不能同时分析 4 结合物体的运动状态 是静止还是运动 是直线运动还是曲线运动 如物体做曲 线运动时 在某点所受合外力的方向一定指向轨迹弧线内侧的某个方向 二 力学中常见的几种力 除上述外 还有分子力 电磁力 核力等 三 力和运动的关系 1 F 0 时 加速度 a 0 静止或匀速直线运动 F 恒量 F 与 v 在一条直线上 匀变速直线运动 F 与 v 不在一条直线上 曲线运动 如平抛运动 2 特殊力 F 大小恒定 方向与 v 始终垂直 匀速圆周运动 F kx 简谐振动 用心 爱心 专心 四 基本理论与应用 解题常用的理论主要有 力的合成与分解 牛顿运动定律 匀变速直线运动规律 平 抛运动的规律 圆周运动的规律等 力与运动的关系研究的是宏观低速下物体的运动 如 各种交通运输工具 天体的运行 带电物体在电磁场中的运动等都属于其研究范畴 是中 学物理的重要内容 1 力与运动的关系 力与运动关系的习题通常分为两大类 一类是已知物体的受力情况 求解其运动情况 另一类是已知物体的运动情况 求解物体所受的未知力或与力有关的未知量 在这两类问 题中 加速度 a 都起着桥梁的作用 而对物体进行正确的受力分析和运动状态及运动过程 分析是解决这类问题的突破口和关键 例 1 如图 1 所示质量 M 10kg 的木楔静止于粗糙水平地面上 木楔与地面间的动摩擦因 数 0 2 在木楔的倾角为 30 的斜面上 有一质量 m 1 0kg 的物块由静止开始沿斜面 下滑 当滑行路程 s 1 4m 时 其速度 v 1 4m s 在这个过程中木楔处于静止状态 求地面 对木楔的摩擦力的大小和方向 取 g 10m s2 图 1 解析 解析 由于木楔没有动 不能用公式 f N 计算木楔受到的摩擦力 题中所给出动摩 擦因数的已知条件是多余的 首先要判断物块沿斜面向下做匀加速直线运动 由运动学公式 2 0 2 vvt 2as 可得其加速度 a as v 2 2 0 7m s2 由于 a gsin 0 5m s2 可知物块受摩擦力作用 物块和木楔的受力如图 2 所示 对物块 由牛顿第二定律得 mgsin f1 ma f1 4 3N mgcos N1 0 N1 1 N 对木楔 设地面对木楔的摩擦力如图 2 所示 由平衡条件 f 1 N sin 1 f cos 0 61N f 的结果为正值 说明所设的方向与图设方向相同 用心 爱心 专心 图 2 解题回顾 解题回顾 物理习题的解答 重在对物理规律的理解和运用 忌生拉硬套公式 对两 个或两个以上的物体 理解物体间相互作用的规律 正确选取并转移研究对象 是解题的 基本能力要求 本题也可以用整体法求解 对物块沿斜向下的加速度分解为水平方向 acos 和竖直方向 asin 其水平方向上的加速度是木楔对木块作用力的水平分量产生的 根据力的相互作用规律 物块对木楔的水平方向的作用力也是 macos 再根据木楔静止的 现象 由平衡条件 得地面对木楔的摩擦力一定是 macos 0 61N 2 临界状态的求解 临界状态的问题经常和最大值 最小值联系在一起 它需要在给定的物理情境中求解 某些物理量的上限或下限 有时它与数学上的极值问题相类似 但有些问题只能从物理概 念 规律的约束来求解 研究处理这类问题的关键是 1 要能分析出临界状态的由来 2 要能抓住处于临界状态时物体的受力 运动状态的特征 例 2 两个人要将质量 M 1000kg 的小车沿一小型铁轨推上长 L 5m 高 h 1m 的斜坡顶端 如图 3 所示 已知车在任何情况下所受的摩擦阻力恒为车重的 0 12 倍 两人能发挥的最大 推力各为 800N 在不允许使用别的工具的情况下 两人能否将车刚好推到坡顶 如果能 应如何办 g 取 10m s2 图 3 解析 解析 由于推车沿斜坡向上运动时 车所受阻力大于两个人的推力之和 即 f1 Mgsin Mgcos Mg L h 0 12Mg 3 2 103N F 1600N 所以不能从静止开始直接沿斜面将小车推到坡顶 但因小车在水平面所受阻力小于两人的推力之和 即 f2 Mg 1200N 1600N 故可先在水平面上加速推一段距离后再上斜坡 小车在水平面的加速度为 a1 F f1 M 0 4m s2 在斜坡上做匀减速运动 加速度为 a2 F f2 M 1 6m s2 设小车在水平面上运行的位移为 s 到达斜面底端的速度为 v 由运动学公式 2a1s v2 2a2L 解得 s 20m 即两人先在水平面上推 20m 后 再推上斜坡 则刚好能把小车推到坡顶 解题回顾 解题回顾 本题的设问 只有经过深入思考 通过对物理情境的变换才能得以解决 由此可知 对联系实际问题应根据生活经验进行具体分析 不能机械地套用某种类型 这 样才能切实有效地提高解题能力 另外 本题属半开放型试题 即没有提供具体的方法 用心 爱心 专心 需要同学自己想出办法 如果题中没有沿铁轨这一条件限制 还可以提出其他一些办法 如在斜面上沿斜线推等 3 曲线运动 当物体受到的合力的方向与速度的方向不在一条直线上时 物体就要做曲线运动 中 学物理能解决的曲线运动的习题主要有两种情形 一种是平抛运动 一种是圆周运动 平 抛运动的问题重点是掌握力及运动的合成与分解 圆周运动的问题重点是向心力的来源和 运动的规律 例 3 在光滑水平面上有一质量 m 1 0kg 小球 静止在 O 点 以 O 点为原点 在该水平面 内建立直角坐标系 Oxy 如图 4 所示 现突然加一沿 x 轴正方向 大小为 F 0 2N 的力 使小球开始运动 经过 1 0s 所加外 力突然变为沿 y 轴正方向 力的大小仍为 0 2N 再经过 1 0s 所加力变为另一个力 使小球 在此力作用下经 1 0s 速度变为 0 求速度为 0 时小球的位置 图 4 解析 解析 由牛顿定律可知小球的加速度 a F m 0 20m s2 当力的方向沿着 x 轴正方向时 经 1 0s 小球的速度大小为 vx at 0 20 1 0 m s 0 20m s 方向沿 x 轴方向 小球沿 x 轴方向移动的距离为 x1 at2 2 0 10m 在第 2s 内 力的方向沿着 y 轴正方向 x 方向不再受力 所以第 2s 内小球在 x 方向做匀速运动 在 y 方向做初速度为 0 的匀加速直线运动 类 似平抛运动 沿 y 方向的距离 y at2 2 0 10m 沿 x 方向的距离 x2 vxt 0 2 1 0 0 20m 第 2s 末在 y 方向分速度为 vy at 0 20 1 0 m s 0 20m s 由上可知 此时小球运动方向与 x 轴成 45 角 要使小球速度变为 0 则在第 3s 内所 加外力方向必须与此方向相反 即指向第三象限 与 x 轴成 225 角 在第 3s 内 设在电场作用下小球加速度的 x 分量和 y 方向分量分别为 ax ay 则 ax vx t 0 2m s2 ay vy t 0 20m s2 在第 3s 末 小球到达的位置坐标为 x3 x1 x2 vxt axt2 2 0 40m y3 y vyt ayt2 2 0 20m 解题回顾 解题回顾 学好物理要有一定的空间想像力 要分析 想象物体的运动状态和运动轨 用心 爱心 专心 迹 作图可以化抽象为具体 提高解题成功率 本题小球的运动情景如图 例 4 如图 5 所示 有一质量为 m 的小球 P 与穿过光滑水平板上小孔 O 的轻绳相连 用 手拉着绳子另一端 使小球在水平板上绕 O 点做半径为 a 角速度为 的匀速圆周运动 求 1 此时绳上的拉力有多大 2 若将绳子从此状态迅速放松 后又拉直 使小球绕 O 做半径为 b 的匀速圆周运 动 从放松到拉直这段过程经历了多长时间 3 小球做半径为 b 的匀速圆周运动时 绳子上的拉力又是多大 图 5 解析 解析 1 绳子上的拉力提供小球做匀速圆周运动的向心力 故有 F m 2a 2 松手后绳子上的拉力消失 小球将从松手时的位置沿圆周的切线方向 在光滑的 水平面上做匀速直线运动 当绳在水平板上长为 b 时 绳又被拉紧 在这段匀速直线运动 的过程中小球运动的距离为 s 22 ab vy at 0 20 1 0 m s 0 20m s 如图 6 所示 故 t s v a ab 22 图 6 3 将刚拉紧绳时的速度分解为沿绳子的分量和垂直于绳子的分量 在绳被拉紧的短 暂过程中 球损失了沿绳的分速度 保留着垂直于绳的分速度做匀速圆周运动 被保留的 速度的大小为 v1 va b a2 b 所以绳子后来的拉力为 F b v m 2 1 b v b a m 2 2 m 2a4 b3 用心 爱心 专心 解题回顾 解题回顾 此题难在第 3 问 注意物体运动过程中的突变点 理解公式 F Rmv 2 中 的 v 是垂直于半径 沿切线方向的速度 4 图像的运用 例 5 放在水平地面上的物体 受到方向不变的水平推力 F 的作用 F 的大小与时间的关 系和速度与时间的关系如图 7 所示 取重力加速度 g 10m s2 试利用两图线求出物体的质 量及其与地面的摩擦因数 图 7 解析 解析 由 v t 图形可知 物块在 0 3s 内静止 3 6s 内做匀加速运动 加速度为 a 6 9s 内做匀速运动 结合 F t 图形可知 Ff 4N mg F3 F2 2N ma v2 6m s 1 at a 3 由以上各式得 m lkg 0 4 模拟试题模拟试题 答题时间 60 分钟 1 关于速度和加速度的关系 下列说法中正确的是 A 速度变化越大 加速度就一定越大 B 速度为零 加速度就一定为零 C 速度很小 加速度可能很大 D 速度很大 加速度可能是零 2 如图所示 A B 质量相等 均为 m C 质量为 M M m C 对 A B 是对称的 三个物体处于图中所示的平衡位置 下列说法正确的是 A 将 C 物体向下拉一小段距离 松手后 三物体仍能回到原来的位置 再次达到平 衡 B 若 C 物的质量增加 则三物体将可能有一个新的平衡位置 C 若 C 物的质量减小 则三物体将可能有一个新的平衡位置 D 以上三种情况 都无法再达到平衡 用心 爱心 专心 3 如图所示 水平推力 F 使物体静止于斜面上 则 A 物体一定受 3 个力的作用 B 物体可能受 3 个力的作用 C 物体一定受到沿斜面向下的静摩擦力 D 物体可能受到沿斜面向下的静摩擦力 4 如图 两木块自左向右运动 现用高速摄影机在同一底片上多次曝光 记录下木块每 次曝光时的位置 如图所示 连续两次曝光的时间间隔是相等的 由图可知 A 在时刻 t2以及时刻 t5两木块速度相同 B 在时刻 t1两木块速度相同 C 在时刻 t3和时刻 t4之间某瞬间两木块速度相同 D 在时刻 t4和时刻 t5之间某瞬时两木块速度相同 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 5 n 辆汽车从同一地点先后开出 在平直的公路上排成一直线行驶 各车均由静止出发 先做加速度为 a 的匀加速直线运动 达到同一速度 v 后改做匀速直线运动 欲使 n 辆汽车 都匀速行驶时彼此距离均为 s 则各辆车依次启动的时间间隔为 不计汽车长度 A a v 2 B a v C a v2 D v s 6 如图所示 A B 两弹簧劲度系数均为 k 牛 米 两球重均为 G 牛 弹簧质量不计 两 弹簧伸长长度之和为 A 2G k 米B G k 米 C 3G k 米 D G k2 米 7 如下图所示 放在光滑水平面的木块受到两个水平力 F1与 F2的作用后静止不动 现 保持 F1不变 使 F2逐渐减小到零 再逐渐恢复到原来大小 在这个过程中 下图中能正 确描述木块运动情况的图象是 用心 爱心 专心 A 加速度方向一定向右 B 加速度方向一定向左 C 水对杯底的压力大于 G D 水对杯底的压力小于 G 8 电梯的顶部挂一个弹簧秤 秤下端挂了一个重物 电梯匀速直线运动时 弹簧秤的示 数为 10 N 在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为 8 N 关于电梯的运动 以下说 法正确的是 g 取 10 m s2 A 电梯可能向上加速运动 加速度大小为 2 m s2 B 电梯可能向下加速运动 加速度大小为 2 m s2 C 电梯可能向上减速运动 加速度大小为 2 m s2 D 电梯可能向下减速运动 加速度大小为 2 m s2 9 如图所示绘出了轮胎与地面间的动摩擦因数分别为 1和 2时 紧急刹车时的刹车痕 即刹车距离 s 与刹车前车速 v 的关系曲线 则 1和 2的大小关系为 A 1 2 B 1 2C 1 2 D 条件不足 不能比较 v s 0 v1 v2 10 一列以速度 v 匀速行驶的列车内有一水平桌面 桌面上的 A 处有一小球处于静止 若车厢内的旅客突然发现 俯视图 小球沿如图所示的虚线 A 点运动到 B 点 则由此可以 判断列车的运行情况可能是 A 减速行驶 向北转弯B 减速行驶 向南转弯 C 加速行驶 向南转弯D 加速行驶 向北转弯 11 在某次探究活动中 小明对老师给出的 小球在光滑斜面由静止释放时 所处高度 越高 到达斜面底端的速度越大 而与小球质量无关 这一结论产生了质疑 他猜想小球 从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度 猜想一 可能与小球在光滑斜面上的高度无关 猜想二 可能与小球的质量有关 用心 爱心 专心 他选择了一些实验器材 进行了如下实验 图中 A B C 分别表示小钢球在第 0 1s 末 第 0 2s 末 第 0 3s 末所处的位置 钢球 1 2 3 的质量关系为 m1 或 12 下是一位同学做验证牛顿第二定律的实验中准备进行的实验步骤 请你帮这位同学 按操作的先后顺序 用字母排列出来 A 安装好实验装置 B 用天平测出小车和桶的质量 M 和 M 在车上加砝码 在桶内放入适量砂 使桶和 砂总质量远小于车和砝码总质量 记下砝码和砂的质量 m 和 m C 平衡车和纸带受的摩擦力 在长木板不带定滑轮的一端下垫一块木板 反复移动木 板位置 直到车在斜面上运动时可保持匀速直线运动 这时车拖着纸带运动时所受的阻力 恰与车所受到的重力在斜面方向上的分量平衡 D 保持车的质量不变 通过改变砂桶的质量而改变车所受到的牵引力 再做几次实验 E 在每条纸带上选取一段比较理想的部分 测量各计数点间的距离 Sn 利用公式 s at2 算出各条纸带所对应的小车的加速度 F 把细绳系在小车上 并绕过滑轮悬挂小桶 接通电源 放开小车 打点计时器在纸 带上打下一系列点 取下纸带 在纸带上标上纸带号码 H 根据实验结果画出车运动的 a F 图线 如图线是过原点的倾斜直线 则证明物体 运动的加速度 a 和合外力大小成正比 13 如图所示 将一条轻而柔软的细绳一端固定在天花板上的 A 点 另一端固定在竖直 墙上的 B 点 A 和 B 到 O 点的距离相等 绳长为 OA 的两倍 滑轮的大小与质量均可忽略 滑轮下悬挂一质量为 m 的重物 设摩擦力可忽略 求平衡时绳所受的拉力为多大 用心 爱心 专心 B 14 经检测汽车 A 的制动性能 以标准速度 v 20m s 在平直公路上行驶时 匀减速制 动后 40s 停下来 现 A 车在平直公路上以 20m s 的速度行驶 发现前方 180m 处有一货车 B 以 u 6m s 的速度同向匀速行使 因该路段只能通过一个车辆 司机立即制动 试通过 计算说明能否发生撞车事故 某同学是这样解的 汽车 A 做匀减速直线运动 刹停时间为 40s 由运动学知识 A 车的位移 mmt40040 2 20 2 v s1 与此同时 货车 B 的运动位移mmut240406s2 由于 S1 S2 160m 180m 故不会发生撞车事故 请判断上面的结果是否正确 并说明理由 如不正确 请给出正确的解法和结果 15 如图甲所示 在一端封闭 长约 lm 的玻璃管内注满清水 水中放一个蜡烛做的蜡块 将玻璃管的开口端用胶塞塞紧 然后将这个玻璃管倒罩 在蜡块沿玻璃管上升的同时 将 玻璃管水平向右移动 假设从某时刻开始计时 蜡块在玻璃管内每 1s 上升的距离都是 10cm 玻璃管向右匀加速平移 每 1s 通过的水平位移依次是 s1 2 5cm s2 7 5cm s3 12 5cm s4 17 5cm 图乙中 y 表示蜡块竖直方向的位移 x 表示 蜡块随玻璃管通过的水平位移 t 0 时蜡块位于坐标原点 1 请在图乙中描绘出蜡块 4s 内的轨迹 2 求出玻璃管向右平移的加速度 a 3 求 t 2s 时蜡块的速度 v 0 10 20 30 40 x cm y cm 10 20 30 40 乙 16 在一次 模拟微重力环境 的实验中 实验人员乘座实验飞艇到达 6000m 的高空 然后让其由静止下落 下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的 0 04 倍 实验人员可以在 飞艇内进行微重力影响的实验 当飞船下落到距地面的高度为 3000m 时 开始做匀减速运 动 以保证飞艇离地面的高度不得低于 500m 重力加速度 g 恒取 10m s2 试计算 1 飞艇加速下落的时间 2 飞艇匀减速运动时的加速度不得小于多少 17 在 2004 年雅典奥运会上 我国运动员黄珊汕第一次参加蹦床项目的比赛即取得了第 用心 爱心 专心 三名的优异成绩 假设表演时运动员仅在竖直方向运动 通过传感器将弹簧床面与运动员 间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘制出如图所示的曲线 当地重力加速度为 g 10m s2 依据图象给出的信息 回答下列物理量能否求出 如能求出写出必要的运算过 程和最后结果 1 蹦床运动稳定后的运动周期 2 运动员的质量 3 运动过程中 运动员离开弹簧床上升的最大高度 4 运动过程中运动员的最大加速度 用心 爱心 专心 试题答案试题答案 1 CD 2 ABC 3 BD 4 C 5 D 6 C 7 D 8 BC 9 C 10 B 11 1 二 无关 2 12 BACFDEH 13 由平衡条件得 2Tsin mg 设左 右两侧绳长分别为 l1 l2 AO l 则由几何关系得 l1cos l2cos l l1 l2 2l 由以上几式解得 60 T 3 3 mg 14 解 解 不合理 汽车 A 做匀减速直线运动 当 A 车减为与 B 车同速时是 A 车逼近 B 车距离最多的时 刻 这时若能超过 B 车则相撞 反之则不能相撞 由运动学知识 t a V 1 得 A 车的加速度 2 1 0 5m sa A 车速度减到 6m s 时所用的