（广东版）2013届高三物理第二轮专题复习（专家概述+解题思路与方法+专题测试）专题二 牛顿运动定律的应用

1 专题二专题二 牛顿运动定律牛顿运动定律的应用的应用 专家概述专家概述 一 本专题的重点和难点内容一 本专题的重点和难点内容 1 本专题涉及到的运动有 匀速直线运动 匀加速直线运动 匀减速直线运动 平抛 运动 相互垂直的两个方向的运动合成 2 用到的公式有 s aT2 v t s atvvt 0 2 0 2 1 attvs asvvt2 2 0 2 v中间时刻 v中间位移 v 2 0t vv 2 22 0t vv 3 初速度为零时匀加速直线运动有用的结论 前 1s 前 2s 前 3s 内的位移之比为 1 4 9 第1s 第 2s 第 3s 内的位移之比为 1 3 5 前 1m 前 2m 前 3m 所用的时间之比为 1 23 第 1m 第 2m 第 3m 所用的时间之比为 1 12 23 4 物体在运动中超重或失重时的结论 处于超重的物体的物体对支持面的压力 F 或对悬挂物的拉力 大于物体的重力 即 F mg ma 处于失重的物体对支持面的压力 FN 或对悬挂物的拉力 小于物体的重力 mg 即 FN mg ma 当 a g 时 FN 0 即物体处于完全失重 5 位移图线的斜率表示物体运动的速度 速度图线的斜率表示物体运动的加速度 图 线与时间轴夹的面积代表位移 6 牛顿第二定律的大小关系 F ma 可以用分量式表示 Fx max Fy may 即可 以在某一直线方向使用 牛顿第二定律的统一关系 a 与 F m 属于同一个物体同一时刻的物 理量 牛顿第二定律的矢量关系 加速度的方向总是和合外力的方向相同的 牛顿第二定律 的瞬时关系 a 与 F 同生同灭 只与 F m 有关 但 a 与 v 无关 与 v 无关 与时间 t 无关 二 本专题的解题思路与方法二 本专题的解题思路与方法 1 基本思路与常用解题方法 通常选择初速度所在方向为正方向 则初速度 v0没有负值 位移 s 加速度 a 末速 度 vt数值可正 可负 负号不表示大小 只表示方向与规定方向相反 物体作匀减速直线运动 末速度为零时 可等效为初速度为零的匀加速直线运动的逆 过程 对于加速度恒定的匀减速直线运动对应的正向过程和反向过程的时间相等 对应点的 速度大小相等 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 竖直上抛运动是匀减速直线运动 可 分向上的匀减速直线运动和竖直向下匀加速直线运动 先整体分析加速度 后隔离分析各物体之间的相互作用力是解决连接体问题的最常用 思维模式 整体法只能分析 整体 外面其他物体对 整体 的作用力 不能求 整体 内 部各物体间的相互作用力 如果要求 整体 内部的相互作用力 一定要用隔离法 本专题解题一般步骤 仔细审题 确定研究对象 确定运动过程及形式 受力分析 整体或隔离 或整体隔离结合使用 力的合成或分解 常用正交分解法 列方程 平衡问 2 题列平衡方程 非平衡问题 列动力学方程即牛顿第二定律方程 其它方程如滑动摩擦力 或几何关系等 联立方程解出结果 判断结果的合理性 确认所求问题全部解决 运动合成与力的合成一样 遵守平行四边形法则 平抛运动分解为水平方向的匀速直 线运动 竖直方向的自由落体运动 绳杆运动的分解方法 顺绳沿杆方向运动 垂直绳杆方向转动两个方向的运动为分运 动 分速度 物体的实际运动为合运动 合速度 2 临界 极值问题 恰好 刚好 等都是用来表述临界状态的字眼 题目中所要求的物理量应满足的条 件 像 至少 至多 最大 最小 就是与临界问题相关联的极值问题 在动力学 的临界问题中 确定临界状态是前提 用假设 推理等方法分析在什么条件下达到临界状态 是解决问题的关键 经典例说经典例说 例 1 广州调研 如图 a 所示 静止在光滑水平面上 O 点的物体 从 t 0 开始物体受 到如图 b 所示的水平力作用 设向右为 F 的正方向 则物体 A 一直向左运动 B 一直向右运动 C 一直匀加速运动 D 在 O 点附近左右运动 答案 B 分析 物体从静止开始运动 一定是沿合外力方向运动 一定是加速运动 物体有了初 速度 就有可能是加速度运动 也有可能是减速运动 解 第 1 秒内向右初速度为零的匀加速直线运动 第 2 秒内向右匀减速直线运动到静止 第 3 秒内向右初速度为零的匀加速直线运动 第 4 秒内向右匀减速直线运动 选项 ACD 错误 选项 B 正确 小结 本题关键是反向合外力对应的匀减速直线运动刚好停下 变式训练 1 北京高考 蹦极 就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处 从几十米高处 跳下的一种极限运动 某人做蹦极运动 所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示 将蹦极过程近似为在竖直方向的运动 重力加速度为g 据图可知 此人在蹦极过程中最大加 速度约为 A g B 2g C 3g D 4g 2 云浮一模 一个静止的质点 在 0 5s 时间内受到力 F 的作用 力的方向始终在同一 直线上 力 F 随时间 t 的变化图线如图所示 则质点在 A 第 2s 末速度方向改变 B 第 2s 末加速度为零 C 第 4s 末运动速度为零 D 第 4s 末回到原出发点 t s F N 1 1 1 2 3 45 0 N F s t O 41235 O左右 ab F0 F0 3 例 2 惠州三调 如图所示 一木块在光滑水平面上受一恒力作用而运动 前方固定 一个弹簧 当木块接触弹簧后 A 将立即做变减速运动 B 将立即做匀减速运动 C 在一段时间内仍然做加速运动 速度继续增大 D 在弹簧处于最大压缩量时 物体的加速度为零 答案 C 分析 木块接触弹簧以后 受力多了一个 根据胡克定律 此力越来越大 合外力变了 运动性质就要变了 解 物体遇到弹簧后 受到向右的力 此力越来越大 合力先变小到零后再反向变大 加速度先变小到零后再反向变大 物体的运动是先加速后减速到零后再反向加速最减速到 零 选项 AB 错误 选项 C 正确 在弹簧处于最大压缩量时 弹簧的力大于恒力 合力 向右 物体的加速度不为零 方向向右 选项 D 错误 小结 运动的性质由初速度和合外力 质量 时间决定 变式训练 3 山东高考 如图所示 将两相同的木块 a b 至于粗糙的水平地面上 中间用一轻弹簧 连接 两侧用细绳固定于墙壁 开始时 a b 均静止 弹簧处于伸长状态 两细绳均有拉力 a 所受摩擦力 b 所受摩擦力 现将右侧细绳剪断 则剪断瞬间 0 fa F0 fb F A 大小不变 B 方向改变 fa F fa F C 仍然为零 D 方向向右 fb F fb F 4 汕尾模底 如图所示 在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体 受到一个伸长的弹簧的拉力作用 但仍能保持与升降机相对静止 现突然发现 物体被弹簧拉动 则可以判定升降机处于失重状态 此时升降机的运动状态可 能是 A 加速上升 B 加速下降 C 减速上升 D 减速下降 例 3 天津高考 如图所示 A B 两物块叠放在一起 在粗糙的水平面上保持相对静 止地向右做匀减速直线运动 运动过程中 B 受到的摩擦力 A 方向向左 大小不变 B 方向向左 逐渐减小 C 方向向右 大小不变 D 方向向右 逐渐减小 答案 A 分析 考查牛顿运动定律处理连接体问题的基本方法 简单题 对于多个物体组成的物 体系统 若系统内各个物体具有相同的运动状态 应优先选取整体法分析 再采用隔离法求 4 解 解 取 A B 系统整体分析有 a g B 与 A 具有共同 A ABAB fmmgmma 地 的运动状态 取 B 为研究对象 由牛顿第二定律有 物体 B 做速 ABBB fm gm a 常数 度方向向右的匀减速运动 故而加速度方向向左 小结 此题型中 A B 之间的静摩擦力只能通过牛顿第二定律求解 变式训练 5 天津高考 如图 在光滑水平面上有一质量为 m1 的足够长的木板 其上叠放一质量为 m2 的木块 现假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等 现给木块施加一随时间 t 增大的水平力 F kt k 是常数 木板和木块加速度大小分别为 a1和 a2 下列反映 a1和 a2变 化的图线正确的是 6 上海高考 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2mkg 为30N 沿水平方向的外力拉此物体 经拉至B处 已知 0 2ts cos370 8 取 sin370 6 2 10 gm s 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 4 湛江二模 关于力学单位制 下列说法正确的是 A 千克 米 秒 牛顿是导出单位 B 千克 米 牛顿是基本单位 C 在国际单位制中 质量的单位是 g 也可以是 kg D 只有在国际单位制中 牛顿第二定律的表达式才是 F ma 答案 D 分析 从历史发展来看 物理学中各物理量的单位从开始是不统一的 造成了各地科学 5 工作者很多不便 现在全世界的交流发达了 所以有很必要统一单位 这样国际单位制就诞 生了 在全世界的交流活动中 所有的科学工作者全部使用国际单位制 解 在国际单位制中 有基本单位 有导出单位 千克 米 秒是基本单位 牛顿是导 出单位 选项 AB 错误 在国际单位制中 一个物理量只有一个单位 选项 C 错误 选项 D 正确 在其它单位制中 比例系数不是 1 小结 一定要记住国际单位制中基本物理量的单位 其它物理量的单位可用公式推导出 来 变式训练 7 惠州四调 研究发现 轿车的加速度变化影响乘客的舒适度 即加速度变化率越小 乘坐轿车的人感到越舒适 由于 轿车加速度变化率 是描述轿车加速度随时间变化快慢的 物理量 由此可知 轿车加速度变化率的单位是 A m s B m s2 C m s3 D m s4 例 5 江苏高考 如图所示 甲 乙两同学从河中 O 点出发 分别沿直线游到 A 点和 B 点后 立即沿原路线返回到 O 点 OA OB 分别与水流方向平行和垂直 且 OA OB 若水流 速度不变 两人在靜水中游速相等 则他们所用时间 t甲 t乙的大小关系为 A t甲 t乙 B t甲 t乙 C t甲 t乙 D 无法确定 答案 C 分析 本题可以应用运动的合成与分解 分别求两不路线所用时间的表达式 再加以比 较即可 解 甲沿 OA 运动 用时t甲 2v0s v02 v2 乙沿 OB 运动 t乙 2s v02 v2 1 2 t甲 t乙 v0 v02 v2 1 2 1 即 t甲 t乙 选项 C 正确 小结 一个运动通常可以分解成方向互相垂直的两个直线运动的合成 且满足平行四边 形法则 合运动与分运动的时间