2012版高考物理 3-2-1精品系列 专题3 力和运动（教师版）

1 专题专题 3 3 力和运动 教师版 力和运动 教师版 牛顿运动定律是高中物理的核心内容之一 是动力学的基石 也是整个经典力学的理论基 础 是历年高考的必考内容 其考查的重点有 准确理解牛顿第一定律 熟练掌握牛顿第 二定律及其应用 尤其是物体的受力分析方法 理解牛顿第三定律 理解和掌握运动和力 的关系 理解超重和失重 本章内容的命题形式倾向于应用型 综合型和能力型 易与生 产生活 军事科技 工农业生产等紧密联系 还可以力 电综合题形式出现 从方法上 重点考查运用隔离法和整体法来求解加速度相等的连接体问题 运用正交分解法处理受力 较复杂的问题 运用图象法处理力与运动的关系问题 从能力角度来看 重点考查思维 抽 象 形象 直觉思维 能力 分析和解决问题的能力 牛顿定律是必考点 也是分值重的考 点 预测 2013 年高考各卷还会以选项题和计算题的形式出现 尤其的理综考题的计算题 主要以力学的基本知识和方法为考查内容 多数以牛顿运动定律与匀变速直线运动的综 合 除了考查整体法与隔离法 图象法外 力与运动的关系问题仍然会出现在计算题中 特别是由力与运动的关系运用已知的力学规律 对物体的运动参量作出明确的预见的问题要 引起重视 这是物理学和技术上进行正确分析和设计的基础 如发射人造地球卫星进入预定 轨道 带电粒子在电场中加速后获得速度等 考点考点 1 1 牛顿第一定律牛顿第一定律 考点 2 作用力和反作用力 例 2 下列说法正确的是 A 凡是大小相等 方向相反 分别作用在两个物体上的两个力 必定是一对作用力和反作用 力 B 凡是大小相等 方向相反 作用在同一个物体上的两个力 必定是一对作用力和反作用力 C 凡是大小相等 方向相反 作用在同一直线上且分别作用在两个物体上的两个力 才是一 对作用力和反作用力 D 相互作用的一对力中 究竟哪一个力是作用力 哪一个力是反作用力是任意的 解析 由牛顿第三定律知 相互作用的一对力总是大小相等 方向相反 在一条直线上 且 分别作用在相互作用的两个物体上 但大小相等 方向相反 分别作用在两个物体上的两个 力 不一定是一对作用力和反作用力 A B C 都是错误的 只有 D 对 答案 D 考点 3 牛顿第二定律 2 考点 4 力 加速度和速度的关系 例 4 如图 3 12 1 所示 自由下落的小球下落一段时间后 与弹簧接触 从它接触 弹簧开始 到弹簧压缩到最短的过程中 小球的速度 加速度的变化情况如何 考点 5 瞬时问题 例 5 如图 5 所示 质量为 m 的小球被水平绳 AO 和与竖直方向成 角的轻弹簧系着处于 静止状态 现用火将绳 AO 烧断 在绳 AO 烧断的瞬间 下列说法正确的是 A 弹簧的拉力 cos mg F B 弹簧的拉力 sinmgF C 小球的加速度为零 D 小球的加速度 singa 解析 烧断 OA 之前 小球受 3 个力 如图所示 烧断细绳的瞬间 绳子的张力没有了 但由于轻弹簧的形变的恢复需要时间 故弹簧 的弹力不变 A 正确 mg T F 3 答案 A 考点 6 整体法和隔离法的应用 考点 7 整体利用牛顿第二定律 当几个物体所组成的系统加速度不同时 我们也可以牛顿第二定律来求解 此时牛顿第二 定律应表述为 即整个系统所受的合外力 物 nna mamamamF 332211 体之间的作用力为内力 不考虑 等于各个物体所产生的加速度与质量的乘积的矢量和 其 正交表示为 nxnxxx amamamF 2211 nynyyy amamamF 2211 例 7 一根质量为 M 的木棒 上端用细绳系在天花板上 棒上有一只质量为 m 的猴子 如 图 6 所示 如果将细绳剪断 猴子沿木棒向上爬 但仍保持与地面间的高度不变 求这时 木棒下落的加速度 解法二 整体法 把猴子和木棒看成一个整体 受力情况如图 8 所示 在这个整体中猴 子受力平衡 木棒具有加速度 根据牛顿第二定律有 解得木棒的加速度为 方向竖直向下 4 2012 2012 高考试题解析高考试题解析 2012 上海 14 如图 竖直轻质悬线上端固定 下端与均质硬棒AB中点连接 棒长为 线长二倍 棒的A端用铰链固定在墙上 棒处于水平状态 改变悬线长度 使线与棒的连 接点逐渐右移 并保持棒仍处于水平状态 则悬线拉力 A 逐渐减小 B 逐渐增大 C 先减小后增大 D 先增大后减小 2012 上海 18 位于水平面上的物体在水平恒力F1作用下 做速度为v1的匀速运动 若作用力变为斜向上的恒力F2 物体做速度为v2的匀速运动 且F1与F2功率相同 则可 能有 A F2 F1 v1 v2 B F2 F1 v1F1 v1 v2 D F2 F1 v1LB 这样代入后可知 C 选项正确 AB vv 可得 因此 D 选项也正确 22 11 22 AABB M vM v 考点定位 力和运动 功和能力和运动 功和能 2012 山东 14 以下叙述正确的是 6 A 法拉第发现了电磁感应现象 B 惯性是物体的固有属性 速度大的物体惯性一定大 C 牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的必然结果 D 感应电流遵从楞次定律所描述的方向 这是能量守恒定律的必然结果 2012 天津 8 如图甲所示 静止在水平地面的物块A 受到水平向右的拉力F作用 F与时间t的关系如图乙所示 设物块与地面的静摩擦力最大值fm与滑动摩擦力大小相等 则 A 0 t1时间内F的功率逐渐增大 B t2时刻物块A的加速度最大 C t2时刻后物块A做反向运动 D t3时刻物块A的动能最大 答案 BD 解析 0 t1时间内Ffm 物体A 仍做加速运动 运动方向没变 t3时刻后F2r 其中 v1 v2为当两球间距离最小时 A B 两球的速度 s 1 s2为两球间距离从 L 变至最小的 过程中 A B 两球通过的路程 28 9 质量m 1kg 的物体放在倾角为 37 的斜面上 斜面的质量M 2kg 斜面与物体 的动摩擦因数 0 2 地面光滑 现对斜面体施加一水平推力 如图 1 所示 要使物体m 相对斜面静止 力F应为多大 设物体与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 m s2 10 g 2 设物体处于相对斜面上滑动的临界状态时推力为2 F 此时物体所受摩擦力沿斜面向 下 根据牛顿第二定律 对 m 物体有 x方向 2 cossinmaNN y方向 0sincos mgNN 对整体 22 amMF 代入数值解得 2 2 2 11sma NF 6 33 2 29 所以 F 的取值范围 14 34N F 33 6N 10 如图所示 沿水平方向放置一条平直光滑槽 它垂直穿过开有小孔的两平行薄板 板 相距 3 5L 槽内有两个质量均为m的小球A和B 球 A带电量为 2q 球B带电量为 3q 两球由长为 2L 的轻杆相连 组成一带电系统 最初A和B分别静止 于左板的两侧 离板的距离均为L 若视小球为质点 不计轻杆的质量 在两板间加上与槽平行向右的匀强 电场E后 设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成 不影响 电场的分布 求 球B刚进入电场时 带电系统的速度大小 带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间及球A 相对右板的位置 1 带电系统开始运动时 设加速度为a1 由牛顿第二定律 m qE a 2 2 1 m qE 球B刚进入电场时 带电系统的速度为v1 有 Lav 1 2 1 2 由 求得 m qEL v 2 1 球A离电场后 带电系统继续做减速运动 设加速度为a3 再由牛顿第二定律 30 m qE a 2 3 3 1 上海 46 与普通自行车相比 电动自行车骑行更省力 下表为某一品牌电动自行车的 部分技术参数 在额定输出功率不变的情况下 质量为 60Kg 的人骑着此自行车沿平直公路 行驶 所受阻力恒为车和人总重的 0 04 倍 当此电动车达到最大速度时 牵引力为 N 当车速为 2m s 时 其加速度为 m s2 g 10m s2 规格后轮驱动直流永磁铁电机 车型14 电动自行车额定输出功率 200W 整车质量 40Kg 额定电压 48V 最大载重 120 Kg 额定电流 4 5A 2 安徽 17 为了节约能量 某商场安装了智能化的电动扶梯 无人乘行时 扶梯运转 得很慢 有人站上扶梯时 它会先慢慢加速 再匀速运转 一顾客乘扶梯上楼 恰好经历 了这两个过程 如图所示 那么下列说法中正确的是 A 顾客始终受到三个力的作用 B 顾客始终处于超重状态 C 顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方 再竖直向下 D 顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方 再竖直向下 答案 C 解析 当人随扶梯斜向上匀速运动时 处于平衡状态 人只受重力 和支持力的作用 顾客对扶梯作用力竖直向下 当人随mgFN 扶梯斜向上加速运动时 人受重力 支持力和电梯对人的水平向右的静摩擦力作用 三个 力的合力和电梯的运动方向相同 根据牛顿第三定律可知 顾客对电梯有竖直mgFN 31 向下的压力和水平向左的静摩擦力作用 所以顾客对扶梯作用力指向左下方 所以 C 正确 3 安徽 22 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 为了探求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 g 10m 2 s 当运动员与吊椅一起正以加速度 a 1 m 上升时 试求 2 s 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 4 海南 15 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 0 12m sv 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 司视才发觉并紧急刹车 刹车时阻力 2 2m sa 3st 为正常行驶时的 3 倍 假设刹车前在引力不变 求卡车和车厢都停下后两者之间的距离 答案 36m 解析 设卡车的质量为 M 车所受阻力与车重之比为 刹车前卡车牵引力的大小为 F 卡车刹车前后加速度的大小分别为和 重力加速度大小为 g 由牛顿第二定律有 1 a 2 a 1 2 20 3 fMg FMgMa MgMa MgMa 32 5 江苏 9 如图所示 两质量相等的物块 A B 通过一轻质弹簧连接 B 足够长 放置在 水平面上 所有接触面均光滑 弹簧开始时处于原长 运动过程中始终处在弹性限度内 在物块 A 上施加一个水平恒力 A B 从静止开始运动到第一 次速度相等的过程中 下列说法中正确的有 A 当 A B 加速度相等时 系统的机械能最大 B 当 A B 加速度相等时 A B 的速度差最大 C 当 A B 的速度相等时 A 的速度达到最大 D 当 A B 的速度相等时 弹簧的弹性势能最大 6 上海 22 12 分 如图 a 质量m 1kg 的物体沿倾角 37 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 33 a ms 2 b m 4 a 0 5 v ms 1 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 比例系数k sin370 0 6 cos370 0 8 g 10m s2 7 全国 2 20 以初速度 v0竖直向上抛出一质量为 m 的小物体 假定物块所受的空气阻 力 f 大小不变 已知重力加速度为 g 则物体上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分 别为 A 和 2 0 2 1 v f g mg 0 mgf v mgf B 和 2 0 2 1 v f g mg 0 mg v mgf C 和 2 0 2 2 1 v f g mg 0 mgf v mgf D 和 2 0 2 2 1 v f g mg 0 mg v mgf 8 四川 23 16 分 图示为修建高层建筑常用的塔式起重机 在起重机将质量 m 5 103 kg 的重物竖直吊起的过程中 重物由静止开始向上作匀加速直线运动 加速度 a 0 2 34 m s2 当起重机输出功率达到其允许的最大值时 保持该功率直到重物做 vm 1 02 m s 的 匀速运动 取 g 10 m s2 不计额外功 求 1 起重机允许输出的最大功率 2 重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第 2 秒末的输出功率 答案 P0 5 1 104W P 2 04 104W 9 浙江 23 14 分 如图所示 相距为d的平行金属板A B竖直放置 在两板之间水平放置一绝缘平板 有一质量m 电荷量q q 0 的小物块 在与金属板A相距l处静止 若某一时刻在金属板A B间加一电压UAB 小物块与金属板只发生了一次碰撞 碰撞后电荷量变为 q mgd 2 3 q 2 1 并以与碰前大小相等的速度反方向弹回 已知小物块与绝缘平板间的动摩 擦因数为 若不计小物块电量对电场的影响和碰撞时间 则 1 小物块与金属板A碰撞前瞬间的速度大小是多少 2 小物块碰撞后经过多长时间停止运动 停在何位置 答案 1 物块与金属板A碰撞前瞬间的速度大小为 2 小物块碰撞后经过gl 停止运动 停在距A点处 g l 4l 2 解析 1 加上电压后 B板电势高于A板 小物块在电场力与摩擦力共同作用下向A 板做匀加速直线运动 电场强度为 d U E AB 小物块所受电场力和摩擦力的方向相反 则所受合力为mgqEF 合 电源 题 22 图 S d l A B