高一物理牛顿运动定律专题粤教版知识精讲

用心 爱心 专心 高一物理牛顿运动定律专题粤教版高一物理牛顿运动定律专题粤教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 牛顿运动定律专题 二 学习目标 1 强化和巩固牛顿运动定律解题的常规思路 突破学生在运用牛顿运动定律解题时的思 维障碍 2 重点掌握牛顿运动定律应用问题中常见题型的解题方法 考点地位 牛顿运动定律是历年高考重点考查的内容之一 对这部分内容的考查非常灵活 各种 题型均可以考查 其中用整体法和隔离法处理牛顿第二定律 牛顿第二定律与静力学 运 动学的综合问题都是高考热点 对牛顿第一 第三定律的考查经常以选择题或融合到计算 题中的形式呈现 另外 牛顿运动定律在实际中的应用很多 如弹簧问题 传送带问题 这类试题不仅能考查学生对知识的掌握程度而且还能考查学生从材料 信息中获取有用信 息的能力 因此备受命题专家的青睐 总结近几年高考的命题趋势 一是考力和运动的综 合题 重点考查综合运用知识的能力 二是联系实际 以实际问题为背景命题 重点考查 获取并处理信息 把实际问题转化成物理问题的能力 通过对于近三年试卷的分析 2007 年江苏单科卷第 15 题 上海单科卷 21 题 上海单科卷的 19B 2006 年全国理综 卷 的第 24 题 2005 年全国 卷的第 25 题均以大题形式出现 三 重难点解析 1 牛顿第一定律 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 直到有外力迫使它改 变这种状态为止 对牛顿第一定律的理解要点 1 运动是物体的一种属性 物体的运动不需要力来 维持 2 它定性地揭示了运动与力的关系 即力是改变物体运动状态的原因 是使物体 产生加速度的原因 3 定律说明了任何物体都有一个极其重要的属性 惯性 4 不受力的物体是不存在的 牛顿第一定律不能用实验直接验证 而是建立在大量实验现象 的基础之上 通过思维的逻辑推理而发现的 它告诉了人们研究物理问题的另一种方法 即通过大量的实验现象 利用人的逻辑思维 从大量现象中寻找事物的规律 5 牛顿第 一定律是牛顿第二定律的基础 不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例 牛 顿第一定律定性地给出了力与运动的关系 牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系 2 牛顿第二定律 物体的加速度跟所受外力的合力成正比 跟物体的质量成反比 加速 度的方向跟合外力的方向相同 公式 F ma 对牛顿第二定律的理解要点 1 牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系 即知 道了力 可根据牛顿第二定律研究其效果 分析出物体的运动规律 反过来 知道了运动 可根据牛顿第二定律研究其受力情况 为设计运动 控制运动提供了理论基础 2 牛顿 第二定律揭示的是力的瞬时效果 即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系 力变 加速度就变 力撤除加速度就为零 注意力的瞬时效果是加速度而不是速度 3 牛顿第 二定律是矢量关系 加速度的方向总是和合外力的方向相同的 可以用分量式表示 Fx max Fy may Fz maz 4 牛顿第二定律 F ma 定义了力的基本单位 牛顿 定义使质量为 用心 爱心 专心 1kg 的物体产生 1m s2的加速度的作用力为 1N 即 1N 1kg m s2 3 牛顿第三定律 两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等 方向相反 作用在 同一直线上 对牛顿第三定律的理解要点 1 作用力和反作用力相互依赖性 它们是相互依存 互以对方作为自己存在的前提 2 作用力和反作用力的同时性 它们是同时产生 同时 消失 同时变化 不是先有作用力后有反作用力 3 作用力和反作用力是同一性质的力 4 作用力和反作用力是不可叠加的 作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上 各产生其效果 不可求它们的合力 两个力的作用效果不能相互抵消 应注意同二力平衡 加以区别 典型例题典型例题 问题 1 整体法与隔离法处理连接体的问题 例题 如图所示 固定在水平面上的斜面其倾角 37 长方体木块 A 的 MN 面上 钉着一颗小钉子 质量 m 1 5kg 的小球 B 通过一细线与小钉子相连接 细线与斜面垂 直 木块与斜面间的动摩擦因数 0 50 现将木块由静止释放 木块将沿斜面下滑 求在 木块下滑的过程中小球对木块 MN 面的压力大小 取 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 解析 以木块和小球整体为研究对象 设木块的质量为 M 下滑的加速度为 a 沿斜 面方向 根据牛顿第二定律有 M m gsin37 M m gcos37 M m a 解得 a g sin37 cos37 2m s2 以小球 B 为研究对象 受重力 mg 细线拉力 T 和 MN 面对小球沿斜面向上的弹力 FN 沿斜面方向 根据牛顿第二定律有 mgsin37 FN ma 解得 FN mgsin37 ma 6N 由牛顿第三定律得 小球对木块 MN 面的压力大小为 6N 变式变式 1 如图所示 A B 两物体之间用轻质弹簧连接 用水平恒力 F 拉 A 使 A B 一起沿光滑水平面做匀加速直线运动 这时弹簧长度为 L1 若将 A B 置于粗糙水平面上 用相同的水平恒力 F 拉 A 使 A B 一起做匀加速直线运动 此时弹簧长度为 L2 若 A B 与粗糙水平面之间的动摩擦因数相同 则下列关系式正确的是 A L2 L1 B L2 L1 C L2 L1 D 由于 A B 质量关系未知 故无法确定 L1 L2的大小关系 用心 爱心 专心 答案 答案 C 变式变式 2 用质量为 m 长度为 L 的绳沿着光滑水平面拉动质量为 M 的物体 在绳的一 端所施加的水平拉力为 F 如图所示 求 1 物体与绳的加速度 2 绳中各处张力的大小 假定绳的质量分布均匀 下垂度可忽略不计 分析与解 分析与解 1 以物体和绳整体为研究对象 根据牛顿第二定律可得 F M m a 解得 a F M m 2 以物体和靠近物体 x 长的绳为研究对象 如图所示 根据牛顿第二定律可得 Fx M mx L a M x L m mM F 由此式可以看出 绳中各处张力的大小是不同的 当 x 0 时 绳施于物体 M 的力的 大小为 F mM M 问题 2 传送带类问题分析 例题 如图所示 某工厂用水平传送带传送零件 设两轮子圆心的距离为 S 传送 带与零件间的动摩擦因数为 传送带的速度恒为 V 在 P 点轻放一质量为 m 的零件 并 使被传送到右边的 Q 处 设零件运动的后一段与传送带之间无滑动 则传送所需时间为 分析与解 分析与解 刚放在传送带上的零件 起初有个靠滑动摩擦力加速的过程 当速度增加 到与传送带速度相同时 物体与传送带间无相对运动 摩擦力大小由 f mg 突变为零 此后以速度 V 走完余下距离 由于 f mg ma 所以 a g 加速时间 g V a V t 1 加速位移 g V atS 2 2 11 2 1 2 1 通过余下距离所用时间 g V V S V SS t 2 1 2 共用时间 g V V S ttt 2 21 变式 变式 如图所示 传送带与地面倾角 37 从 A 到 B 长度为 16m 传送带以 10m s 的速度逆时针转动 在传送带上端 A 处无初速度的放一个质量为 0 5kg 的物体 它 与传送带之间的摩擦因数为 0 5 求物体从 A 运动到 B 所用时间是多少 sin37 用心 爱心 专心 0 6 cos37 0 8 解析 解析 物体放在传送带上后 开始的阶段 由于传送带的速度大于物体的速度 物体 所受的摩擦力沿传送带向下如图所示 物体由静止加速 由牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma1 解得 a1 10m s2 物体加速到与传送带速度相同需要的时间为 t1 s 1s 1 10 10 v a 物体加速到与传送带速度相同发生的位移为 22 11 10 15 22 satmm 由于 tan 0 5 tan 0 75 物体在重力作用下将继续加速运动 当物体的 速度大于传送带的速度时 物体给传送带的摩擦力沿传送带向上 由牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma2 解得 a2 2m s 设后一阶段物体滑至底端所用时间为 t2 由 L s vt2 2 1 2 at 解得 t2 1s t2 11s 舍去 所以 物体从 A 运动到 B 所用时间 t t1 t2 2s 问题 3 临界问题分析 例题 如图所示 在光滑水平面上放着紧靠在一起的 AB 两物体 B 的质量是 A 的 2 倍 B 受到向右的恒力 B 2N A 受到的水平力 A 9 2t N t 的单位是 s 从 t 0 开始计时 则 A A 物体在 3s 末时刻的加速度是初始时刻的 5 11 倍 用心 爱心 专心 B t s 后 B 物体做匀加速直线运动 C t 4 5s 时 A 物体的速度为零 D t 4 5s 后 AB 的加速度方向相反 分析与解 分析与解 对于 A B 整体据牛顿第二定律有 FA FB mA mB a 设 A B 间的作 用力为 FN 则对 B 据牛顿第二定律可得 FN FB mBa 解得N t F mm FF mF B BA BA BN 3 416 当 t 4s 时 FN 0 A B 两物体开始分离 此后 B 做匀加速直线运动 而 A 做加速度 逐渐减小的加速运动 当 t 4 5s 时 A 物体的加速度为零而速度不为零 t 4 5s 后 A 所受 合外力反向 即 A B 的加速度方向相反 当 t s 时 A B 的加速度均为 BA BA mm FF a 综上所述 选项 A B D 正确 变式 变式 一弹簧秤的秤盘质量 m1 1 5kg 盘内放一质量为 m2 10 5kg 的物体 P 弹簧质 量不计 其劲度系数为 k 800N m 系统处于静止状态 如图所示 现给 P 施加一个竖直 向上的力 F 使 P 从静止开始向上做匀加速直线运动 已知在最初 0 2s 内 F 是变化的 在 0 2s 后是恒定的 求 F 的最大值和最小值各是多少 g 10m s2 分析与解 分析与解 因为在 t 0 2s 内 F 是变力 在 t 0 2s 以后 F 是恒力 所以在 t 0 2s 时 P 离开秤盘 此时 P 受到盘的支持力为零 由于盘的质量 m1 1 5kg 所以此时弹簧不能处于 原长 设在 0 0 2s 这段时间内 P 向上运动的距离为 x 对物体 P 据牛顿第二定律可得 F N m2g m2a 对于盘和物体 P 整体应用牛顿第二定律可得 ammgmmx k gmm kF 2121 21 令 N 0 并由上述二式求得 而 所以求得 a 6m s2 k amgm x 12 2 2 1 atx 当 P 开始运动时拉力最小 此时对盘和物体 P 整体有 Fmin m1 m2 a 72N 当 P 与盘分离时拉力 F 最大 Fmax m2 a g 168N 模拟试题模拟试题 答题时间 50 分钟 1 手提一根不计质量的 下端挂有物体的弹簧上端 竖直向上作加速运动 当手突然停 止运动后的极短时间内 物体将 A 立即处于静止状态 B 向上作加速运动 用心 爱心 专心 C 向上作匀速运动 D 向上作减速运动 2 如图所示 质量为 m 的木块在推力 F 作用下 沿竖直墙壁匀加速向上运动 F 与竖 直方向的夹角为 已知木块与墙壁间的动摩擦因数为 则木块受到的滑动摩擦力大小 是 A mg B Fcos mg C Fcos mg D Fsin 3 倾角为 的光滑斜面上有一质量为 m 的滑块正在加速下滑 如图所示 滑块上悬挂 的小球达到稳定 与滑块相对静止 后悬线的方向是 A 竖直下垂 B 垂直于斜面 C 与竖直向下的方向夹角 D 以上都不对 4 某同学找了一个用过的 易拉罐 在靠近底部的侧面打了一个洞 用手指按住洞 向 罐中装满水 然后将易拉罐竖直向上抛出 空气阻力不计 则下列说法正确的是 A 易拉罐上升的过程中 洞中射出的水的速度越来越快 B 易拉罐下降的过程中 洞中射出的水的速度越来越快 C 易拉罐上升 下降的过程中 洞中射出的水的速度都不变 D 易拉罐上升 下降的过程中 水不会从洞中射出 5 如图所示 将小球甲 乙 丙 都可视为质点 分别从 A B C 三点由静止同时释 放 最后都到达竖直面内圆弧的最低点 D 其中甲是从圆心 A 出发做自由落体运动 乙沿 弦轨道从一端 B 到达另一端 D 丙沿圆弧轨道从 C 点运动到 D 且 C 点很靠近 D 点 如 果忽略一切摩擦阻力 那么下列判断正确的是 A 甲球最先到达 D 点 乙球最后到达 D 点 B 甲球最先到达 D 点 丙球最后到达 D 点 C 丙球最先到达 D 点 乙球最后到达 D 点 D 甲球最先到达 D 点 无法判断哪个球最后到达 D 点 6 质点受到在一条直线上的两个力 F1和 F2的作用 F1 F2随时间的变化规律如图所示 用心 爱心 专心 力的方向始终在一条直线上且方向相反 已知 t 0 时质点的速度为零 在图示的 t1 t2 t3 和 t4各时刻中 哪一时刻质点的速率最大 A t1 B t2 C t3 D t4 7 如右下图所示一根轻绳跨过光滑定滑轮 两端分别系一个质量为 m1 m2的物块 m1 放在地面上 m2离地面有一定高度 当 m2的质量发生改变时 m1的加速度 a 的大小也将 随之改变 以下左面的四个图象 哪个最能正确反映 a 与 m2间的关系 A B C D 8 利用传感器和计算机可以测量快速变化的力的瞬时值 右图是用这种方法获得的弹性 绳中拉力随时间的变化图线 实验时 把小球举高到绳子的悬点 O 处 然后放手让小球自 由下落 由此图线所提供的信息 以下判断正确的是 A t2时刻小球速度最大 B t1 t2期间小球速度先增大后减小 C t3时刻小球动能最小 D t1与 t4时刻小球动量一定相同 9 在汽车中悬线上挂一小球 实验表明 当小球做匀变速直线运动时 悬线将与竖直方 向成某一固定角度 如图所示 若在汽车底板上还有一个跟其相对静止的物体 M 则关于 汽车的运动情况和物体 M 的受力情况正确的是 A 汽车一定向右做加速运动 B 汽车一定向左做加速运动 C M 除受到重力 底板的支持力作用外 还一定受到向右的摩擦力作用 D M 除受到重力 底板的支持力作用外 还可能受到向左的摩擦力作用 10 如图 风洞实验室中可产生水平方向的 大小可调节的风力 现将一套有小球的细 用心 爱心 专心 直杆放入风洞实验室 小球孔径略大于细杆直径 1 当杆在水平方向上固定时 调节风力的大小 使小球在杆上做匀速运动 这时 小球所受的风力为小球所受重力的 0 5 倍 求小球与杆间的滑动摩擦因数 2 保持小球所受风力不变 使杆与水平方向间夹角为 37 并固定 则小球从静 止出发在细杆上滑下距离 s 所需时间为多少 sin37 0 6 cos37 0 8 用心 爱心 专心 试题