高三物理总复习及经典例题总结(最新最全-强烈推荐!!).doc

此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 20112011 年高三物理总复习年高三物理总复习 目目 录录 第第 1 专题专题 力与运动力与运动 2 第第 2 专题专题 动量和能量动量和能量 35 第第 3 专题专题 圆周运动 航天与星体问题圆周运动 航天与星体问题 60 第第 4 专题专题 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 78 第第 5 专题专题 电磁感应与电路的分析电磁感应与电路的分析 105 第第 6 专题专题 振动与波 光学 执掌 原子物理振动与波 光学 执掌 原子物理 136 第第 7 专题专题 高考物理实验高考物理实验 163 第第 8 专题专题 数学方法在物理中的应用数学方法在物理中的应用 188 第第 9 专题专题 高中物理常见的物理模型高中物理常见的物理模型 207 第第 10 专题专题 计算题的答题规范与解析技巧计算题的答题规范与解析技巧 227 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 20112011 年高三物理总复习年高三物理总复习 大纲版大纲版 第第 1 专题专题 力与运动力与运动 知识网络知识网络 考点预测考点预测 本专题复习三个模块的内容 运动的描述 受力分析与平衡 牛顿运动定律的运用 运 动的描述与受力分析是两个相互独立的内容 它们通过牛顿运动定律才能连成一个有机的整 体 虽然运动的描述 受力平衡在近几年 特别是 2008 年以前 都有独立的命题出现在高考 中 但由于理综考试题量的局限以及课改趋势 独立考查前两模块的命题在 2010 年高考中 出现的概率很小 大部分高考卷中应该都会出现同时考查三个模块知识的试题 而且占不少 分值 在综合复习这三个模块内容的时候 应该把握以下几点 1 运动的描述是物理学的重要基础 其理论体系为用数学函数或图象的方法来描述 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 推断质点的运动规律 公式和推论众多 其中 平抛运动 追及问题 实际运动的描述应为 复习的重点和难点 2 无论是平衡问题 还是动力学问题 一般都需要进行受力分析 而正交分解法 隔 离法与整体法相结合是最常用 最重要的思想方法 每年高考都会对其进行考查 3 牛顿运动定律的应用是高中物理的重要内容之一 与此有关的高考试题每年都有 题型有选择题 计算题等 趋向于运用牛顿运动定律解决生产 生活和科技中的实际问 题 此外 它还经常与电场 磁场结合 构成难度较大的综合性试题 一 运动的描述一 运动的描述 要点归纳要点归纳 一 匀变速直线运动的几个重要推论和解题方法 1 某段时间内的平均速度等于这段时间的中间时刻的瞬时速度 即 t v v t 2 2 在连续相等的时间间隔 T 内的位移之差 s 为恒量 且 s aT2 3 在初速度为零的匀变速直线运动中 相等的时间 T 内连续通过的位移之比为 s1 s2 s3 sn 1 3 5 2n 1 通过连续相等的位移所用的时间之比为 t1 t2 t3 tn 4 竖直上抛运动 1 对称性 上升阶段和下落阶段具有时间和速度等方面的对称性 2 可逆性 上升过程做匀减速运动 可逆向看做初速度为零的匀加速运动来研究 3 整体性 整个运动过程实质上是匀变速直线运动 5 解决匀变速直线运动问题的常用方法 1 公式法 灵活运用匀变速直线运动的基本公式及一些有用的推导公式直接解决 2 比例法 在初速度为零的匀加速直线运动中 其速度 位移和时间都存在一定的比例关系 灵活 利用这些关系可使解题过程简化 3 逆向过程处理法 逆向过程处理法是把运动过程的 末态 作为 初态 将物体的运动过程倒过来进行 研究的方法 4 速度图象法 速度图象法是力学中一种常见的重要方法 它能够将问题中的许多关系 特别是一些隐 藏关系 在图象上明显地反映出来 从而得到正确 简捷的解题方法 二 运动的合成与分解 1 小船渡河 设水流的速度为 v1 船的航行速度为 v2 河的宽度为 d 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 1 过河时间 t 仅由 v2沿垂直于河岸方向的分量 v 决定 即 t 与 v1无关 所以 d v 当 v2垂直于河岸时 渡河所用的时间最短 最短时间 tmin d v2 2 渡河的路程由小船实际运动轨迹的方向决定 当 v1 v2时 最短路程 smin d 当 v1 v2时 最短路程 smin 如图 1 1 所示 v1 v2 d 图 1 1 2 轻绳 轻杆两末端速度的关系 1 分解法 把绳子 包括连杆 两端的速度都沿绳子的方向和垂直于绳子的方向分解 沿绳子方向的 分运动相等 垂直方向的分运动不相关 即 v1cos 1 v2cos 2 2 功率法 通过轻绳 轻杆 连接物体时 往往力拉轻绳 轻杆 做功的功率等于轻绳 轻杆 对物体做功 的功率 3 平抛运动 如图 1 2 所示 物体从 O 处以水平初速度 v0抛出 经时间 t 到达 P 点 图 1 2 1 加速度Error 2 速度Error 合速度的大小 v v2 x v2 yv2 0 g2t2 设合速度的方向与水平方向的夹角为 有 tan 即 arctan vy vx gt v0 gt v0 3 位移Error 设合位移的大小 s s2 x s2 y v0t 2 f 1 2 gt2 2 合位移的方向与水平方向的夹角为 有 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 tan 即 arctan sy sx 1 2gt2 v0t gt 2v0 gt 2v0 要注意合速度的方向与水平方向的夹角不是合位移的方向与水平方向的夹角的 2 倍 即 2 而是 tan 2tan 4 时间 由 sy gt2得 t 平抛物体在空中运动的时间 t 只由物体抛出时离地的 1 2 2sy g 高度 sy决定 而与抛出时的初速度 v0无关 5 速度变化 平抛运动是匀变速曲线运动 故在相等的时间内 速度的变化量 g v t 相等 且必沿竖直方向 如图 1 3 所示 图 1 3 任意两时刻的速度与速度的变化量 v 构成直角三角形 v 沿竖直方向 注意 平抛运动的速率随时间并不均匀变化 而速度随时间是均匀变化的 6 带电粒子 只受电场力的作用 垂直进入匀强电场中的运动与平抛运动相似 出电场后 做匀速直线运动 如图 1 4 所示 图 1 4 故有 y 热点 重点 难点热点 重点 难点 一 直线运动 高考中对直线运动规律的考查一般以图象的应用或追及问题出现 这类题目侧重于考查 学生应用数学知识处理物理问题的能力 对于追及问题 存在的困难在于选用哪些公式来列 方程 作图求解 而熟记和运用好直线运动的重要推论往往是解决问题的捷径 例 1 如图 1 5 甲所示 A B 两辆汽车在笔直的公路上同向行驶 当 B 车在 A 车前 s 84 m 处时 B 车的速度 vB 4 m s 且正以 a 2 m s2的加速度做匀加速运动 经过一段 时间后 B 车的加速度突然变为零 A 车一直以 vA 20 m s 的速度做匀速运动 从最初相距 84 m 时开始计时 经过 t0 12 s 后两车相遇 问 B 车加速行驶的时间是多少 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 图 1 5 甲 解析 设 B 车加速行驶的时间为 t 相遇时 A 车的位移为 sA vAt0 B 车加速阶段的位移为 sB1 vBt at2 1 2 匀速阶段的速度 v vB at 匀速阶段的位移为 sB2 v t0 t 相遇时 依题意有 sA sB1 sB2 s 联立以上各式得 t2 2t0t 0 2 vB vA t0 s a 将题中数据 vA 20 m s vB 4 m s a 2 m s2 t0 12 s 代入上式有 t2 24t 108 0 解得 t1 6 s t2 18 s 不合题意 舍去 因此 B 车加速行驶的时间为 6 s 答案 6 s 点评 出现不符合实际的解 t2 18 s 的原因是方程 sB2 v t0 t 并不完全描述 B 车的位移 还需加一定义域 t 12 s 解析后可以作出 vA t vB t 图象加以验证 图 1 5 乙 根据 v t 图象与 t 围成的面积等于位移可得 t 12 s 时 s 16 4 6 4 6 1 2 m 84 m 二 平抛运动 平抛运动在高考试题中出现的几率相当高 或出现于力学综合题中 如 2008 年北京 山东理综卷第 24 题 或出现于带电粒子在匀强电场中的偏转一类问题中 如 2008 年宁夏理 综卷第 24 题 天津理综卷第 23 题 或出现于此知识点的单独命题中 如 2009 年高考福建 理综卷第 20 题 广东物理卷第 17 1 题 2008 年全国理综卷 第 14 题 对于这一知识点的 复习 除了要熟记两垂直方向上的分速度 分位移公式外 还要特别理解和运用好速度偏转 角公式 位移偏转角公式以及两偏转角的关系式 即 tan 2tan 例 2 图 1 6 甲所示 m 为在水平传送带上被传送的小物体 可视为质点 A 为终端 皮带轮 已知皮带轮的半径为 r 传送带与皮带轮间不会打滑 当 m 可被水平抛出时 A 轮 每秒的转数最少为 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 图 1 6 甲 A B 1 2 g r g r C D gr 1 2 gr 解析 解法一 m 到达皮带轮的顶端时 若 m mg 表示 m 受到的重力小于 或等 v2 r 于 m 沿皮带轮表面做圆周运动的向心力 m 将离开皮带轮的外表面而做平抛运动 又因为转数 n 2 v 2 r 所以当 v 即转数 n 时 m 可被水平抛出 故选项 A 正确 gr 1 2 g r 解法二 建立如图 1 6 乙所示的直角坐标系 当 m 到达皮带轮的顶端有一速度时 若 没有皮带轮在下面 m 将做平抛运动 根据速度的大小可以作出平抛运动的轨迹 若轨迹在 皮带轮的下方 说明 m 将被皮带轮挡住 先沿皮带轮下滑 若轨迹在皮带轮的上方 说明 m 立即离开皮带轮做平抛运动 图 1 6 乙 又因为皮带轮圆弧在坐标系中的函数为 当 y2 x2 r2 初速度为 v 的平抛运动在坐标系中的函数为 y r g 2 1 2 x v 平抛运动的轨迹在皮带轮上方的条件为 当 x 0 时 平抛运动的轨迹上各点与 O 点间 的距离大于 r 即 r y2 x2 即 r r 1 2g f x v 2 2 x2 解得 v gr 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 又因皮带轮的转速 n 与 v 的关系为 n v 2 r 可得 当 n 时 m 可被水平抛出 1 2 g r 答案 A 点评 解法一 应用动力学的方法分析求解 解法二 应用运动学的方法 数学方 法 求解 由于加速度的定义式为 a 而决定式为 a 故这两种方法殊途同归 v t F m 同类拓展 1 高台滑雪以其惊险刺激而闻名 运动员在空中的飞跃姿势具有很强的观 赏性 某滑雪轨道的完整结构可以简化成如图 1 7 所示的示意图 其中 AB 段是助滑雪道 倾角 30 BC 段是水平起跳台 CD 段是着陆雪道 AB 段与 BC 段圆滑相连 DE 段是 一小段圆弧 其长度可忽略 在 D E 两点分别与 CD EF 相切 EF 是减速雪道 倾角 37 轨道各部分与滑雪板间的动摩擦因数均为 0 25 图中轨道最高点 A 处的起滑台 距起跳台 BC 的竖直高度 h 10 m A 点与 C 点的水平距离 L1 20 m C 点与 D 点的距离为 32 625 m 运动员连同滑雪板的总质量 m 60 kg 滑雪运动员从 A 点由静止开始起滑 通 过起跳台从 C 点水平飞出 在落到着陆雪道上时 运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保 留沿着陆雪道的分速度而不弹起 除缓冲外运动员均可视为质点 设运动员在全过程中不使 用雪杖助滑 忽略空气阻力的影响 取重力加速度 g 10 m s2 sin 37 0 6 cos 37 0 8 求 图 1 7 1 运动员在 C 点水平飞出时的速度大小 2 运动员在着陆雪道 CD 上的着陆位置与 C 点的距离 3 运动员滑过 D 点时的速度大小 解析 1 滑雪运动员从 A 到 C 的过程中 由动能定理得 mgh mgcos mg L1 hcot mv h sin 1 22 C 解得 vC 10 m s 2 滑雪运动员从 C 点水平飞出到落到着陆雪道的过程中做平抛运动 有 x vCt y gt2 1 2 tan y x 着陆位置与 C 点的距离 s x cos 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 解得 s 18 75 m t 1 5 s 3 着陆位置到 D 点的距离 s 13 875 m 滑雪运动员在着陆雪道上做匀加速直线运 动 把平抛运动沿雪道和垂直雪道分解 可得着落后的初速度 v0 vCcos gtsin 加速度为 mgsin mgcos ma 运动到 D 点的速度为 v v 2as 2 D2 0 解得 vD 20 m s 答案 1 10 m s 2 18 75 m 3 20 m s 互动辨析 在斜面上的平抛问题较为常见 位移与水平面的夹角等于倾角 为着落条 件 同学们还要能总结出距斜面最远的时刻以及这一距离 二 受力分析二 受力分析 要点归纳要点归纳 一 常见的五种性质的力 产生原因 或条件 方 向大 小 重 力 由于地球的吸引而产生 总是竖直向下 铅直 向下或垂直水平面向 下 注意不一定指 向地心 不一定垂直 地面向下 G重 mg G Mm R2 地球表面附近一切物 体都受重力作用 与 物体是否处于超重或 失重状态无关 弹 力 接触 弹性形变 支持力的方向总是 垂直于接触面而指向 被支持的物体 压力的方向总是垂 直于接触面而指向被 压的物体 绳的拉力总是沿着 绳而指向绳收缩的方 向 F kx 弹力的大小往往利用 平衡条件和牛顿第二 定律求解 滑 动 摩 擦 力 接触 接触面粗糙 存在正压力 与接触面有相对运动 与接触面的相对运动 方向相反 f FN 只与 FN有关 与 接触面积 相对速度 加速度均无关 摩 擦 力 静 摩 擦 力 接触 接触面粗糙 存在正压力 与接触面存在相对运动的 趋势 与接触面相对运动的 趋势相反 与产生相对运动趋 势的动力的大小相等 存在最大静摩擦力 最大静摩擦力的大小 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 由粗糙程度 正压力 决定 续表 产生原因 或条件 方 向大 小 点电荷间的库仑力 真空中 两个点电荷之间的相互作用 作用力的方向沿两点 电荷的连线 同种电 荷相互排斥 异种电 荷相互吸引 F k q1q2 r2 电 场 力 电场对处于其中的电荷的作 用 正电荷的受力方向与 该处场强的方向一致 负电荷的受力方向与 该处场强的方向相反 F qE 安培力 磁场对通电导线的 作用力 F B F I 即安培 力 F 垂直于电流 I 和 磁感应强度 B 所确定 的平面 安培力的方 向可用左手定则来判 断 F BIL 安培力的实质是运动 电荷受洛伦兹力作用 的宏观表现 磁 场 力 洛伦兹力 运动电荷在磁场 中所受到的力 用左手定则判断洛伦 兹力的方向 特别要 注意四指应指向正电 荷的运动方向 若为 负电荷 则四指指向 运动的反方向 带电粒子平行于磁场 方向运动时 不受洛 伦兹力的作用 带电 粒子垂直于磁场方向 运动时 所受洛伦兹 力最大 即 f洛 qvB 二 力的运算 物体的平衡 1 力的合成与分解遵循力的平行四边形定则 或力的三角形定则 2 平衡状态是指物体处于匀速直线运动或静止状态 物体处于平衡状态的动力学条件 是 F合 0 或 Fx 0 Fy 0 Fz 0 注意 静止状态是指速度和加速度都为零的状态 如做竖直上抛运动的物体到达最高点 时速度为零 但加速度等于重力加速度 不为零 因此不是平衡状态 3 平衡条件的推论 1 物体处于平衡状态时 它所受的任何一个力与它所受的其余力的合力等大 反向 2 物体在同一平面上的三个不平行的力的作用下处于平衡状态时 这三个力必为共点 力 物体在三个共点力的作用下而处于平衡状态时 表示这三个力的有向线段组成一封闭的 矢量三角形 如图 1 8 所示 图 1 8 4 共点力作用下物体的平衡分析 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 热点 重点 难点热点 重点 难点 一 正交分解法 平行四边形法则的应用 1 正交分解法是分析平衡状态物体受力时最常用 最主要的方法 即当 F合 0 时有 Fx 合 0 Fy 合 0 Fz 合 0 2 平行四边形法有时可巧妙用于定性分析物体受力的变化或确定相关几个力之比 例 3 举重运动员在抓举比赛中为了减小杠铃上升的高度和发力 抓杠铃的两手间要 有较大的距离 某运动员成功抓举杠铃时 测得两手臂间的夹角为 120 运动员的质量为 75 kg 举起的杠铃的质量为 125 kg 如图 1 9 甲所示 求该运动员每只手臂对杠铃的作用 力的大小 取 g 10 m s2 图 1 9 甲 分析 由手臂的肌肉 骨骼构造以及平时的用力习惯可知 伸直的手臂主要沿手臂方 向发力 取手腕 手掌为研究对象 握杠的手掌对杠有竖直向上的弹力和沿杠向外的静摩擦 力 其合力沿手臂方向 如图 1 9 乙所示 图 1 9 乙 解析 手臂对杠铃的作用力的方向沿手臂的方向 设该作用力的大小为 F 则杠铃的 受力情况如图 1 9 丙所示 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 图 1 9 丙 由平衡条件得 2Fcos 60 mg 解得 F 1250 N 答案 1250 N 例 4 两个可视为质点的小球 a 和 b 用质量可忽略的刚性细杆相连放置在一个光滑 的半球面内 如图 1 10 甲所示 已知小球 a 和 b 的质量之比为 细杆长度是球面半径 3 的 倍 两球处于平衡状态时 细杆与水平面的夹角 是 2008 年高考 四川延考区理综卷 2 图 1 10 甲 A 45 B 30 C 22 5 D 15 解析 解法一 设细杆对两球的弹力大小为 T 小球 a b 的受力情况如图 1 10 乙 所示 图 1 10 乙 其中球面对两球的弹力方向指向圆心 即有 cos 2 2 R R 2 2 解得 45 故 FNa的方向为向上偏右 即 1 45 45 2 FNb的方向为向上偏左 即 2 45 45 2 两球都受到重力 细杆的弹力和球面的弹力的作用 过 O 作竖直线交 ab 于 c 点 设球 面的半径为 R 由几何关系可得 mag Oc FNa R mbg Oc FNb R 解得 FNa FNb 3 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 取 a b 及细杆组成的整体为研究对象 由平衡条件得 FNa sin 1 FNb sin 2 即 FNb sin 45 FNb sin 45 3 解得 15 解法二 由几何关系及细杆的长度知 平衡时有 sin Oab 2 2 R R 2 2 故 Oab Oba 45 再设两小球及细杆组成的整体重心位于 c 点 由悬挂法的原理知 c 点位于 O 点的正下 方 且 ac bc ma mb3 即 R sin 45 R sin 45 1 3 解得 15 答案 D 点评 利用平行四边形 三角形 定则分析物体的受力情况在各类教辅中较常见 掌 握好这种方法的关键在于深刻地理解好 在力的图示中 有向线段替代了力的矢量 在理论上 本题也可用隔离法分析小球 a b 的受力情况 根据正交分解法分别列平 衡方程进行求解 但是求解三角函数方程组时难度很大 解法二较简便 但确定重心的公式 超纲 ac bc ma mb3 二 带电粒子在复合场中的平衡问题 在高考试题中 也常出现带电粒子在复合场中受力平衡的物理情境 出现概率较大的是 在正交的电场和磁场中的平衡问题及在电场和重力场中的平衡问题 在如图 1 11 所示的速度选择器中 选择的速度 v 在如图 1 12 所示的电磁流量 E B 计中 流速 v 流量 Q u Bd du 4B 图 1 11 图 1 12 例 5 在地面附近的空间中有水平方向的匀强电场和匀强磁场 已知磁场的方向垂直 纸面向里 一个带电油滴沿着一条与竖直方向成 角的直线 MN 运动 如图 1 13 所 示 由此可判断下列说法正确的是 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 图 1 13 A 如果油滴带正电 则油滴从 M 点运动到 N 点 B 如果油滴带正电 则油滴从 N 点运动到 M 点 C 如果电场方向水平向右 则油滴从 N 点运动到 M 点 D 如果电场方向水平向左 则油滴从 N 点运动到 M 点 解析 油滴在运动过程中受到重力 电场力及洛伦兹力的作用 因洛伦兹力的方向始 终与速度方向垂直 大小随速度的改变而改变 而电场力与重力的合力是恒力 所以物体做 匀速直线运动 又因电场力一定在水平方向上 故洛伦兹力的方向是斜向上方的 因而当油 滴带正电时 应该由 M 点向 N 点运动 故选项 A 正确 B 错误 若电场方向水平向右 则 油滴需带负电 此时斜向右上方与 MN 垂直的洛伦兹力对应粒子从 N 点运动到 M 点 即选 项 C 正确 同理 电场方向水平向左时 油滴需带正电 油滴是从 M 点运动到 N 点的 故 选项 D 错误 答案 AC 点评 对于带电粒子在复合场中做直线运动的问题要注意受力分析 因为洛伦兹力的 方向与速度的方向垂直 而且与磁场的方向 带电粒子的电性都有关 分析时更要注意 本 题中重力和电场力均为恒力 要保证油滴做直线运动 两力的合力必须与洛伦兹力平衡 粒 子的运动就只能是匀速直线运动 同类拓展 2 如图 1 14 甲所示 悬挂在 O 点的一根不可伸长的绝缘细线下端挂有一 个带电荷量不变的小球 A 在两次实验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球 B 当 B 到达 悬点 O 的正下方并与 A 在同一水平线上 A 处于受力平衡时 悬线偏离竖直方向的角度为 若两次实验中 B 的电荷量分别为 q1和 q2 分别为 30 和 45 则为 2007 年高考 重 q2 q1 庆理综卷 图 1 14 甲 A 2 B 3 C 2 D 3 33 解析 对 A 球进行受力分析 如图 1 14 乙所示 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 图 1 14 乙 由于绳子的拉力和点电荷间的斥力的合力与 A 球的重力平衡 故有 F电 mgtan 又 F电 k 设绳子的长度为 L 则 A B 两球之间的距离 r Lsin 联立可得 q qQA r2 由此可见 q 与 tan sin2 成正比 即 2 故选项 C mL2gtan sin2 kQA q2 q1 tan 45 sin245 tan 30 sin230 3 正确 答案 C 互动辨析 本题为带电体在重力场和电场中的平衡问题 解题的关键在于 先根据小球 的受力情况画出平衡状态下的受力分析示意图 然后根据平衡条件和几何关系列式 得出电 荷量的通解表达式 进而分析求解 本题体现了新课标在知识考查中重视方法渗透的思想 三 牛顿运动定律的应用三 牛顿运动定律的应用 要点归纳要点归纳 一 深刻理解牛顿第一 第三定律 1 牛顿第一定律 惯性定律 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 1 理解要点 运动是物体的一种属性 物体的运动不需要力来维持 它定性地揭示了运动与力的关系 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 牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础 不能认为它是牛顿第二定律合外力为零时的特 例 牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系 第二定律定量地给出力与运动的关系 2 惯性 物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性 惯性是物体的固有属性 与物体的受力情况及运动状态无关 质量是物体惯性大小的量度 2 牛顿第三定律 1 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 作用在一条直线上 可用公式表示为 F F 2 作用力与反作用力一定是同种性质的力 作用效果不能抵消 3 牛顿第三定律的应用非常广泛 凡是涉及两个或两个以上物体的物理情境 过程的 解答 往往都需要应用这一定律 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 二 牛顿第二定律 1 定律内容 物体的加速度 a 跟物体所受的合外力 F合成正比 跟物体的质量 m 成反比 2 公式 F合 ma 理解要点 因果性 F合是产生加速度 a 的原因 它们同时产生 同时变化 同时存在 同时消 失 方向性 a 与 F合都是矢量 方向严格相同 瞬时性和对应性 a 为某时刻某物体的加速度 F合是该时刻作用在该物体上的合外 力 3 应用牛顿第二定律解题的一般步骤 1 确定研究对象 2 分析研究对象的受力情况 画出受力分析图并找出加速度的方向 3 建立直角坐标系 使尽可能多的力或加速度落在坐标轴上 并将其余的力或加速度 分解到两坐标轴上 4 分别沿 x 轴方向和 y 轴方向应用牛顿第二定律列出方程 5 统一单位 计算数值 热点 重点 难点热点 重点 难点 一 正交分解法在动力学问题中的应用 当物体受到多个方向的外力作用产生加速度时 常要用到正交分解法 1 在适当的方向建立直角坐标系 使需要分解的矢量尽可能少 2 Fx 合 max 合 Fy 合 may 合 Fz 合 maz 合 3 正交分解法对本章各类问题 甚至对整个高中物理来说都是一重要的思想方法 例 6 如图 1 15 甲所示 在风洞实验室里 一根足够长的细杆与水平面成 37 固 定 质量 m 1 kg 的小球穿在细杆上静止于细杆底端 O 点 现有水平向右的风力 F 作用于 小球上 经时间 t1 2 s 后停止 小球沿细杆运动的部分 v t 图象如图 1 15 乙所示 试求 取 g 10 m s2 sin 37 0 6 cos 37 0 8 图 1 15 1 小球在 0 2 s 内的加速度 a1和 2 4 s 内的加速度 a2 2 风对小球的作用力 F 的大小 解析 1 由图象可知 在 0 2 s 内小球的加速度为 a1 20 m s2 方向沿杆向上 v2 v1 t1 在 2 4 s 内小球的加速度为 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 a2 10 m s2 负号表示方向沿杆向下 v3 v2 t2 2 有风力时的上升过程 小球的受力情况如图 1 15 丙所示 图 1 15 丙 在 y 方向 由平衡条件得 FN1 Fsin mgcos 在 x 方向 由牛顿第二定律得 Fcos mgsin FN1 ma1 停风后上升阶段 小球的受力情况如图 1 15 丁所示 图 1 15 丁 在 y 方向 由平衡条件得 FN2 mgcos 在 x 方向 由牛顿第二定律得 mgsin FN2 ma2 联立以上各式可得 F 60 N 点评 斜面 或类斜面 问题是高中最常出现的物理模型 正交分解法是求解高中物理题最重要的思想方法之一 二 连接体问题 整体法与隔离法 高考卷中常出现涉及两个研究对象的动力学问题 其中又包含两种情况 一是两对象的 速度相同需分析它们之间的相互作用 二是两对象的加速度不同需分析各自的运动或受 力 隔离 或与整体法相结合 的思想方法是处理这类问题的重要手段 1 整体法是指当连接体内 即系统内 各物体具有相同的加速度时 可以把连接体内所 有物体组成的系统作为整体考虑 分析其受力情况 运用牛顿第二定律对整体列方程求解的 方法 2 隔离法是指当研究对象涉及由多个物体组成的系统时 若要求连接体内物体间的相 互作用力 则应把某个物体或某几个物体从系统中隔离出来 分析其受力情况及运动情况 再利用牛顿第二定律对隔离出来的物体列式求解的方法 3 当连接体中各物体运动的加速度相同或要求合外力时 优先考虑整体法 当连接体 中各物体运动的加速度不相同或要求物体间的作用力时 优先考虑隔离法 有时一个问题要 两种方法结合起来使用才能解决 例 7 如图 1 16 所示 在光滑的水平地面上有两个质量相等的物体 中间用劲度系 数为 k 的轻质弹簧相连 在外力 F1 F2的作用下运动 已知 F1 F2 当运动达到稳定时 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 弹簧的伸长量为 图 1 16 A B F1 F2 k F1 F2 2k C D F1 F2 2k F1 F2 k 解析 取 A B 及弹簧整体为研究对象 由牛顿第二定律得 F1 F2 2ma 取 B 为研究对象 kx F2 ma 或取 A 为研究对象 F1 kx ma 可解得 x F1 F2 2k 答案 C 点评 解析中的三个方程任取两个求解都可以 当地面粗糙时 只要两物体与地面的动摩擦因数相同 则 A B 之间的拉力与地面光 滑时相同 同类拓展 3 如图 1 17 所示 质量为 m 的小物块 A 放在质量为 M 的木板 B 的左端 B 在水平拉力的作用下沿水平地面匀速向右滑动 且 A B 相对静止 某时刻撤去水平拉力 经过一段时间 B 在地面上滑行了一段距离 x A 在 B 上相对于 B 向右滑行了一段距离 L 设 木板 B 足够长 后 A 和 B 都停了下来 已知 A B 间的动摩擦因数为 1 B 与地面间的动摩 擦因数为 2 且 2 1 则 x 的表达式应为 图 1 17 A x L B x M m M m L m C x D x 1ML 2 1 m M 1ML 2 1 m M 解析 设 A B 相对静止一起向右匀速运动时的速度为 v 撤去外力后至停止的过程 中 A 受到的滑动摩擦力为 f1 1mg 其加速度大小 a1 1g f1 m B 做减速运动的加速度大小 a2 2 m M g 1mg M 由于 2 1 所以 a2 2g 1g a1 即木板 B 先停止后 A 在木板上继续做匀减速运动 且其加速度大小不变 对 A 应用动能定理得 f1 L x 0 mv2 1 2 对 B 应用动能定理得 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 1mgx 2 m M gx 0 Mv2 1 2 解得 x 1ML 2 1 m M 答案 C 点评 虽然使 A 产生加速度的力由 B 施加 但产生的加速度 a1 1g 是取大地为参 照系的 加速度是相对速度而言的 所以加速度一定和速度取相同的参照系 与施力物体的 速度无关 动能定理可由牛顿第二定律推导 特别对于匀变速直线运动 两表达式很容易相互转 换 三 临界问题 例 8 如图 1 18 甲所示 滑块 A 置于光滑的水平面上 一细线的一端固定于倾角为 45 质量为 M 的光滑楔形滑块 A 的顶端 P 处 细线另一端拴一质量为 m 的小球 B 现对 滑块施加一水平方向的恒力 F 要使小球 B 能相对斜面静止 恒力 F 应满足什么条件 图 1 18 甲 解析 先考虑恒力背离斜面方向 水平向左 的情况 设恒力大小为 F1时 B 还在斜面上且对斜 面的压力为零 此时 A B 有共同加速度 a1 B 的受力情况如图 1 18 乙所示 有 图 1 18 乙 Tsin mg Tcos ma1 解得 a1 gcot 即 F1 M m a1 M m gcot 由此可知 当水平向左的力大于 M m gcot 时 小球 B 将离开斜面 对于水平恒力 向斜面一侧方向 水平向右 的情况 设恒力大小为 F2时 B 相对斜面静止时对悬绳的拉力恰 好为零 此时 A B 的共同加速度为 a2 B 的受力情况如图 1 18 丙所示 有 图 1 18 丙 FNcos mg FNsin ma2 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 解得 a2 gtan 即 F2 M m a2 M m gtan 由此可知 当水平向右的力大于 M m gtan B 将沿斜面上滑 综上可知 当作用在 A 上的恒力 F 向左小于 M m gcot 或向右小于 M m gtan 时 B 能静止在斜面上 答案 向左小于 M m gcot 或向右小于 M m gtan 点评 斜面上的物体 被细绳悬挂的物体这两类物理模型是高中物理中重要的物理模 型 也是高考常出现的重要物理情境 四 超重与失重问题 1 超重与失重只是物体在竖直方向上具有加速度时所受支持力不等于重力的情形 2 要注意飞行器绕地球做圆周运动时在竖直方向上具有向心加速度 处于失重状态 例 9 为了测量某住宅大楼每层的平均高度 层高 及电梯的运行情况 甲 乙两位同 学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验 质量 m 50 kg 的甲同学站在体重计 上 乙同学记录电梯从地面一楼到顶层的过程中 体重计的示数随时间变化的情况 并作出 了如图 1 19 甲所示的图象 已知 t 0 时 电梯静止不动 从电梯内楼层按钮上获知该大 楼共 19 层 求 1 电梯启动和制动时的加速度大小 2 该大楼的层高 图 1 19 甲 解析 1 对于启动状态有 F1 mg ma1 得 a1 2 m s2 对于制动状态有 mg F3 ma2 得 a2 2 m s2 2 电梯匀速运动的速度 v a1t1 2 1 m s 2 m s 从图中读得电梯匀速上升的时间 t2 26 s 电梯运行的总时间 t 28 s 电梯运行的 v t 图象如图 1 19 乙所示 图 1 19 乙 所以总位移 s v t2 t 2 26 28 m 54 m 1 2 1 2 层高 h 3 m s 18 54 18 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 答案 1 2 m s2 2 m s2 2 3 m 经典考题经典考题 在本专题中 正交分解 整体与隔离相结合是最重要也是最常用的思想方法 是高考中 考查的重点 力的独立性原理 运动图象的应用次之 在高考中出现的概率也较大 1 有一个直角支架 AOB AO 水平放置 表面粗糙 OB 竖直向下 表面光滑 AO 上 套有小环 P OB 上套有小环 Q 两环质量均为 m 两环间由一根质量可忽略 不可伸长的 细绳相连 并在某一位置平衡 如图 1 20 甲所示 现将 P 环向左移一小段距离 两环再 次达到平衡 那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较 AO 杆对 P 环的支持力 N 和 细绳上的拉力 T 的变化情况是 1998 年高考 上海物理卷 图 1 20 甲 A N 不变 T 变大 B N 不变 T 变小 C N 变大 T 变大 D N 变大 T 变小 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 解析 Q 环的受力情况如图 1 20 乙所示 由平衡条件得 Tcos mg P 环向左移动后 变小 T 变小 mg cos 图 1 20 乙 图 1 20 丙 P 环的受力情况如图 1 20 丙所示 由平衡条件得 NP mg Tcos 2mg NP与 角无关 故选项 B 正确 答案 B 点评 本例是正交分解法 隔离法的典型应用 以后的许多考题都由此改编而来 求解支持力 N 时 还可取 P Q 组成的整体为研究对象 将整体受到的外力正交分解 知竖直方向有 NQ 2mg 2 如图 1 21 甲所示 在倾角为 的固定光滑斜面上有一块用绳子拴着的长木板 木 板上站着一只猫 已知木板的质量是猫的质量的 2 倍 当绳子突然断开时 猫立即沿着板向 上跑 以保持其相对斜面的位置不变 则此时木板沿斜面下滑的加速度为 2004 年高考 全国 理综卷 图 1 21 甲 A sin B gsin g 2 C gsin D 2gsin 3 2 解析 绳子断开后猫的受力情况如图 1 21 乙所示 由平衡条件知 木板对猫有沿斜 面向上的摩擦力 有 f mgsin 图 1 21 乙 图 1 21 丙 再取木板为研究对象 其受力情况如图 1 21 丙所示 由牛顿第二定律知 2mgsin f 2ma 解得 a gsin 3 2 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 答案 C 点评 猫脚与木块之间的摩擦力使猫保持平衡状态 还可取猫 木板组成的整体为研究对象 由牛顿第二定律 3mgsin 2ma 求解 但 这一方法高中不作要求 3 如图 1 22 所示 某货场需将质量 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 使货物由轨道 顶端无初速度滑下 轨道半径 R 1 8 m 地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板 A B 长度均为 l 2 m 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 2 0 2 最大静摩擦力与滑动摩擦力大 小相等 取 g 10 m s2 2009 年高考 山东理综卷 图 1 22 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 A 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 解析 1 设货物滑到圆轨道末端时的速度为 v0 对货物的下滑过程中根据机械能守 恒定律得 mgR m1v 1 22 0 设货物在轨道末端所受支持力的大小为 FN 根据牛顿第二定律得 FN m1g m1 v2 0 R 联立以上两式并代入数据得 FN 3000 N 根据牛顿第三定律 货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为 3000 N 方向竖直向 下 2 若滑上木板 A 时 木板不动 由受力分析得 1m1g 2 m1 2m2 g 若滑上木板 B 时 木板 B 开始滑动 由受力分析得 1m1g 2 m1 m2 g 联立并代入数据得 0 4 1 0 6 3 1 0 5 由上问可得 货物在木板 A 上滑动时 木板不动 设货物在木板 A 上做减 速运动时的加速度大小为 a1 由牛顿第二定律得 1m1g m1a1 设货物滑到木板 A 末端时的速度为 v1 由运动学公式得 v v 2a1l 2 12 0 联立并代入数据得 v1 4 m s 设在木板 A 上运动的时间为 t 由运动学公式得 v1 v0 a1t 联立并代入数据得 t 0 4 s 答案 1 3000 N 方向竖直向下 2 0 4 1 0 6 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 3 0 4 s 点评 象这样同时考查受力分析 动力学 运动学的题型在 2010 届高考中出现的可 能性最大 4 如图 1 23 甲所示 P Q 为某地区水平地面上的两点 在 P 点正下方一球形区域 内储藏有石油 假定区域周围岩石均匀分布 密度为 石油密度远小于 可将上述球形 区域视为空腔 如果没有这一空腔 则该地区重力加速度 正常值 沿竖直方向 当存在空腔 时 该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离 重力加速度在原竖直方向 即 PO 方向 上的投影相对于正常值的偏离叫做 重力加速度反常 为了探寻石油区域的位 置和石油储量 常利用 P 点附近重力加速度反常现象 已知引力常数为 G 图 1 23 甲 1 设球形空腔体积为 V 球心深度为 d 远小于地球半径 x 求空腔所引起的 Q PQ 点处的重力加速度反常 2 若在水平地面上半径 L 的范围内发现 重力加速度反常值在 与 k k 1 之间变化 且重力加速度反常的最大值出现在半径为 L 的范围的中心 如果这种反常是由于地下存在 某一球形空腔造成的 试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积 2009 年高考 全国理综卷 解析 1 由牛顿第二定律得 a F引 m 故重力加速度 g G M r2 假设空腔处存在密度为 的岩石时 对 Q 处物体的引力产生的重力加速度为 g G M d2 x2 G V d2 x2 由力的独立原理及矢量的合成定则知 球形区域为空腔时 Q 点处的物体的重力加速度 的矢量关系如图 1 23 乙所示 图 1 23 乙 即 g gg 故加速度反常 g g cos G Vd d2 x2 3 2 由 1 解可得 重力加速度反常 g 的最大值和最小值分别为 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 g max g min G V d2 3 22 2 G Vd dL 由题设有 g max k g min 联立以上各式得 地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为 d V 2 3 1 L k 2 2 3 1 L k Gk 答案 1 2 223 G Vd dx 2 3 1 L k 2 2 3 1 L k Gk 点评 对于本题大部分同学不知如何入手 其原因在于对力的独立性原理及矢量 加速度 的合成与分解理解不够深刻和熟练 本考题使大部分同学陷入一个思维误区 总在思考 g 而不去思考 g 也是自由落 G m 体的加速度 g 遵循矢量的平行四边形定则 F引 m 能力演练能力演练 一 选择题 10 4 分 1 如图所示 A B 是两个长方形物块 F 是作用在物块 B 上沿水平方向的力 A 和 B 以相同的速度在水平地面 C 上做匀速直线运动 空气阻力不计 由此可知 A B 间的动摩 擦因数 1和 B C 间的动摩擦因数 2有可能是 A 1 0 2 0 B 1 0 2 0 C 1 0 2 0 D 1 0 2 0 解析 本题中选 A B 整体为研究对象 由于 A B 在推力 F 的作用下做匀速直线运 动 可知地面对 B 的摩擦力一定水平向左 故 2 0 对 A 进行受力分析可知 水平方向不 受力 1可能为零 故正确答案为 BD 答案 BD 2 如图所示 从倾角为 高 h 1 8 m 的斜面顶端 A 处水平抛出一石子 石子刚好落 在这个斜面底端的 B 点处 石子抛出后 经时间 t 距斜面最远 则时间 t 的大小为 取 g 10 m s2 A 0 1 s B 0 2 s C 0 3 s D 0 6 s 此文档收集于网络 仅供学习与交流 如有侵权请联系网站删除 学习资料 解析 由题意知 石子下落的时间 t0 0 6 s 2h g 又因为水平位移 x hcot 故石子平抛的水平初速度 v0 x t0 hcot t0 当石子的速度方向与斜面平行时 石子距斜面最远 即 tan gt v0 解得 t 0 3 s h 2g 答案 C 3 在轻绳的两端各拴一个小球 一人用手拿着上端的小球站在 3 楼的阳台上 放手后 让小球自由下落 两小球相继落地的时间差为 T 如果站在 4 楼的阳台上 同样放手让小球 自由下落 则两小球相继落地的时间差将 A 不变 B 增大 C 减小 D 无法判断 解析 两小球都做自由落体运动 可在同一 v t 图象中作出速度随时间变化的关系 曲线 如图所示 设人在 3 楼的阳台上释放小球后 两球落地的时间差为 t1 图中阴影部 分的面积为 h 若人在 4 楼的阳台上释放小球后 两球落地的时间差为 t2 要保证阴影部 分的面积也是 h 从图中可以看出一定有 t2 t1 答案 C 4 如图甲所示 小球静止在小车中的光滑斜面 A 和光滑竖直挡板 B 之间 原来小车向 左匀速运动 现在小车改为向左减速运动 那么关于斜面对小球的弹力 NA的大小和挡板 B 对小球的弹力 NB的大小 以下说法正确的是 甲 A