2020高考物理二轮复习专题三牛顿运动定律课件.pptx

专题三牛顿运动定律,-2-,高考命题规律,A.当=60时,运动员单手对地面的正压力大小为B.当=120时,运动员单手对地面的正压力大小为GC.当不同时,运动员受到的合力不同D.当不同时,运动员与地面之间的相互作用力不相等,-3-,牛顿运动定律的理解命题角度1(储备)应用牛顿第三定律转换研究对象【典题】重力为G的体操运动员在进行自由体操比赛时,有如图所示的比赛动作,当运动员竖直倒立保持静止状态时,两手臂对称支撑,夹角为,则(),-4-,答案:A,解析:以运动员为研究对象,受到重力和地面对两只手的支持力,运动,正确,B错误;运动员受到的合力始终为零,C错误;由牛顿第三定律知两物体间的相互作用力大小永远相等,D错误.,转换研究对象的解题方法如果不能直接求解物体受到的某个力时,可先求它的反作用力,即利用牛顿第三定律转换研究对象,转换研究对象后所求的力与待求力是“等大”的,因此问题得以巧妙地解决.如求压力时可先求支持力;在许多问题中,摩擦力的求解亦是如此.,-5-,命题角度2加速度与力的关系高考真题体验对方向1.(多选)(2016全国18)一质点做匀速直线运动.现对其施加一恒力,且原来作用在质点上的力不发生改变,则()A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D.质点单位时间内速率的变化量总是不变,-6-,答案:BC解析:匀速直线运动的质点加一恒力后,合力即该恒力,质点做匀变速运动,根据牛顿第二定律F=ma,可知C选项正确;由加速度定义式a=可知单位时间内速度的变化量总是不变,速率的变化量不一定相等,选项D错误;质点的速度方向不一定与该恒力的方向相同,选项A错误;某一时刻恒力方向与速度方向垂直时,速度方向立即改变,而恒力方向不会改变,所以速度方向不可能总是与该恒力的方向垂直,选项B正确.,-7-,2.(多选)(2016全国20)如图,一固定容器的内壁是半径为R的半球面;在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P.它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中,克服摩擦力做的功为W.重力加速度大小为g.设质点P在最低点时,向心加速度的大小为a,容器对它的支持力大小为FN,则(),-8-,答案:AC解析:质点P由静止滑到最低点过程由动能定理得,-9-,合力、加速度、速度之间的关系判定(1)不管速度是大还是小,只要合力不为零,物体一定有加速度.,(3)合力与速度同向时,物体加速运动;合力与速度反向时,物体减速运动.,-10-,典题演练提能刷高分1.如图所示,小明将叠放在一起的A、B两本书抛给小强,已知A的质量为m,重力加速度为g,两本书在空中不翻转,不计空气阻力,则A、B在空中运动时()A.A的加速度等于gB.B的加速度大于gC.A对B的压力等于mgD.A对B的压力大于mg答案:A解析:A、B在空中运动时,A、B处于完全失重状态,A、B之间没有作用力,A、B的加速度均为重力加速度,故A正确,BCD错误.,-11-,2.在向右匀速运动的小车内,用细绳a和b系住一个小球,绳a处于斜向上的方向,拉力为Fa,绳b处于水平方向,拉力为Fb,如图所示.现让小车向右做匀减速运动,此时小球相对于车厢的位置仍保持不变,则两根细绳的拉力变化情况是()A.Fa变大,Fb不变B.Fa变小,Fb变小C.Fa不变,Fb变大D.Fa不变,Fb变小答案:C解析:小车向右做匀减速运动时,小球相对于车厢的位置仍保持不变,故对小球受力分析可知,Fa的竖直分量大小仍等于mg,Fa不变,Fa的水平分量也不变,而加速度水平向左,故Fb变大,C正确.,-12-,3.如图所示,小车在水平地面上向右做匀速直线运动,车内A、B两物体叠放在一起,因前方有障碍物,为避免相撞,小车刹车制动,在小车整个运动的过程中,A、B两物体始终保持相对静止且随小车一起运动,则下列说法正确的是()A.在小车匀速运动过程中,A、B两物体间存在摩擦力B.在小车匀速运动过程中,B物体相对小车有向右运动的趋势C.在小车刹车制动过程中,A相对B一定有沿斜面向上运动的趋势D.在小车刹车制动过程中,A、B两物体间一定存在着沿斜面方向上的摩擦力,-13-,答案:A解析:小车匀速运动时,A、B处于平衡状态,B相对小车无运动趋势,且由受力分析可知,A、B两物体间一定存在摩擦力,故A对,B错;小车刹车制动过程中由于加速度大小未知,A、B间相对运动趋势方向不能确定,所以C、D错误.,-14-,命题角度3(储备)牛顿第二定律瞬时性的理解【典题】(多选)如图所示,质量为2kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上面,质量为3kg的物体B用细线悬挂并恰好与A物体相互接触.g取10m/s2.某时刻将细线剪断,则细线剪断瞬间()A.弹簧的弹力大小为30NB.物体B的加速度大小为10m/s2C.物体A的加速度大小为6m/s2D.物体A对物体B的支持力大小为12N,-15-,答案:CD,解析:弹簧的弹力大小不会瞬间变化,故剪断细线的瞬间,弹力大小不,m/s2=6m/s2,B错误,C正确;以B为研究对象,mBg-FN=mBa,FN=mB(g-a)=34N=12N,D正确.,-16-,瞬时问题的分析方法(1)分析物体的瞬时问题,关键是弄清瞬时前后的受力情况和运动状态的变化情况,正确分析该时刻的受力,然后再由牛顿第二定律求出瞬时加速度.(2)分析此类问题应特别注意绳或线类、弹簧或橡皮绳类模型的特点.轻绳、轻杆或接触面不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间;轻弹簧、轻橡皮绳两端同时连接(或附着)有物体的弹簧或橡皮绳,特点是形变量大,其形变恢复需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变.,-17-,典题演练提能刷高分1.如图所示,质量为m的小球被非弹性绳A和B系住,其中B绳水平,下列说法正确的是()A.平衡时水平绳的拉力为mgsinB.剪断水平绳,斜绳的拉力不变C.剪断水平绳,小球的加速度为gsinD.剪断斜绳,小球的加速度为gtan,-18-,答案:C,解析:对小球受力分析,平衡时水平绳的拉力为mgtan,A错误;平衡,只受重力,小球的加速度为g,故D错误.,-19-,2.如图所示,水平面上放有三个木块A、B、C,质量均为m=1kg,A、C与地面间的接触面光滑,B与地面间的动摩擦因数=0.1,A、B之间用轻弹簧相连,B、C之间用轻绳相连.现在给C一个水平向右的大小为4N的拉力F,使A、B、C三个木块一起以相同的加速度向右做匀加速直线运动.某一时刻撤去拉力F,则撤去力F的瞬间,轻绳中的张力FT为(重力加速度g取10m/s2)()A.0B.1NC.2ND.3N,-20-,答案:B解析:在拉力作用下对整体由牛顿第二定律可得F-mg=3ma解得a=1m/s2.弹簧上的弹力不能瞬间变化,设弹力大小为F,对A由牛顿第二定律可得F=ma=11N=1N当撤去外力后,把B、C作为整体由牛顿第二定律可知F+mg=2ma解得a=1m/s2,方向向左.对C受力分析由牛顿第二定律可得F=ma=1N,故B正确.,-21-,3.(多选)如图所示,一辆平板小车静止在光滑水平面上,车上固定由正六边形的三边构成的槽型容器ABCD,光滑小球静止在容器内且与AB、BC和CD边都接触.现使小车以加速度a向左做匀加速直线运动.g为重力加速度.则(),C.若AB边对小球的作用力为零,则BC和CD边对球的作用力大小相等D.若AB边对小球的作用力为零,则BC和CD边对球的作用力大小之差为一定值,-22-,答案:AD,解析:当AB、CD边对小球的作用力都为零时,对小球进行受力分析,零时,对小球进行受力分析可知,竖直方向上FBCcos60-FCDcos60=mg,故D正确,C错误.,-23-,4.(多选)如图所示,在动摩擦因数=0.2的水平面上有一个质量m=1kg的小球,小球一端与水平轻弹簧相连,另一端与竖直方向成=45角的不可伸长的轻绳相连,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零.在剪断轻绳的瞬间(g取10m/s2).下列说法中正确的是()A.小球受力个数不变B.小球立即向左运动,且a=8m/s2C.小球立即向左运动,且a=10m/s2D.若剪断的是弹簧,则剪断瞬间小球加速度为零,-24-,答案:BD,解析:在剪断轻绳前,小球受重力、绳子的拉力以及弹簧的弹力处于平衡状态,根据共点力平衡得,弹簧的弹力F=mgtan45=101N=10N,弹簧处于伸长状态.剪断轻绳的瞬间,弹簧的弹力仍然为10N,小球此时受重力、支持力、弹簧弹力和摩擦力四个力作用,小球的受力个数发生改变,故A错误;剪断轻绳时,小球所受的最大静摩擦力为Ff=mg=0.210N=2N,根据牛顿第二定律得,运动,故B正确,C错误.若剪断弹簧,则在剪断的瞬间,轻绳对小球的拉力瞬间为零,此时小球受重力和支持力作用,所受的合力为零,则小球的加速度为零,故D正确.,-25-,两类动力学问题命题角度1已知运动(受力)求受力(运动)高考真题体验对方向1.(多选)(2019全国20)如图(a),物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平.t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4s时撤去外力.细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示,木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示.木板与实验台之间的摩擦可以忽略.重力加速度取10m/s2.由题给数据可以得出(),-26-,A.木板的质量为1kgB.2s4s内,力F的大小为0.4NC.02s内,力F的大小保持不变D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2答案:AB解析:对物块受力分析可知,细绳对物块的拉力f等于木板与物块间的摩擦力.由题图(b)可知,滑动摩擦力Ff=0.2N,设木板质量为m木,对木板:45s内的加速度=-0.2m/s2,-Ff=m木a2,可求得m木=1kg,A正确.对木板:24s内,F-Ff=m木a1,a1=0.2m/s2,求得F=0.4N,B正确.对木板:02s,拉力F与静摩擦力Ff静平衡,F=Ff静=kt,C错误.物块质量未知,无法求正压力,无法求动摩擦因数,D错误.,-27-,2.(2018全国15)如图,轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物块P,系统处于静止状态.现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动.以x表示P离开静止位置的位移,在弹簧恢复原长前,下列表示F和x之间关系的图象可能正确的是(),-28-,答案:A解析:选物块P为研究对象进行受力分析,根据牛顿第二定律F+FN-mg=ma,系统原处于静止状态,则F0=ma,F由开始随x增加,FN变小,F变大,选项A正确.,-29-,3.(2017全国24)为提高冰球运动员的加速能力,教练员在冰面上与起跑线相距s0和s1(s13N时,A、B发生相对滑动,对B,根据牛顿第二定律得:F-mg=Ma则F=Ma+mg,图线的斜率k=1kg=M,故小滑块A的质量m=2kg,C正确.,-80-,2.如图所示,长木板静止于光滑水平地面上,滑块叠放在木板右端,现对木板施加水平恒力,使它们向右运动.当滑块与木板分离时,滑块相对地面的位移为x、速度为v.若只减小滑块质量,再次拉动木板,滑块与木板分离时()A.x变小,v变小B.x变大,v变大C.x变小,v变大D.x变大,v变小,-81-,答案:A解析:长木板和滑块做初速度为0的匀加速直线运动,根据牛顿第二,小,滑块相对地面的速度为v=a1t变小,故A正确,BCD错误.故选A.,-82-,3.如图所示,质量为M=3kg的足够长的木板放在光滑水平地面上,质量为m=1kg的物块放在木板上,物块与木板之间有摩擦,两者都以大小为4m/s的初速度向相反方向运动.当木板的速度为3m/s时,物块处于()A.匀速运动阶段B.减速运动阶段C.加速运动阶段D.速度为零的时刻,-83-,答案:B解析:物块和木板相对运动,物块和木板间有摩擦力Ff,所以物块做,故当木板速度为3m/s时,物块速度为1m/s,两者的速度方向不变,之后木板继续做减速运动,物块速度先减到零后反向做匀加速运动,木板继续减速,当木板和物块速度相同后,两者一起做匀速运动.故当木板的速度为3m/s时,物块必处于匀减速运动阶段,所以B正确,ACD错误.,-84-,4.一长轻质薄硬纸片置于光滑水平地面上,其上放质量均为1kg的A、B两物块,A、B与薄硬纸片之间的动摩擦因数分别为1=0.3,2=0.2,水平恒力F作用在A物块上,如图所示.已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2.下列说法正确的是()A.若F=1.5N,则A物块所受摩擦力大小为1.5NB.若F=8N,则B物块的加速度为4.0m/s2C.无论力F多大,A与薄硬纸片都不会发生相对滑动D.无论力F多大,B与薄硬纸片都不会发生相对滑动,答案:C,-85-,解析:物块A与硬纸片间的最大静摩擦力为FfA=1mAg=0.3110N=3N,物块B与硬纸片间的最大静摩擦力为FfB=2mBg=0.2110N=2N.若F=1.5NFfA,则物块A、B与硬纸片保持相对静止,整体在F作用下向左匀加速运动,根据牛顿第二定律得:F-Ff=mAa,所以物块A所受摩擦力FfFf1,所以木块运动时,木板静止不动.木块在左边第一块木板上的加速度为a1,由牛顿第二定律得1mg=ma1.设小木块滑上第二块木板的瞬时速度为v,代入数据解得:v=1m/s,-88-,(2)木块滑上第二块木板后,设木板的加速度为a2,由牛顿第二定律得:1mg-2(M+m)g=Ma2设木块与木板达到相同速度v1时,运动时间为t对木块:v1=v-a1t,对木板有:v1=a2t解得:v1=0.1m/s,t=0.3s木块在木板上滑动的长度为s1-s1l.达到共速后,木块和木板一起继续运动.设木块、木板一起运动的加速度大小为a3,位移为s22(M+m)g=(M+m)a3解得s2=0.005m所以,移动的总位移s=l+s1+s2=0.670m,-89-,验证牛顿第二定律及其“变式型”实验高考真题体验对方向1.(2019全国22)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验.所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等.回答下列问题:,-90-,(1)铁块与木板间动摩擦因数=(用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示).(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使=30.接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.80m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为(结果保留2位小数).,-91-,-92-,2.(2016全国23)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系.图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮:轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码.本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010kg.实验步骤如下:,-93-,(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑.(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移x,绘制x-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a.,-94-,(3)对应于不同的n的a值见下表.n=2时的x-t图象如图(b)所示:由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表.,-95-,(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图象.从图象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比.,-96-,(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为kg(保留2位有效数字,重力加速度g取9.8ms-2).(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是(填入正确选项前的标号)A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大答案:(3)0.40(0.370.49均对)(4)a-n图线见解析(5)0.45(在0.43和0.47均对)(6)BC,-97-,解析:(3)小滑车释放后做初速度为零的匀加速直线运动满足x=at2由图(b)知,当x=0.8m时,t=2.00s,代入式解得a=0.40m/s2(5)描点作图a-n图线如图:对钩码与小滑车组成的系统有nmg=(m+5m)a,解得m=0.45kg.,-98-,(6)若木板保持水平,则对系统由牛顿第二定律得nmg-m+(N-n)mg=(m+Nm)a,由此知图线不过原点,且斜率增大,故B、C选项正确.,结合实验原理突破新型实验“变式型”实验原理还是牛顿第二定律的应用,结合牛顿第二定律写出表达式,并运用一次函数变换表达式,作出a-n图象,利用图象的斜率能够解决问题.,-99-,典题演练提能刷高分1.如图甲所示是研究小车加速度与力关系的实验装置.木板置于水平桌面上,一端系有沙桶的细绳通过滑轮与拉力传感器相连,拉力传感器可显示所受的拉力大小F,改变桶中沙的质量多次实验.完成下列问题:,-100-,(1)实验中需要.A.测量沙和沙桶的总质量B.保持细线与长木板平行C.保持小车的质量不变D.满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量(2)实验中得到一条纸带,相邻计数点间有四个点未标出,各计数点到A点的距离如图乙所示.电源的频率为50Hz,则打B点时小车速度大小为m/s,小车的加速度大小为m/s2.(3)实验中描绘出a-F图象如图丙所示,图象不过坐标原点的原因是.,-101-,答案:(1)BC(2)0.416或0.421.48(3)平衡摩擦力过度解析:(1)绳子的拉力可以通过拉力传感器测出,不需要用天平测出沙和沙桶的质量,故A错误;为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,需要平衡摩擦力,平衡摩擦力时应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上,调整长木板的倾斜度,让小车拖着纸带做匀速直线运动,同时要调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行,所以B选项是正确的;本实验采用的是控制变量法,要研究小车加速度与力的关系,必须保持小车的质量不变,所以C选项是正确的;实验中拉力通过拉力传感器测出,不需要满足沙和沙桶的质量远小于小车的质量,故D错误.,-102-,(2)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T=50.02s=0.1s.B点对应的速度为:,由图乙知x1=3.40cm,x2=(8.32-3.40)cm=4.92cm,x3=(14.73-8.32)cm=6.41cm,x4=(22.56-14.73)cm=7.83cm.,(3)由图象可以知道,a-F图象在a轴上有截距,这是因为平衡摩擦力过度造成的,即在实际操作中,平衡摩擦力时斜面倾角过大.,-103-,2.(2019江西南昌二模)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图甲所示.一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz,开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始向右运动,在纸带上打出一系列小点.,-104-,(1)图乙中给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算滑块的加速度a=m/s2(保留三位有效数字).(2)为测量动摩擦因数,还需要测量的物理量有(填入所选物理量前的字母)A.木块的长度LB.木板的质量m1C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3E.滑块运动的时间t(3)滑块与木板间的动摩擦因数=(用上述物理量的符号表示,重力加速度为g),-105-,-106-,3.用如图甲所示装置探究小车加速度与质量的关系.轨道CD水平,重物通过轻质细线拉着固定有遮光条的小车从A点由静止开始运动,通过B点时,与光电门相连的数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t,用天平测出小车和砝码的总质量M,用10分度的游标卡尺测出遮光条宽度d.,-107-,(1)测遮光条宽度时游标卡尺示数如图乙所示,则d=mm.(2)要得到小车的加速度a,还需要测量的物理量是(选填序号),计算加速度公式是a=(用所测物理量的字母表示).A.重物质量mB.轨道CD长度L1C.A、B间距离L2(3)增加砝码,重复多次实验,测量的数据是准确的,作出a-图象,则图线是图丙中的(选填“”“”或“”).,-108-,解析:(1)由图可知,游标尺的第7条刻度线与主尺上的1.1cm刻度线对齐,游标尺上第7条刻度线与第0条刻度线的长度为0.9mm7=