【课件】牛顿运动定律的综合应用+课件物理一轮复习

2024届高考物理一轮复习攻略（必修1）专题十三牛顿运动定律的综合应用新人教版复习目标：1.熟练掌握运动状态分析方法；2.会处理运动图象类型问题；3.能熟练处理动力学中的多过程问题；4.学会利用牛顿第二定律，通过整体法和隔离法处理连接体问题。夯实考点考点一

运动状态分析1.物体运动状态分析包括受力情况分析,速度、加速度随时间变化的分析。2.物体运动性质的判断方法:明确物体的初始运动状态;明确物体的受力情况;根据物体做各种性质运动的条件即可判定物体的运动情况、加速度变化情况及速度变化情况。[典例1]（2023秋·安徽淮南·高三寿县第一中学校考阶段练习）如图所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住物体m，现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体一直可以运动到B点，如果物体受到的摩擦力恒定，则（）A．物体从A到O加速，从O到B减速B．物体从A到O速度越来越小，从O到B加速度不变C．物体从A到O间先加速后减速，从O到B一直减速运动D．物体运动到O点时所受合力为零经典例题【答案】C【详解】D．物体在运动过程中，一直受到摩擦力的作用，在O点时，弹簧弹力为零，但仍受摩擦力作用，合力不为零，D错误；ABC．物体从A到O过程中，存在某个位置弹簧弹力等于摩擦力。从A到该位置，弹簧弹力大于摩擦力，物体做加速运动。从该位置到O间，弹簧弹力减小，弹力小于摩擦力，物体做减速运动。物体从A到O间先加速后减速，速度先增大，后减小。从O到B弹簧弹力向左，摩擦力也向左，一直减速，AB错误、C正确；故选C。变式1（2023·重庆梁平·统考一模）如图所示，轻杆水平放置在光滑地面上，两端分别固定一质量均为m的小球，初始时，小球B位于倾角为45°的斜面底部，现用一水平向右的外力F作用小球A上，使小球B沿斜面向上做匀速运动，在A运动到斜面底部前，下列有关说法正确的是（）A．小球A的速度逐渐变小B．小球A的速度逐渐变大C．小球A的加速度不变D．小球A的加速度变小变式训练【答案】B【详解】AB．设小球B沿斜面向上做匀速运动的速度为，某时刻小球B在斜面上时设杆与水平面的夹角为，与斜面的夹角为，B沿斜面向上运动的过程中，增大，减小，又沿杆方向小球的速度相等，如图

故有,故增大，故A错误，B正确；CD．分别对小球AB受力分析小球B处于平衡状态，摩擦力与支持的合力方向不变，设为，看作三力平衡，又杆与水平方向的夹角由零开始增大，最大为45°，如图分析知减小，再对小球A，根据牛顿第二定律联立解得小球A的加速度变大，故CD错误。故选B。夯实考点考点二运动图象类型问题1.图象的类型(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况。(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况。2.问题的实质运动图象问题是力与运动的关系问题,求解这类问题的关键是理解图象的物理意义,理解图象的轴、点、线、截距、斜率、面积六大功能。[典例2]（2023·甘肃甘南·校考一模）如图甲所示，在风洞实验室里，一根足够长的固定的均匀直细杆与水平方向成θ＝37°角，质量m＝1kg的小球穿在细杆上且静止于细杆底端O处，开启送风装置，有水平向右的恒定风力F作用于小球上，在t1＝2s时刻风停止。小球沿细杆运动的部分v－t图象如图乙所示，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，忽略浮力，求：（1）小球在0～2s内的加速度a1和2～5s内的加速度a2；（2）小球与细杆间的动摩擦因数μ和水平风力F的大小。经典例题【答案】(1)a1=15m/s2，方向沿杆向上；a2=-10m/s2，负号表示方向沿杆向下；(2)μ=0.5，F＝50N【详解】(1)取沿杆向上为正方向，由图象可知：在0~2s内小球的加速度为

m/s2，方向沿杆向上。在2~5s球的加速度为,负号表示方向沿杆向下。(2)有风力时的上升过程，小球的受力情况如图甲所示在y方向，由平衡条件得在x方向，由牛顿第二定律得停风后上升阶段，小球的受力情况如图乙所示在y方向，由平衡条件得：在x方向，由牛顿第二定律得联立以上各式可得μ=0.5，F＝50N甲乙变式2（2024·陕西宝鸡·校联考模拟预测）小朋友玩竖直向上抛球的游戏，理想情况可以把球的运动看成只受重力的运动，但实际上球受到空气阻力的作用.假设空气阻力大小恒定，取向上为正方向，则两种情况下小球从抛出到回到抛出点的过程中，速度—时间图像可能正确的是（

）A．

B．

C．

D．

变式训练【答案】C【详解】理想情况下球的运动看成只受重力的运动，则加速度为g不变，从抛出到回到出发点的v-t图像是一条倾斜的直线；若有空气阻力，则上升的加速度下降阶段的加速度根据v=at可知上升的时间小于下降的时间；根据可知上升的高度将减小，即图像与坐标轴围成的面积减小。故选C。夯实考点考点三动力学中的多过程问题物体在外力作用下运动且涉及多个过程的问题,其解题要点为:(1)分析每一个过程的受力及运动情况。(2)注意过程与过程的衔接,关键是速度。[典例3]．（2023春·甘肃张掖·高一甘肃省张掖中学校考阶段练习）一小轿车从高为10m、倾角为37°的斜坡顶端从静止开始向下行驶，当小轿车到达底端时进入一水平面，在斜坡底端115m的地方有一池塘，发动机在斜坡上产生的牵引力为2×103N，在水平地面上调节油门后，发动机产生的牵引力为1.4×104N，小轿车的质量为2t，小轿车与斜坡及水平地面间的动摩擦因数均为0.5(g取10m/s2)．求：(1)小轿车行驶至斜坡底端时的速度；(2)为使小轿车在水平地面上行驶而不掉入池塘，在水平地面上加速的时间不能超过多少？(轿车在行驶过程中不采用刹车装置)经典例题【答案】(1)10m/s(2)5s【详解】(1)小轿车在斜坡上行驶时，由牛顿第二定律得F1＋mgsin37°－μmgcos37°＝ma1代入数据得a1＝3m/s2由v12＝2a1x1＝2a1h/sin37°得行驶至斜坡底端时的速度v1＝10m/s(2)在水平地面上加速时，由牛顿第二定律得F2－μmg＝ma2代入数据得a2＝2m/s2关闭油门后减速μmg＝ma3代入数据得a3＝5m/s2关闭油门时轿车的速度为v2

＋

＝x2得v2＝20m/st＝

＝5s即在水平地面上加速的时间不能超过5s.变式3．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，倾斜滑雪道AB与CD的倾角分别为θ1=30°和θ2=45°，水平滑雪道BC长度L=25m，水平滑雪道与斜滑雪道之间均平滑连接。一位质量m=60kg的滑雪者从距水平滑道高h=25m处由静止开始下滑，经过水平滑道后冲上另一斜滑道。已知滑雪者与水平滑道BC和斜滑道CD的动摩擦因数μ=0.2，与斜滑道AB的摩擦忽略不计。重力加速度g=10m/s2（计算结果可用根式表示）（1）求滑雪者在滑道AB上运动所用的时间；（2）求滑雪者经过C点时的速度大小；（3）求滑雪者沿斜滑道CD上滑的最大距离。变式训练【答案】（1）；（2）20m/s；（3）【详解】（1）滑雪者在滑道AB上运动时加速度根据匀变速直线运动规律解得滑雪者在滑道AB上运动所用的时间（2）滑雪者由开始出发到C点的过程中，根据动能定理有解得滑雪者经过C点时的速度大小（3）设滑雪者沿斜滑道CD上滑的最大距离为，根据动能定理有解得夯实考点考点四牛顿运动定律应用中的整体法和隔离法1.整体法、隔离法当问题涉及几个物体时,我们常常将这几个物体“隔离”开来,对它们分别进行受力分析,根据其运动状态,应用牛顿第二定律或平衡条件列式求解。特别是问题涉及物体间的相互作用时,隔离法是一种有效的解题方法。而将相互作用的两个或两个以上的物体看成一个整体(系统)作为研究对象,去寻找未知量与已知量之间的关系的方法称为整体法。2.选用整体法和隔离法的策略(1)当各物体的运动状态相同时,宜选用整体法;当各物体的运动状态不同时,宜选用隔离法。(2)对较复杂的问题,通常需要变换研究对象,交替应用整体法与隔离法求。[典例4]（2023秋·广东东莞·高三校考阶段练习）如图所示，一夹子夹住木块，在力F作用下向上提升．夹子和木块的质量分别为m、M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f．若木块不滑动，力F的最大值是()A．

B．C．

D．经典例题【答案】A【详解】当夹子连同木块一起向上做匀加速运动，且恰好不相对滑动时，力F最大，此时静摩擦力恰好达到最大静摩擦力．对木块M，利用牛顿第二定律得2f－Mg＝Ma．同理，对夹子和木块整体有F－(M＋m)g＝(M＋m)a．联立以上两式解得

，选项A正确．对于多物体问题,需要我们灵活选用隔离法和整体法。如果能够运用整体法,我们应该优先采用整体法,这样涉及的研究对象少,未知量少,方程少,求解简便;不计物体间相互作用的内力,或物体系统内的物体的运动状态相同,一般首先考虑整体法。对于大多数动力学问题,单纯采用整体法并不一定能解决,通常采用整体法与隔离法相结合的方法。【方法提炼】变式4（2023秋·河北衡水·高三河北衡水中学阶段性考试）（多选）如图所示，用力F拉A、B、C三个物体在光滑水平面上运动，现在中间的B物体上加一块橡皮泥，它和中间的物体一起运动，且原拉力F不变，那么加上物体以后，两段绳的拉力Ta和Tb的变化情况是（）A．Ta增大 B．Tb增大 C．Ta减小 D．Tb减小变式训练【答案】AD【详解】设最左边的物体质量为m，最右边的物体质量为，整体质量为M，整体的加速度对最左边的物体分析对最右边的物体分析，有解得在中间物体上加上一个小物体，则整体的加速度a减小，因为m、m′不变，所以Tb减小，Ta增大。故选AD。1.（2022·江苏·高考真题）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与物块A连接在一起，处于压缩状态，A由静止释放后沿斜面向上运动到最大位移时，立即将物块B轻放在A右侧，A、B由静止开始一起沿斜面向下运动，下滑过程中A、B始终不分离，当A回到初始位置时速度为零，A、B与斜面间的动摩擦因数相同、弹簧未超过弹性限度，则（）A．当上滑到最大位移的一半时，A的加速度方向沿斜面向下B．A上滑时、弹簧的弹力方向不发生变化C．下滑时，B对A的压力先减小后增大D．整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功大于B的重力势能减小量针对性训练【答案】B【详解】B．由于A、B在下滑过程中不分离，设在最高点的弹力为F，方向沿斜面向下为正方向，斜面倾角为θ，AB之间的弹力为FAB，摩擦因素为μ，刚下滑时根据牛顿第二定律对AB有

，对B有

，联立可得

，由于A对B的弹力FAB方向沿斜面向上，故可知在最高点F的方向沿斜面向上；由于在最开始弹簧弹力也是沿斜面向上的，弹簧一直处于压缩状态，所以A上滑时、弹簧的弹力方向一直沿斜面向上，不发生变化，故B正确；A．设弹簧原长在O点，A刚开始运动时距离O点为x1，A运动到最高点时距离O点为x2；下滑过程AB不分离，则弹簧一直处于压缩状态，上滑过程根据能量守恒定律可得

，化简得

；当位移为最大位移的一半时有带入k值可知F合=0，即此时加速度为0，故A错误；C．根据B的分析可知再结合B选项的结论可知下滑过程中F向上且逐渐变大，则下滑过程FAB逐渐变大，根据牛顿第三定律可知B对A的压力逐渐变大，故C错误；D．整个过程中弹力做的功为0，A重力做的功为0，当A回到初始位置时速度为零，根据功能关系可知整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功等于B的重力势能减小量，故D错误。故选B。2.（2023·重庆·统考高考真题）(多选)某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示，E、F、M、N为曲线上的点，EF、MN段可视为两段直线，其方程分别为

和

。无人机及其载物的总质量为2kg，取竖直向上为正方向。则（）A．EF段无人机的速度大小为4m/sB．FM段无人机的货物处于失重状态C．FN段无人机和装载物总动量变化量大小为4kg∙m/sD．MN段无人机机械能守恒【答案】AB【详解】A．根据EF段方程

，可知EF段无人机的速度大小为

，故A正确；B．根据图像的切线斜率表示无人机的速度，可知FM段无人机先向上做减速运动，后向下做加速运动，加速度方向一直向下，则无人机的货物处于失重状态，故B正确；C．根据MN段方程

，可知MN段无人机的速度为

，则有可知FN段无人机和装载物总动量变化量大小为12kg∙m/s，故C错误；D．MN段无人机向下做匀速直线运动，动能不变，重力势能减少，无人机的机械能不守恒，故D错误。故选AB。3.（2023秋·重庆万州·高三校考阶段练习）第24届冬奥会已在我国举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图甲所示，长10m水平直道AB与长20m的倾斜直道BC在B点平滑连接，斜道与水平面的夹角为15°。运