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专题二力与物体的直线运动专题定位本专题解决的是物体(或带电体)受力和在力的作用下的匀变速直线运动问题.高考对本专题考查的内容主要有:①匀变速直线运动基本规律的应用;②匀变速直线运动的图象问题;③动力学的两类基本问题;④物体在传送带上的运动问题;⑤行车安全问题;⑥带电粒子(或带电体)在电场、磁场中的匀变速直线运动问题;⑦电磁感应中的动力学分析等.考查的主要方法和规律有动力学方法、图象法、运动学的基本规律、临界问题等.应考策略抓住“两个分析”和“一个桥梁”.“两个分析”是指“受力分析”和“运动情景或运动过程分析”.“一个桥梁”是指加速度是联系运动和受力的桥梁.综合应用牛顿运动定律和运动学公式解决问题.第1课时动力学观点在力学中的应用必备知识方法知识回扣1.物体或带电粒子做直线运动的条件是:.2.物体或带电粒子做匀变速直线运动的条件是:.3.匀变速直线运动的基本规律为速度公式:vt=.位移公式:.速度和位移公式的推论为:.物体所受合力与速度方向平行物体所受合力为恒力,且与速度方向平行v0+ats=v0t+12at2或s=vt=12(v0+vt)tvt2-v02=2as中间时刻的瞬时速度为v=st=.位移中点的瞬时速度为v=.任意相邻两个连续相等的时间内的位移之差是一个恒量,即Δs=sn+1-sn=a·.4.牛顿第二定律的内容是:物体加速度的大小与物体所受的成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与的方向一致,且二者具有关系,此定律可以采用进行实验验证.5.速度—时间关系图线的斜率表示物体运动的,图线与时间轴所包围的面积表示物体运动的.在分析物体的运动时,常利用v—t图象帮助分析物体的运动情况.2t2sv0+vt2v02+vt22Δt2物体合外力所受合外力瞬时对应控制变量法加速度位移6.超重或失重时,物体的重力并未发生变化,只是物体对支持物的(或对悬挂物的)发生了变化.当a=g时,物体.物体发生超重或失重现象与物体的运动方向,只决定于物体的方向.规律方法1.动力学的两类基本问题的处理思路(1)已知力求运动,应用牛顿第二定律求加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式求出物体的运动情况——任意时刻的位置和速度,以及运动轨迹.(2)已知运动求力,根据物体的运动情况,求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律,推断或者求出物体的受力情况.压力拉力完全失重无关加速度2.动力学问题通常是在对物体准确受力分析的基础上,采用或者求合力,然后结合牛顿第二定律列式求解.3.匀减速直线运动问题通常看成反方向的匀加速直线运动来处理,这是利用了运动的性.在竖直上抛运动和类竖直上抛运动的处理中也常用此法.4.用v-t图象分析:v-t图象表示物体的运动规律,形象而且直观.正交分解法图解法对称热点题型例析题型1运动图象问题例1如图1所示,一个质量为m的圆环套在一根固定的水平长直杆上、环与杆的摩擦因数为μ,现给环一个向右的初速度v0,同时对环加一个竖直向上的作用力F,并使F的大小随v的大小变化,两者关系为F=kv,其中k为常数,则环运动过程中的速度图象不可能是图中的()图1审题突破力F和重力的大小关系不知道,圆环的受力可能存在几种情况呢?解析①若开始Fmg,则环受力如图甲所示,随v减小,F减小,N减小,f减小.当N=0时,f=0,以后匀速,D可能.②若开始F=mg,则环保持匀速运动,A可能.③若开始Fmg,受力如图乙所示,v减小,F减小,N增大,f增大,运动加速度增大,在v-t图象中曲线斜率变大,B可能.甲乙答案C以题说法1.v-t图象反映的仍然是数学关系,只不过它有了具体的物理意义.因此要画v-t图象,必须采用动力学的方法得到v与t的数学关系.2.对于多过程问题要划分不同运动阶段,逐过程分析.3.v-t图象斜率表示加速度,面积表示位移.因此,在分析本题的速度变化时,不仅要分析出v的变化,而且要分析出a的变化,才能确定v-t图象的形状.预测演练1利用速度传感器与计算机组合,可以自动画出物体运动的v-t图象.某同学在一次实验中得到的运动小车的v-t图象如图2所示,由此可知,在0~15s这段时间里()图2A.小车先做加速运动,后做减速运动B.小车做曲线运动C.小车先沿正方向运动,后沿反方向运动D.小车的最大位移为6m解析v-t图象斜率表示加速度,所围的面积表示运动位移.v的大小表示运动的快慢,正负表示运动方向.由图象知:0~15s内,速度方向均为正方向,大小先变大后变小.v-t图象不是运动轨迹.求0~15s内位移时查小方格面积,不足半个方格舍掉,只有A项正确.答案A题型2动力学的两类基本问题例2(13分)杂技中的“顶竿”是由两位演员共同表演完成.站在地面上的演员的肩部顶住一根质量为10kg的长竹竿,另一位质量为40kg的演员爬至竹竿的顶端完成各种动作后,从竹竿的顶端由静止开始下滑,滑到竹竿底时的速度正好为零.在竹竿上的演员从竿顶下滑到竿底的过程中,地面上顶竿人的肩部的受力情况如图3所示(g=10m/s2).则:(1)竿上的人在下滑过程中的最大速度v1为多少?(2)竹竿的长度h为多少?图3运动建模由题意可知,竹竿上的演员向下先做匀加速运动,后做匀减速运动.解析(1)演员在下滑的前4秒做匀加速下滑,加速度为a1a1=G1-(F1-G竿)m1=1m/s2(3分)4s末达到最大速度v1,有v1=a1t1=4m/s(2分)演员在下滑的4秒到6秒由最大速度v1开始匀减速下滑直到速度减为零.(2)在演员下滑的前4秒的高度为h1h1=0+v12t1=8m(3分)在演员下滑的4秒到6秒的高度为h2h2=v1+02t2=4m(3分)竹竿的长度h=h1+h2=12m(2分)答案(1)4m/s(2)12m以题说法1.用动力学方法解题时应抓住“两个分析”:“受力分析”和“运动过程分析”;“一个桥梁”:即加速度的求解.2.多运动过程问题要逐一分析每一过程的受力和运动.两个运动过程转折点的受力、状态的特点,往往是解题的关键.预测演练2(10分)滑雪运动常在两个斜面和一个平面的组合场地中进行,我们把它简化为理想的情景如图4所示.假定运动员和滑板的总质量为m,从O点以初速度v1冲上一个倾斜角为θ的斜面,第一次滑回到底端O时的速率为v2,不计运动员在最高点所有技术动作,求:(1)滑板与斜面间的动摩擦因数μ;(2)运动员能滑上斜面的最大高度h.图4解析设上滑的加速度为a1,下滑的加速度为a2.由牛顿第二定律和匀变速运动规律上滑阶段,mgsinθ+μmgcosθ=ma1(2分)v12=2a1s(1分)下滑阶段,mgsinθ-μmgcosθ=ma2,(1分)v22=2a2s(1分)h=ssinθ(1分)由上述各式得μ=v12-v22v12+v22tanθ(2分)h=v12+v224g(2分)答案(1)v12-v22v12+v22tanθ(2)v12+v224g题型3传送带类问题例3(16分)如图5所示,一质量为m=0.5kg的小物体从足够高的光滑曲面上自由滑下,然后滑上一水平传送带.已知物体与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.2,传送带水平部分的长度L=5m,两端的传动轮半径为R=0.2m,在电动机的带动下始终以ω=15rad/s的角速度沿顺时针匀速运转,传送带下表面离地面的高度h不变.如果物体开始沿曲面下滑时距传送带表面的高度为H,初速度为零,g取10m/s2.求:(1)当H=0.2m时,物体通过传送带过程中,电动机多消耗的电能.图5(2)当H=1.25m时,物体通过传送带后,在传送带上留下的划痕的长度.(3)当H在什么范围内时,物体离开传送带后的落地点在同一位置.审题突破1.当H=0.2m时,物块滑上传送带后相对传送带如何运动?电动机多消耗的电能转化为什么能?(2)要使物体离开传送带后的落点相同,那么物体减速到右端时速度应满足什么条件?此时下落高度H应是最大值.解题示范传送带匀速运动的速度v=Rω=3m/s(1分)物块与传送带间有相对运动时加速度的大小a=fm=2m/s2(1分)(1)当H1=0.2m时,设物块滑上传送带的速度为v1,则mgH1=12mv12(1分)所以v1=2gH1=2m/s相对滑动时间t1=v-v1a=0.5s(1分)物块对地位移s1=v1t1+12at12=1.25m(1分)传送带前进位移s2=vt1=1.5m(1分)上述过程中电动机多消耗的电能W=Q+ΔEk=μmg(s2-s1)+12m(v2-v12)=1.5J(1分)(2)当H2=1.25m时,物块滑上传送带的速度为v2mgH2=12mv22(1分)v2=2gH2=5m/sv物块减速时间t2=v2-va=1s(1分)物块前进距离s1′=v2t2-12at22=4mL(1分)t2时间内传送带前进s2′=v·t2=3m(1分)所以划痕长度Δs=s1′-s2′=1m(1分)(3)设物体滑上传送带的初速度为v3时,减速到右端的速度刚好为v则v2-v32=-2aL(1分)所以v32=29m2/s2又mgH3=12mv32(1分)所以H3=1.45m(1分)即0H≤1.45m时,落地点位置不变.(1分)答案(1)1.5J(2)1m(3)0H≤1.45m以题说法解决涉及传送带的问题时,一是要注意对研究对象所受摩擦力的分析,它随物体相对传送带的运动状态的变化而变化;二是正确分析物体间相对运动和对地运动间的关系;三是两个关键点判断要准确:①物体与传送带在达到同速之前,物体是否已滑离传送带;②同速后因摩擦力的变化,物体和传送带是一起滑动还是继续相对滑动.预测演练3(15分)如图6所示是一传送带装置,长度为4m,与水平方向之间的夹角为37°,传送带以0.8m/s的速度匀速运行,从流水线上下来的工件每隔2s有一个落到A点(可认为初速度为零),工件质量为1kg.经传送带运送到与B等高处的平台上,再由工人运走.已知工件与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.8,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2.求:(1)每个工件从落上传送带的A点开始到被传送至最高点B所经历的时间;(2)传送带对每个工件所做的功;(3)由于传送工件,传送带的动力装置需增加的功率.图6解析(1)工件刚放上传送带时的加速度为a=μgcos37°-gsin37°=0.4m/s2(2分)当工件速度达v=0.8m/s时,工件相对传送带静止工件加速的时间t1=va=0.80.4s=2s(1分)加速运动的位移s1=12at12=12×0.4×22m=0.8m(1分)在AB段匀速运动的位移为s2=4m-0.8m=3.2m(1分)所用的时间为t2=s2v=3.20.8s=4s(1分)总时间为t=t1+t2=6s(1分)(2)由动能定理得W-mgLsin37°=12mv2(2分)W=mgLsin37°+12mv2=1×10×4×0.6J+12×1×0.82J=24.32J(2分)(3)因工件在AB段上加速运动的时间为2s,所以在位移st内总是有一个工件位于传送带上,该工件对传送带的滑动摩擦力为f1=mgμcos37°=6.4N(1分)工件在AB段上匀速运动过程中,因前后两工件相隔时间为2s,两工件之间的距离为2×0.8m=1.6m,所以这段距离内始终有两个工件位于传送带上,每个工件对传送带的摩擦力为f2=mgsin37°=6N(1分)传送带动力装置需增加的功率为P=(f1+2f2)v=18.4×0.8W=14.72W(2分)答案(1)6s(2)24.32J(3)14.72W题型4行车安全问题例4(15分)酒后驾车严重威胁交通安全.其主要原因是饮酒后会使人的反应时间(从发现情况到实施操作制动的时间)变长,造成反制距离(从发现情况到汽车停止的距离)变长,假定汽车以108km/h的速度匀速行驶,刹车时汽车的加速度大小为8m/s2,正常人的反应时间为0.5s,饮酒人的反应时间为1.5s,试问:(1)驾驶员饮酒后的反制距离比正常时多几米?(2)饮酒的驾驶员从发现情况到汽车停止需多少时间?运动建模驾驶员在反应时间内匀速运动,采取刹车行动后匀减速运动.解析(1)汽车匀速行驶v0=
本文标题:【广东专用】2011届高三物理二轮复习 专题二第1课时 动力学观点在力学中的应用精品课件
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