（广西专用）2020高考物理二轮复习 第2讲 力与物体的直线运动课件

第2讲力与物体的直线运动-2-知识脉络梳理规律方法导引-3-知识脉络梳理规律方法导引1.知识规律(1)匀变速直线运动规律公式的三性。①条件性:公式的适用条件是物体必须做匀变速直线运动。②矢量性:公式都是矢量式。③可逆性:由于物体运动条件的不同,解题时可进行逆向转换。(2)运动图像六要素。①轴;②线;③斜率;④截距;⑤交点;⑥面积。(3)牛顿第二定律的“四性”。①矢量性:公式F=ma是矢量式,F与a方向相同。②瞬时性:力与加速度同时产生,同时变化。③同体性:F=ma中,F、m、a对应同一物体。④独立性:分力产生的加速度相互独立,与其他加速度无关。-4-知识脉络梳理规律方法导引2.思想方法(1)物理思想:逆向思维思想、极限思想、分解思想。(2)物理方法:比例法、图像法、推论法、整体法与隔离法。-5-命题热点一命题热点二命题热点三连接体的求解方法常涉及两个或多个物体的受力和运动情况的考查。例1质量为m0、长为l的杆水平放置,杆两端A、B系着长为3l的不可伸长且光滑的柔软轻绳,绳上套着一质量为m的小铁环。已知重力加速度为g,不计空气影响。若杆与环保持相对静止,在空中沿AB方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于A端的正下方,如图所示。(1)求此状态下杆的加速度大小a。(2)为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何?3-6-命题热点一命题热点二命题热点三思维导引-7-命题热点一命题热点二命题热点三答案:(1)33g(2)233(m0+m)g,方向与水平方向成60°斜向右上解析:(1)对小铁环受力分析如图甲,有FTsinθ=ma①FT'+FTcosθ-mg=0②由环套在绳上知FT'=FT,又由图知θ=60°,代入①②式解得a=33g。③-8-命题热点一命题热点二命题热点三(2)如图乙,设外力F与水平方向成α角,将杆和小铁环当成一个整体,有Fcosα=(m0+m)a④Fsinα-(m0+m)g=0⑤由③④⑤式解得F=233(m0+m)gtanα=3(或α=60°)。-9-命题热点一命题热点二命题热点三规律方法(1)整体法与隔离法的优点和使用条件①当连接体中各物体具有共同的加速度时,一般采用整体法;当系统内各物体的加速度不同时,一般采用隔离法。②求连接体内各物体间的相互作用力时必须用隔离法。(2)两物体分离或相对滑动的条件①叠加体类连接体:两物体间刚要发生相对滑动时物体间的静摩擦力达到最大值,题目中一般给定条件——最大静摩擦力等于滑动摩擦力。②靠在一起的连接体:分离时相互作用力为零,但此时两物体的加速度仍相同。③通过滑轮连接的两个物体:加速度大小相同。轻绳的拉力不等于悬挂物体的重力。-10-命题热点一命题热点二命题热点三拓展训练1将一轻弹簧下端固定在倾角为θ=30°的光滑固定斜面底端,上端拴接着质量为mA=1kg的物块A,弹簧的劲度系数k=50N/m。质量为mB=2kg的物块B用绕过光滑定滑轮的轻绳与质量为mC=2kg的物块C相连,用手托住物块C使轻绳拉直且恰好无张力,此时物块B紧靠着物块A静止于斜面上。g取10m/s2,现在释放物块C,求:(1)释放瞬间物块C的加速度大小;(2)物块A、B分离时C下落的距离。-11-命题热点一命题热点二命题热点三答案:(1)4m/s2(2)0.15m解析:(1)开始时弹簧的压缩量为x0,由平衡条件得(mA+mB)gsinθ=kx0①释放物块C时,A、B、C将一起做加速直线运动,设此时轻绳的拉力大小为FT,对物块C由牛顿第二定律可得mCg-FT=mCa②对A、B整体由牛顿第二定律可得FT+kx0-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a③联立①②③式并代入数据求得a=4m/s2。-12-命题热点一命题热点二命题热点三(2)当物块A、B分离时,A、B之间的弹力为零,设此时弹簧的压缩量为x1,此时A、B的加速度为a',对A由牛顿第二定律可得kx1-mAgsinθ=mAa'④对B、C整体由牛顿第二定律得mCg-mBgsinθ=(mC+mB)a'⑤物块C下落的距离h=x0-x1⑥联立①④⑤⑥式解得h=0.15m。-13-命题热点三命题热点一命题热点二匀变速直线运动的规律、图像及应用常结合牛顿运动定律、图像来考查物体做匀变速直线运动公式的应用。例2(多选)一汽车在高速公路上以v0=30m/s的速度匀速行驶,t=0时刻,驾驶员采取某种措施,汽车运动的加速度随时间变化关系如图所示,以初速度方向为正,下列说法正确的是()A.t=6s时车速为5m/sB.t=3s时车速为0C.前9s内的平均速度为15m/sD.前6s内车的位移为90mBC-14-命题热点三命题热点一命题热点二思维导引-15-命题热点三命题热点一命题热点二解析:0~3s,汽车做匀减速直线运动,3s末的速度v3=v0+a1t1=(30-10×3)m/s=0,B正确;3~9s,汽车做匀加速直线运动,t=6s时速度v6=a2t2=5×3m/s=15m/s,A错误;前3s内的位移x3=0-𝑣022𝑎1=0-3022×(-10)m=45m,3~9s内的位移x39=12a2t2=12×5×62m=90m,则前9s内的位移为x9=x3+x39=135m,平均速度为𝑣=𝑥9𝑡总=1359m/s=15m/s,C正确;3~6s内的位移x36=12a2𝑡22=12×5×32m=22.5m,则前6s内的位移为x6=x3+x36=67.5m,D错误。-16-命题热点三命题热点一命题热点二例3一长木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小物块;在木板右方有一墙壁,木板右端与墙壁的距离为4.5m,如图甲所示。t=0时刻开始,小物块与木板一起以共同速度向右运动,直至t=1s时木板与墙壁碰撞(碰撞时间极短)。碰撞前后木板速度大小不变,方向相反;运动过程中小物块始终未离开木板。已知碰撞后1s时间内小物块的v-t图线如图乙所示。木板的质量是小物块质量的15倍,重力加速度大小g取10m/s2。求:-17-命题热点三命题热点一命题热点二(1)木板与地面间的动摩擦因数μ1及小物块与木板间的动摩擦因数μ2;(2)木板的最小长度;(3)木板右端离墙壁的最终距离。思维导引-18-命题热点三命题热点一命题热点二答案:(1)0.10.4(2)6.0m(3)6.5m解析:(1)规定向右为正方向。木板与墙壁相碰前,小物块和木板一起向右做匀变速运动,设加速度为a1,小物块和木板的质量分别为m和m0。由牛顿第二定律得-μ1(m+m0)g=(m+m0)a1①由题图可知,木板与墙壁碰前瞬间的速度v1=4m/s,由运动学公式得v1=v0+a1t1②x0=v0t1+12a1𝑡12③式中,t1=1s,x0=4.5m是木板碰前的位移,v0是小物块和木板开始运动时的速度。联立①②③式和题给条件得μ1=0.1④-19-命题热点三命题热点一命题热点二在木板与墙壁碰撞后,木板以-v1的初速度向左做匀变速运动,小物块以v1的初速度向右做匀变速运动。设小物块的加速度为a2,由牛顿第二定律得-μ2mg=ma2⑤由题图可得a2=𝑣2-𝑣1𝑡2-𝑡1=-4m/s2⑥式中,t2=2s,v2=0,联立⑤⑥式得μ2=0.4。⑦-20-命题热点三命题热点一命题热点二(2)设碰撞后木板的加速度为a3,经过时间Δt,木板和小物块刚好具有共同速度v3。由牛顿第二定律及运动学公式得μ2mg+μ1(m0+m)g=m0a3⑧v3=-v1+a3Δt⑨v3=v1+a2Δt因为运动过程中小物块没有脱离木板,所以木板的最小长度应为6.0m。碰撞后至木板和小物块刚好达到共同速度的过程中,木板运动的位移为x1=-𝑣1+𝑣32Δt小物块运动的位移为x2=𝑣1+𝑣32Δt小物块相对木板的位移为Δx=x2-x1联立⑧⑨式,并代入数值得v3=-2m/s,x1=-4.5m,Δx=6.0m-21-命题热点三命题热点一命题热点二(3)在小物块和木板具有共同速度后,二者向左做匀变速运动直至停止,设加速度为a4,此过程中小物块和木板运动的位移为x3。由牛顿第二定律及运动学公式得μ1(m+m0)g=(m+m0)a40-𝑣32=2a4x3碰后木板运动的位移为x=x1+x3联立式,并代入数值得x=-6.5m木板右端离墙壁的最终距离为6.5m。-22-命题热点三命题热点一命题热点二规律方法1.匀变速直线运动的规律及推论(1)三个基本公式:vt=v0+at;x=v0t+12at2;𝑣𝑡2−𝑣02=2ax。(2)两个重要推论:𝑣𝑡2=𝑣0+𝑣𝑡2;Δx=xn+1-xn=a·(Δt)2。2.运动图像的四个特别提醒(1)x-t图像和v-t图像描述的都是直线运动,而不是曲线运动。(2)x-t图像和v-t图像不表示物体运动的轨迹。(3)x-t图像中两图线的交点表示两物体相遇,而v-t图像中两图线的交点表示两物体速度相等。(4)v-t图像中,图线与坐标轴围成的面积表示位移;而x-t图像中,图线与坐标轴围成的面积则无实际意义。-23-命题热点三命题热点一命题热点二拓展训练2(2019·湖南常德石门一中测试)研究表明,一般人的刹车反应时间(即图甲中“反应过程”所用时间)t0=0.4s,但饮酒会导致反应时间延长。在某次试验中,志愿者少量饮酒后驾车以v0=72km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶,从发现情况到汽车停止,行驶距离l=39m。减速过程中汽车速度v与位移x的关系曲线如图乙所示。此过程可视为匀变速直线运动。重力加速度的大小g取10m/s2。求:甲乙-24-命题热点三命题热点一命题热点二(1)减速过程汽车加速度的大小及所用时间;(2)饮酒使志愿者的反应时间比一般人增加了多少;(3)减速过程汽车对志愿者作用力的大小与志愿者重力大小的比值。答案:(1)8m/s22.5s(2)0.3s(3)415解析:(1)设减速过程汽车加速度的大小为a,所用时间为t,由题可得初速度v0=20m/s,末速度vt=0,位移x=25m,由运动学公式得𝑣02=2axt=𝑣0𝑎联立两式,代入数据得a=8m/s2,t=2.5s。-25-命题热点三命题热点一命题热点二(2)设志愿者反应时间为t',反应时间的增量为Δt,由运动学公式得l=v0t'+xΔt=t'-t0联立两式,代入数据得Δt=0.3s。(3)设志愿者所受合外力的大小为F,汽车对志愿者作用力的大小为F0,志愿者质量为m,由牛顿第二定律得F=ma由平行四边形定则得𝐹02=F2+(mg)2联立各式,代入数据得𝐹0𝑚𝑔=415。-26-命题热点三命题热点二命题热点一牛顿运动定律与运动学的综合应用常考查利用牛顿运动定律和运动学公式解决两个及多个物体的运动情况。例4如图所示,在水平地面上有一木板A,木板A长l=6m,质量为m0=8kg,在水平地面上向右做直线运动。某时刻木板A的速度v0=6m/s,在此时刻对木板A施加一个方向水平向左的恒力F=32N,与此同时,将一个质量为m=2kg的小物块B轻放在木板A上的P点(小物块可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为0),P点到木板A右端的距离为1m。木板A与地面间的动摩擦因数为μ=0.16,小物块B与木板A间有压力,木板A与小物块B之间光滑不存在相互的摩擦力,A、B是各自独立的物体,不计空气阻力,g取10m/s2。求:-27-命题热点三命题热点二命题热点一(1)小物块B从轻放到木板A上开始,经多长时间木板A与小物块B速度相同;(2)小物块B从轻放到木板A上开始至离开木板A的过程,恒力F对木板A所做的功及小物块B离开木板A时木板A的速度。思维导引-28-命题热点三命题热点二命题热点一答案:(1)1s(2)32J4m/s解析:(1)由于小物块B与木板A间无摩擦,则小物块B离开木板A前始终对地静止,木板A在恒力F和摩擦力的共同作用下先向右匀减速运动后向左匀加速运动,当木板A向右速度减为0时二者同速,设此过程用时t1,研究木板A向右匀减速运动的过程,对木板A应用牛顿第二定律得F+μ(m0+m)g=m0a1解得a1=6m/s2木板A向右匀减速的时间t1=𝑣0𝑎1=1s木板A