（新课标）2020年高考物理一轮总复习 第三章 第三讲 牛顿运动定律的综合应用（一）课件

能力提升课第三讲牛顿运动定律的综合应用(一)研考向·考点探究栏目导航随堂练·知能提升热点一牛顿运动定律与图象综合问题的求解方法(师生共研)物理公式与物理图象的结合是一种重要题型，也是高考的重点及热点．1．“两大类型”(1)已知物体在某一过程中所受的合力(或某个力)随时间的变化图线，要求分析物体的运动情况．(2)已知物体在某一过程中速度、加速度随时间的变化图线．要求分析物体的受力情况．2．“一个桥梁”：加速度是联系v－t图象与F－t图象的桥梁．3．解决图象问题的方法和关键(1)分清图象的类别：分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图象所反映的物理过程，会分析临界点．(2)注意图象中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点、图线的转折点和两图线的交点等表示的物理意义．(3)明确能从图象中获得哪些信息：把图象与物体的运动情况相结合，再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义，确定从图象中得出的有用信息．这些信息往往是解题的突破口或关键点．[典例1](多选)(2015·全国卷Ⅰ)如图(a)，一物块在t＝0时刻滑上一固定斜面，其运动的v－t图线如图(b)所示．若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量，则可求出()A．斜面的倾角B．物块的质量C．物块与斜面间的动摩擦因数D．物块沿斜面向上滑行的最大高度解析：设物块的质量为m、斜面的倾角为θ，物块与斜面间的动摩擦因数为μ，物块沿斜面上滑和下滑时的加速度大小分别为a1和a2，根据牛顿第二定律有：mgsinθ＋μmgcosθ＝ma1，mgsinθ－μmgcosθ＝ma2.再结合v－t图线斜率的物理意义有：a1＝v0t1，a2＝v1t1.由上述四式可见，无法求出m，可以求出θ、μ，故B错，A、C均正确.0～t1时间内的v－t图线与横轴包围的面积大小等于物块沿斜面上滑的最大距离，θ已求出，故可以求出物块上滑的最大高度，故D正确．答案：ACD[反思总结]分析图象问题时常见的误区1．没有看清横、纵坐标所表示的物理量及单位．2．没有注意坐标原点是否从零开始．3．不清楚图线的点、斜率、面积等的物理意义．4．忽视对物体的受力情况和运动情况的分析．1－1.[牛顿运动定律与v－t图象的综合]以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时，一个物体所受空气阻力可忽略，另一物体所受空气阻力大小与物体速率成正比，下列用虚线和实线描述两物体运动的v－t图象可能正确的是()解析：不受空气阻力的物体，整个上抛过程中加速度恒为g，方向竖直向下，题图中的虚线表示该物体的速度—时间图象；受空气阻力的物体在上升过程中，mg＋kv＝ma，即a＝g＋kvm，随着物体速度的减小，物体的加速度不断减小，故A项错误；受空气阻力的物体上升到最高点时，速度为零，此时物体的加速度也是g，方向竖直向下，故图中实线与t轴交点处的切线的斜率应与虚线的斜率相同，故D项正确，B、C项错误．答案：D1－2.[牛顿运动定律与a－F图象的综合](多选)如图甲所示，物体原来静止在水平面上，用一水平力F拉物体，在F从0开始逐渐增大的过程中，物体先静止后做变加速运动．其加速度a随外力F变化的图象如图乙所示．根据图乙中所标出的数据可计算出(g取10m/s2)()A．物体的质量为1kgB．物体的质量为2kgC．物体与水平面间的动摩擦因数为0.3D．物体与水平面间的动摩擦因数为0.5解析：物体的受力如图所示，在力F从0增大到7N之前物体静止，在7N时运动状态发生变化，由牛顿第二定律得F－Ff＝ma，代入图乙中F1＝7N和F2＝14N及对应的加速度a1＝0.5m/s2和a2＝4m/s2，解得m＝2kg，Ff＝6N，A错误，B正确；Ff＝μFN＝μmg，则μ＝0.3，C正确，D错误．答案：BC1－3.[牛顿运动定律与F－x图象的综合]水平地面上有一轻质弹簧，下端固定，上端与物体A相连接，整个系统处于平衡状态．现用一竖直向下的力压物体A，使A竖直向下做匀加速直线运动一段距离，整个过程中弹簧一直处在弹性限度内．下列关于所加力F的大小和运动距离x之间的关系图象正确的是()解析：开始时，物体处于平衡状态，物体受重力和弹力，则有mg＝kx1，物体向下匀加速过程，对物体受力分析，受重力、弹簧向上的弹力、推力F，根据牛顿第二定律，有F＋mg－F弹＝ma，根据胡克定律，有F弹＝k(x1＋x)＝mg＋kx，解得F＝ma－mg＋F弹＝ma＋kx，故弹力与x呈线性关系，且是增函数，故D正确．答案：D热点二连接体问题的分析方法(师生共研)1．绳(或杆)连接体[典例2](多选)如图所示，倾角为θ的斜面放在粗糙的水平地面上，现有一带固定支架的滑块m正沿斜面加速下滑．支架上用细线悬挂的小球达到稳定(与滑块相对静止)后，悬线的方向与竖直方向的夹角也为θ，斜面体始终保持静止，则下列说法正确的是()A．斜面光滑B．斜面粗糙C．达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向左D．达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向右解析：隔离小球，可知小球的加速度方向为沿斜面向下，大小为gsinθ，对支架系统整体进行受力分析，只有斜面光滑，支架系统的加速度才是gsinθ，所以A正确，B错误；对斜面体进行受力分析，如图，斜面体静止，由牛顿第三定律有地面对斜面体的摩擦力水平向左，故选A、C.答案：AC2．弹簧连接体[典例3]如图所示，A、B两球完全相同，质量均为m，用两根等长的细线悬挂在升降机内天花板的O点，两球之间连着一根劲度系数为k的轻质弹簧，当升降机以加速度a竖直向上匀加速运动时，两根细线之间的夹角为θ.则弹簧的被压缩的长度为()A.mα＋gtanθkB．mgtanθkC.mα＋gtanθ2kD．2mα＋gtanθ2k解析：对球A受力分析，受重力mg、拉力T、弹簧的弹力F而向上做匀加速直线运动，则由牛顿第二定律可知Ftanθ2－mg＝ma，即F＝m(g＋a)tanθ2，根据胡克定律，有F＝kx，联立可得x＝ma＋gtanθ2k，C正确．答案：C[反思总结]求解弹簧连接体加速度的两种情况3．接触连接体[典例4]如图所示，在倾角为θ的固定斜面上有两个靠在一起的物体A、B，两物体与斜面间的动摩擦因数μ相同，用平行于斜面的恒力F向上推物体A使两物体沿斜面向上做匀加速运动，且B对A的压力平行于斜面，则下列说法中正确的是()A．只减小A的质量，B对A的压力大小不变B．只减小B的质量，B对A的压力大小会增大C．只减小斜面间的倾角，B对A的压力大小不变D．只减小两物体与斜面间的动摩擦因数μ，B对A的压力会增大解析：将A、B看成一个整体，整体在沿斜面方向上受到沿斜面向下的重力的分力，沿斜面向下的滑动摩擦力，沿斜面向上的推力，根据牛顿第二定律可得a＝F－mA＋mBgsinθ－μmA＋mBgcosθmA＋mB＝FmA＋mB－gsinθ－μgcosθ.隔离B分析可得FN－mBgsinθ－μmBgcosθ＝mBa，解得FN＝mBFmA＋mB，由牛顿第三定律可知，B对A的压力FN′＝mBFmA＋mB，若只减小A的质量，压力变大，若只减小B的质量，压力变小，故A、B错误；A、B之间的压力与斜面的倾角、与斜面间的动摩擦因数无关，C正确，D错误．答案：C2－1.[弹簧接触连接体](多选)如图所示，甲、乙、丙三个木块的质量分别为m1、m2和m3，甲、乙两木块用细线连在一起，中间有一被压缩竖直放置的轻弹簧，乙放在丙物体上，整个装置放在水平地面上．系统处于静止状态，此时绳的张力为F，在把细线烧断的瞬间，甲的加速度大小为a，对细线烧断后的瞬间，下列说法正确的是()A．甲受到的合力大小为FB．丙对乙的支持力大小为(m1＋m2)gC．丙对地面的压力大小为(m1＋m2＋m3)g＋FD．地面对丙的支持力大小为m1(a＋g)＋m2g＋m3g解析：开始系统处于静止，对甲分析，有：F＋m1g＝F弹，剪断细线的瞬间，弹簧弹力不变，对甲，合力为F合甲＝F弹－m1g＝F，故A正确；对乙分析，根据共点力平衡得，F弹＋m2g＝F丙对乙，解得F丙对乙＝F＋m1g＋m2g，故B错误；对乙丙整体分析，根据共点力平衡得，F弹＋(m2＋m3)g＝F地，解得地面对丙的支持力F地＝(m1＋m2＋m3)g＋F，因为F合甲＝F弹－m1g＝m1a，则F地＝m1(a＋g)＋m2g＋m3g，故C、D正确．答案：ACD2－2.[绳连接体]如图所示，三个物体质量分别为m1＝1.0kg、m2＝2.0kg、m3＝3.0kg，已知斜面上表面光滑，斜面倾角θ＝30°，m1和m2之间的动摩擦因数μ＝0.8.不计绳和滑轮的质量和摩擦．初始时用外力使整个系统静止，当撤掉外力时，m2将(g取10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()A．和m1相对静止一起沿斜面下滑B．和m1相对静止一起沿斜面上滑C．相对于m1上滑D．相对于m1下滑解析：假设m1和m2之间保持相对静止，对整体分析，整体的加速度a＝m3g－m1＋m2gsin30°m1＋m2＋m3＝2.5m/s2.隔离对m2分析，根据牛顿第二定律得Ff－m2gsin30°＝m2a，解得Ff＝m2gsin30°＋m2a＝15N，最大静摩擦力Ffm＝μm2gcos30°＝83N，可知Ff＞Ffm，知m2的加速度小于m1的加速度，m2相对于m1下滑，故D正确．答案：D热点三临界问题的处理方法(师生共研)1．临界或极值条件的标志(1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，表明题述的过程存在临界点．(2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语，表明题述的过程存在“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态．(3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼，表明题述的过程存在极值，这个极值点往往是临界点．(4)若题目要求“最终加速度”“稳定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度．2．几种临界状态和其对应的临界条件如下表所示临界状态临界条件速度达到最大物体所受的合外力为零两物体刚好分离两物体间的弹力FN＝0绳刚好被拉直绳中张力为零绳刚好被拉断绳中张力等于绳能承受的最大拉力3.处理临界问题的三种方法极限法把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的假设法临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题数学法将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出临界条件1.极限分析法[典例5]如图所示，光滑水平地面上有质量相等的两物体A、B，中间用劲度系数为k的轻弹簧相连，在外力F1、F2作用下运动，且满足F1＞F2，当系统运动稳定后，弹簧的伸长量为()A.F1－F2kB．F1＋F22kC.F1－F22kD．F1＋F2k解析：本题利用牛顿第二定律，先选A、B为一整体，再隔离A物体，求出弹簧的弹力F，由F＝kx，即可求得弹簧的伸长量．但是若用极限分析法，可快速得出结果：令F1＝F2，则两物体静止，F＝F1＝F2＝kx，能满足此条件的结果只有B选项．答案：B2．假设分析法[典例6]如图所示，一轻质弹簧的一端系一质量为m的小球，另一端固定在倾角为37°的光滑斜面体顶端，弹簧与斜面平行．在斜面体以大小为g的加速度水平向左做匀加速直线运动的过程中，小球始终相对于斜面静止．已知弹簧的劲度系数为k，则该过程中弹簧的形变量为(已知：sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)()A.mg5kB．4mg5kC.mgkD．7mg5k解析：在斜面体以大小为g的加速度水平向左做匀加速直线运动时，弹簧是处于伸长状态还是压缩状态，无法直接判断，此时可采用假设法，假设弹簧处于压缩状态，若求得弹力F为正值，则假设正确；水平方向上由牛顿第二定律得：FNsinθ＋Fcosθ＝mg；竖直方向上由受力平衡得：FNcosθ＝mg＋Fsinθ，联立得：F＝15mg.由胡克定律得F＝kx，x＝mg5k，F为正值，弹簧压缩，故选A.答案：A3．数学极值法[典例7]如图所示，一质量为m＝0.4kg的小物块，以v0＝2m/s的初速度，在与斜面成某一夹角