高考牛頓 專題分析.doc

高考物理牛頓運動定律專題分析教學(xué)目標(biāo)：1深入理解力和運動的關(guān)系、知道動力學(xué)的兩類基本問題；學(xué)會處理動力學(xué)問題的一般思路和步驟2應(yīng)用牛頓運動定律解決實際問題，提高分析解決實際問題的能力本講重點：牛頓運動定律的應(yīng)用本講難點：1力和運動的關(guān)系2牛頓運動定律的應(yīng)用一、考綱解讀本專題涉及的考點有：牛頓運動定律及其應(yīng)用；超重和失重。大綱對牛頓運動定律及其應(yīng)用為類要求，對超重和失重為類要求。牛頓定律是歷年高考重點考查的內(nèi)容之一。對這部分內(nèi)容的考查非常靈活，各種題型均可以考查。其中用整體法和隔離法處理牛頓第二定律，牛頓第二定律與靜力學(xué)、運動學(xué)的綜合問題，物體平衡條件等都是高考熱點；對牛頓第一、第三定律的考查經(jīng)常以選擇題或融合到計算題中的形式呈現(xiàn)。另外，牛頓運動定律在實際中的應(yīng)用很多，如彈簧問題、傳送帶問題、傳感器問題、超重失重問題、同步衛(wèi)星問題等應(yīng)用非常廣泛，尤其要注意以天體問題為背景的信息給予題，這類試題不僅能考查考生對知識的掌握程度而且還能考查考生從材料、信息中獲取有用信息的能力，因此備受命題專家的青睞。二、命題趨勢牛頓運動定律是解決力和運動關(guān)系問題的依據(jù)，是歷年高考命題的熱點?？偨Y(jié)近年高考的命題趨勢，一是考力和運動的綜合題，重點考查綜合運用知識的能力，如為使物體變?yōu)槟骋贿\動狀態(tài)，應(yīng)選擇怎樣的施力方案；二是聯(lián)系實際，以實際問題為背景命題，重點考查獲取并處理信息，去粗取精，把實際問題轉(zhuǎn)化成物理問題的能力。三、例題精析【例1】一斜面AB長為5m，傾角為30，一質(zhì)量為2kg的小物體（大小不計）從斜面頂端A點由靜止釋放，如圖所示斜面與物體間的動摩擦因數(shù)為，求小物體下滑到斜面底端B時的速度及所用時間（g取10 m/s2）解析：以小物塊為研究對象進(jìn)行受力分析，如圖所示物塊受重力mg、斜面支持力N、摩擦力f，垂直斜面方向，由平衡條件得：mgcos30=N沿斜面方向上，由牛頓第二定律得：mgsin30-f=ma又f=N由以上三式解得a=2.5m/s2小物體下滑到斜面底端B點時的速度：5m/s運動時間：s題后反思：以斜面上物體的運動為背景考查牛頓第二定律和運動學(xué)知識是常見的題型之一，熟練掌握斜面上物體的受力分析，正確求解加速度是解決問題的關(guān)鍵。【例2】如圖所示，固定在水平面上的斜面其傾角=37，長方體木塊A的MN面上釘著一顆小釘子，質(zhì)量m=1.5kg的小球B通過一細(xì)線與小釘子相連接，細(xì)線與斜面垂直木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)=0.50現(xiàn)將木塊由靜止釋放，木塊將沿斜面下滑求在木塊下滑的過程中小球?qū)δ緣KMN面的壓力大小（取g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8）ABMN解析：以木塊和小球整體為研究對象，設(shè)木塊的質(zhì)量為M，下滑的加速度為a，沿斜面方向，根據(jù)牛頓第二定律有：（Mm）gsin37（Mm）gcos37=（Mm）a解得：a=g（sin37cos37）=2m/s2以小球B為研究對象，受重力mg，細(xì)線拉力T和MN面對小球沿斜面向上的彈力FN，沿斜面方向，根據(jù)牛頓第二定律有：mgsin37FN=ma解得：FN=mgsin37ma=6N由牛頓第三定律得，小球?qū)δ緣KMN面的壓力大小為6N題后反思：對于有共同加速度的連接體問題，一般先用整體法由牛頓第二定律求出加速度，再根據(jù)題目要求，將其中的某個物體進(jìn)行隔離分析和求解由整體法求解加速度時，F(xiàn)=ma，要注意質(zhì)量m與研究對象對應(yīng)【例3】一小圓盤靜止在桌布上，位于一方桌的水平面的中央。桌布的一邊與桌的AB邊重合，如圖。已知盤與桌布間的動摩擦因數(shù)為1，盤與桌面間的動摩擦因數(shù)為2?，F(xiàn)突然以恒定加速度a將桌布抽離桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB邊。若圓盤最后未從桌面掉下，則加速度a滿足的條件是什么？（以g表示重力加速度）解析：設(shè)圓盤的質(zhì)量為m，桌長為l，在桌布從圓盤下抽出的過程中，盤的加速度為a1，有 桌布抽出后，盤在桌面上作勻減速運動，以a2表示加速度的大小，有 設(shè)盤剛離開桌布時的速度為v1，移動的距離為x1，離開桌布后在桌面上在運動距離x2后便停下，有 盤沒有從桌面上掉下的條件是 設(shè)桌布從盤下抽出的時間為t，在這段時間內(nèi)桌布移動的距離為x，有 而 由以上各式解得 題后反思：本題涉及到圓盤和桌布兩個物體的運動，而且圓盤的運動過程包括加速和減速兩個過程，本題是一個綜合性較強的動力學(xué)問題，難度較大。畫出研究對象的運動草圖，抓住運動過程的特點分別應(yīng)用牛頓第二定律和運動學(xué)公式即可求解。【例4】如圖所示，A、B兩物體之間用輕質(zhì)彈簧連接，用水平恒力F拉A，使A、B一起沿光滑水平面做勻加速直線運動，這時彈簧長度為L1；若將A、B置于粗糙水平面上，用相同的水平恒力F拉A，使A、B一起做勻加速直線運動，此時彈簧長度為L2。若A、B與粗糙水平面之間的動摩擦因數(shù)相同，則下列關(guān)系式正確的是 （ ）BAFAL2L1BL2L1 CL2L1 D由于A、B質(zhì)量關(guān)系未知，故無法確定L1、L2的大小關(guān)系解析：利用整體法和隔離法，分別對AB整體和物體B分別由牛頓第二定律列式求解，即得C選項正確。本題容易錯選A或C，草率地認(rèn)為A、B置于粗糙水平面上時要受到摩擦力的作用，力F的大小不變，因此L2應(yīng)該短一些，或認(rèn)為由于A、B質(zhì)量關(guān)系未知，故L1、L2的大小關(guān)系無法確定。答案：C題后反思：本題涉及到胡克定律、滑動摩擦力、牛頓第二定律等。從考查方法的角度看，本題重在考查考生對整體法和隔離法的應(yīng)用，屬于2級要求。對胡克定律、摩擦力的考查在近年高考中屢屢出現(xiàn)，并可與其他知識相結(jié)合，變化靈活，體現(xiàn)對考生能力的考查?！纠?】t/sv/ms-1乙151005246810DACB甲質(zhì)量為40kg的雪撬在傾角=37的斜面上向下滑動（如圖甲所示），所受的空氣阻力與速度成正比。今測得雪撬運動的v-t圖像如圖7乙所示，且AB是曲線的切線，B點坐標(biāo)為（4，15），CD是曲線的漸近線。試求空氣的阻力系數(shù)k和雪撬與斜坡間的動摩擦因數(shù)。解析： 由牛頓運動定律得： 由平衡條件得： 由圖象得：A點，vA=5m/s，加速度aA2.5m/s2；最終雪橇勻速運動時最大速度vm=10m/s，a0代入數(shù)據(jù)解得：=0.125 k=20Ns/m 解決本題的關(guān)鍵是，先對雪橇進(jìn)行受力分析，畫出正確的受力圖，然后由正交分解法列出牛頓第二定律的方程。從物理圖像上分別讀取初、末兩個狀態(tài)的速度和加速度值，代入方程組聯(lián)立求解。題后反思：本題以體育運動為素材，涉及勻變速直線運動的規(guī)律、牛頓運動定律、斜面上的受力分析、摩擦力、物理圖象等多個知識點，綜合性較強，考查學(xué)生分析、解決力和運動的關(guān)系問題。以體育運動為背景的問題歷來是高考命題的重點和熱點，情景復(fù)雜多變，涉及的知識點較多，可以有效地考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識和綜合能力?！纠?】如圖所示，在光滑的桌面上疊放著一質(zhì)量為mA=2.0kg的薄木板A和質(zhì)量為mB=3 kg的金屬塊BA的長度L=2.0mB上有輕線繞過定滑輪與質(zhì)量為mC=1.0 kg的物塊C相連B與A之間的滑動摩擦因數(shù) =0.10，最大靜摩擦力可視為等于滑動摩擦力忽略滑輪質(zhì)量及與軸間的摩擦起始時令各物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)，繩被拉直，B位于A的左端（如圖），然后放手，求經(jīng)過多長時間t后 B從 A的右端脫離（設(shè) A的右端距滑輪足夠遠(yuǎn)）（取g=10m/s2）解析： 以桌面為參考系，令aA表示A的加速度，aB表示B、C的加速度，sA和sB分別表示 t時間 A和B移動的距離，則由牛頓定律和勻加速運動的規(guī)律可得mCg-mBg=（mC+mB）aB mBg=mAaA sB=aBt2 sA=aAt2sB-sA=L 由以上各式，代入數(shù)值，可得t=4.0s 題后反思： 本題屬于多體運動問題，研究對象涉及到三個物體，考點涉及勻變速直線運動的規(guī)律、牛頓運動定律、受力分析、摩擦力等多個知識點，綜合性較強，考查學(xué)生分析、解決力和運動的關(guān)系問題。此類試題歷來是高考命題的重點和熱點，情景復(fù)雜多變，涉及的知識點較多，可以有效地考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識和綜合能力。解決本題的關(guān)鍵是，弄清A、B、C三個物體的加速度，以及A、B間的位移關(guān)系。B、C屬于連接體，加速度大小相等；A板長L是聯(lián)系A(chǔ)、B間位移關(guān)系的紐帶?！纠?】如圖所示，傳送帶與地面傾角=37，從A到B長度為16m，傳送帶以10m/s的速度逆時針轉(zhuǎn)動在傳送帶上端A處無初速度的放一個質(zhì)量為0.5kg的物體，它與傳送帶之間的摩擦因數(shù)為0.5求物體從A運動到B所用時間是多少？（sin37=0.6，cos37=0.8）解析：物體放在傳送帶上后，開始的階段，由于傳送帶的速度大于物體的速度，物體所受的摩擦力沿傳送帶向下如圖15所示，物體由靜止加速，由牛頓第二定律得mgsin+mgcos=ma1圖1解得a1=10m/s2物體加速到與傳送帶速度相同需要的時間為 t1=s=1s物體加速到與傳送帶速度相同發(fā)生的位移為由于tan（=0.5，tan=0.75），物體在重力作用下將繼續(xù)加速運動，當(dāng)物體的速度大于傳送帶的速度時，物體給傳送帶的摩擦力沿傳送帶向上如圖16所示，由牛頓第二定律得mgsinmgcos=ma2 圖2解得：a2=2m/s設(shè)后一階段物體滑至低端所用時間為t2， 由Ls=vt2+解得t2=1s （t2=11s舍去）所以，物體從A運動到B所用時間 t=t1+t2=2s題后反思：本題是傾斜放置的傳送帶問題，涉及到斜面上的受力分析、牛頓運動定律、運動過程分析等較多知識。難度較大，能力要求較高。求解此類問題應(yīng)認(rèn)真分析物體與傳送帶的相對運動情況，從而確定物體是否受到滑動摩擦力的作用，如果受到滑動摩擦力應(yīng)進(jìn)一步確定其大小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運動情況【例8】某人在地面上最多可舉起60 kg的物體，在豎直向上運動的電梯中可舉起80 kg的物體，則此電梯的加速度的大小、方向如何？電梯如何運動？（g=10 m/s2）解析：某人在地面上最多可舉起m1=60 kg的物體，則人對物體的最大支持力FN= m1g=600N，當(dāng)人在豎直向上運動的電梯中可舉起m2=80 kg的物體，物體受力如圖3所示，由牛頓第二定律得m2g- FN = m2a，解得a =2.5 m/s2，豎直向下所以，電梯向上做勻減速直線運動題后反思：超重和失重現(xiàn)象，只決定于物體在豎直方向上的加速度，與物體的運動方向無關(guān)物體有向上的加速度時，超重；有向下的加速度時，失重；當(dāng)豎直向下的加速度為重力加速度時，完全失重這是一種力學(xué)現(xiàn)象，物體所受重力（mg）并不變化【例9】一彈簧秤秤盤的質(zhì)量M=1.5kg，盤內(nèi)放一個質(zhì)量m=10.5kg的物體P，彈簧質(zhì)量忽略不計，輕彈簧的勁度系數(shù)k=800N/m，系統(tǒng)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示現(xiàn)給物體PFmkMP施加一豎直向上的拉力F，使P由靜止開始向上作勻加速直線運動已知在前0.2s時間內(nèi)F是變力，在0.2s以后是恒力求物體勻加速運動的加速度多大？取g=10m/s2 解析： 因為在t=0.2s內(nèi)F是變力，在t=0.2s以后F是恒力，所以在t=0.2s時，P離開秤盤此時P對盤的壓力為零，由于盤的質(zhì)量M=1.5kg，所以此時彈簧不能處于原長開始時，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)彈簧壓縮量為x1，由平衡條件得 t=0.2s時，P與秤盤分離，設(shè)彈簧壓縮量為x2，對秤盤據(jù)牛頓第二定律得：t=0.2s內(nèi)，物體的位移：由以上各式解得a=6m/s2題后反思：與彈簧關(guān)聯(lián)的物體，運動狀態(tài)變化時，彈簧的長度（形變量）隨之變化，物體所受彈力也相應(yīng)變化物體的位移和彈簧長度的變化之間存在一定的幾何關(guān)系，這一幾何關(guān)系常常是解題的關(guān)鍵四、考點精煉1手提一根不計質(zhì)量的、下端掛有物體的彈簧上端，豎直向上作加速運動。當(dāng)手突然停止運動后的極短時間內(nèi)，物體將 （ ）A立即處于靜止?fàn)顟B(tài) B向上作加速運動C向上作勻速運動 D向上作減速運動F2如圖所示，質(zhì)量為m的木塊在推力F作用下，沿豎直墻壁勻加速向上運動，F(xiàn)與豎直方向的夾角為已知木塊與墻壁間的動摩擦因數(shù)為，則木塊受到的滑動摩擦力大小是 （ ）Amg BFcos -mgCFcos+mg DFsin3傾角為的光滑斜面上有一質(zhì)量為m的滑塊正在加速下滑，如圖所示?；瑝K上懸掛的小球達(dá)到穩(wěn)定（與滑塊相對靜止）后懸線的方向是（ ）A豎直下垂B垂直于斜面C與豎直向下的方向夾角D以上都不對4某同學(xué)找了一個用過的“易拉罐”在靠近底部的側(cè)面打了一個洞，用手指按住洞，向罐中裝滿水，然后將易拉罐豎直向上拋出，空氣阻力不計，則下列說法正確的是 （ ）A易拉罐上升的過程中，洞中射出的水的速度越來越快B易拉罐下降的過程中，洞中射出的水的速度越來越快C易拉罐上升、下降的過程中，洞中射出的水的速度都不變D易拉罐上升、下降的過程中，水不會從洞中射出ABCD5如圖所示，將小球甲、乙、丙（都可視為質(zhì)點）分別從A、B、C三點由靜止同時釋放，最后都到達(dá)豎直面內(nèi)圓弧的最低點D，其中甲是從圓心A出發(fā)做自由落體運動，乙沿弦軌道從一端B到達(dá)另一端D，丙沿圓弧軌道從C點運動到D，且C點很靠近D點。如果忽略一切摩擦阻力，那么下列判斷正確的是： （ ）A甲球最先到達(dá)D點，乙球最后到達(dá)D點B甲球最先到達(dá)D點，丙球最后到達(dá)D點C丙球最先到達(dá)D點，乙球最后到達(dá)D點t/st1t2t3t4OF/NF1F2-1010D甲球最先到達(dá)D點，無法判斷哪個球最后到達(dá)D點6質(zhì)點受到在一條直線上的兩個力F1和F2的作用，F(xiàn)1、F2隨時間的變化規(guī)律如圖37所示，力的方向始終在一條直線上且方向相反。已知t=0時質(zhì)點的速度為零。在圖示的t1、t2、t3和t4各時刻中，哪一時刻質(zhì)點的速率最大？ （ ）At1 Bt2 Ct3 Dt47如下右圖所示一根輕繩跨過光滑定滑輪，兩端分別系一個質(zhì)量為m1、m2的物塊。m1放在地面上，m2離地面有一定高度。當(dāng)m2的質(zhì)量發(fā)生改變時，m1的加速度a的大小也將隨之改變。以下左面的四個圖象，哪個最能正確反映a與m2間的關(guān)系 （ ）aom2m1gaom2m1gaom2m1gaom2m1gm1m2A. B. C. D.8利用傳感器和計算機(jī)可以測量快速變化的力的瞬時值。右圖是用這種方法獲得的彈性繩中拉力隨時間的變化圖線。實驗時，把小球舉高到繩子的懸點O處，然后放手讓小球自由下落。 由此圖線所提供的信息，以下判斷正確的是 （ ）At2時刻小球速度最大Bt1t2期間小球速度先增大后減小Ct3時刻小球動能最小t1 t2 t3 t4 t5FOtODt1與t4時刻小球動量一定相同mM右左9在汽車中懸線上掛一小球。實驗表明，當(dāng)小球做勻變速直線運動時，懸線將與豎直方向成某一固定角度。如圖所示，若在汽車底板上還有一個跟其相對靜止的物體M，則關(guān)于汽車的運動情況和物體M的受力情況正確的是 （ ）A汽車一定向右做加速運動B汽車一定向左做加速運動CM除受到重力、底板的支持力作用外，還一定受到向右的摩擦力作用DM除受到重力、底板的支持力作用外，還可能受到向左的摩擦力作用10如圖所示，長方體物塊A疊放在長方體物塊B上，B置于光滑水平面上.A、B質(zhì)量分別為mA=6kg，mB=2kg，A、B之間動摩擦因數(shù)=0.2，開始時F=10N，此后逐漸增加，在增大到45N的過程中，則（ ）A當(dāng)拉力F12N時，兩物塊均保持靜止?fàn)顟B(tài)B兩物塊開始沒有相對運動，當(dāng)拉力超過12N時，開始相對滑動C兩物塊間從受力開始就有相對運動D兩物塊間始終沒有相對運動，但AB間存在靜摩擦力，其中A對B的靜摩擦力方向水平向右11如圖所示，在靜止的平板車上放置一個質(zhì)量為10kg的物體A，它被拴在一個水平拉伸的彈簧一端（彈簧另一端固定），且處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時彈簧的拉力為5N。若平板車從靜止開始向右做加速運動，且加速度逐漸增大，但a1m/s2。則（ ）AA物體A相對于車仍然靜止B物體A受到的彈簧的拉力逐漸增大C物體A受到的摩擦力逐漸減小D物體A受到的摩擦力先減小后增大AB12如圖所示，滑輪A可沿傾角為的足夠長光滑軌道下滑，滑輪下用輕繩掛著一個重力為G的物體B，下滑時，物體B相對于A靜止，則下滑過程中（ ）AB的加速度為g sin B繩的拉力為GcosC繩的方向保持豎直 D繩的拉力為GFAB圖（1）FAB圖（2）13如圖所示，在光滑水平面上有一小車A，其質(zhì)量為kg，小車上放一個物體B，其質(zhì)量為kg，如圖（1）所示。給B一個水平推力F，當(dāng)F增大到稍大于3.0N時，A、B開始相對滑動。如果撤去F，對A施加一水平推力F，如圖（2）所示，要使A、B不相對滑動，求F的最大值14如圖所示，一高度為h=0.8m粗糙的水平面在B點處與一傾角為=30光滑的斜面BC連接，一小滑塊從水平面上的A點以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右運動。運動到B點時小滑塊恰能沿光滑斜面下滑。已知AB間的距離s=5m，求：（1）小滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)；（2）小滑塊從A點運動到地面所需的時間；（3）若小滑塊從水平面上的A點以v1=5m/s的速度在粗糙的水平面上向右運動，運動到B點時小滑塊將做什么運動？并求出小滑塊從A點運動到地面所需的時間。（取g=10m/s2）。15如圖，風(fēng)洞實驗室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風(fēng)力.現(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實驗室.小球孔徑略大于細(xì)桿直徑.風(fēng)（1）當(dāng)桿在水平方向上固定時，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，使小球在桿上做勻速運動，這時小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的0.5倍，求小球與桿間的滑動摩擦因數(shù).（2）保持小球所受風(fēng)力不變，使桿與水平方向間夾角為37，并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離s所需時間為多少？（sin37=0.6 cos37=0.8）16在跳馬運動中，運動員完成空中翻轉(zhuǎn)的動作，能否穩(wěn)住是一個得分的關(guān)鍵，為此，運動員在腳接觸地面后都有一個下蹲的過程，為的是減小地面對人的沖擊力。某運動員質(zhì)量為，從最高處下落過程中在空中翻轉(zhuǎn)的時間為，接觸地面時所能承受的最大作用力為（視為恒力），雙腳觸地時重心離腳的高度為，能下蹲的最大距離為，若運動員跳起后，在空中完成動作的同時，又使腳不受傷，則起跳后的高度的范圍為多大？考點精煉參考答案1B（本題考查力和運動的關(guān)系。當(dāng)手突然停止運動后極短時間內(nèi)，彈簧形變量極小，彈簧中的彈力仍大于重力，合力向上，物體仍向上加速。故B選項正確）2D3B（滑塊和小球有相同的加速度a=gsin，對小球受力分析可知，B選項正確）4D（不論上升還是下降，易拉罐均處于完全失重狀態(tài)，水都不會從洞中射出）5A（提示：甲球自由落體，乙球勻加速直線運動，丙球視為簡諧運動）6B（從0至 t2時間值點合力方向與速度方向相同，一直加速，故t2時刻速度最大。）7D（對整體，D選項正確）8B（本題考查力和運動的關(guān)系。繩中拉力與重力相等時，速度最大，繩中拉力最大時，小球速度為零。B選項正確）9C（對小球受力分析可知，有向右的加速度，但小車的初速度可能向右也可能向左，汽車的運動情況不確定；M有向右的加速度，一定受到向右的摩擦力。故C選項正確）10D （先以B為研究對象，B水平方向受摩擦力f=mBa，當(dāng)為最大靜摩擦力時，B的最大加速度為m/s2；再以AB整體為研究對象，能使AB一起勻加速運動所施加的最大外力Fm=（mA+mB）a=48N。由題給條件，F(xiàn)從10N開始逐漸增加到45N的過程中，AB將始終保持相對靜止而一起勻加速運動。）11AD（由題意知，物體A與平板車的上表面間的最大靜摩擦力Fm5N。當(dāng)物體向右的加速度增大到1m/s2時，F(xiàn)ma10N，可知此時平板車對物體A