2012年高考物理復(fù)習(xí) 牛頓運動定律（二）

用心 愛心 專心1 牛頓運動定律牛頓運動定律 知知識識框框架架 考試說明考試說明 新課程標準考試說明要求 牛頓運動定律及其應(yīng) 用 1 通過實驗探究加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系 理 解牛頓運動定律 2 通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象 超重和失重 復(fù)習(xí)策略復(fù)習(xí)策略 本章知識的核心是描述運動和力的牛頓運動定律 高考的試題中 對牛頓第一定律和 第三定律 以理解為主 牛頓第二定律是高考中每年的必考內(nèi)容和熱點內(nèi)容 即單獨考查 又會與電磁內(nèi)容結(jié)合考查學(xué)生的綜合處理問題的能力 在復(fù)習(xí)中 要使學(xué)生深刻理解基本 概念的內(nèi)涵 掌握常用的分析方法和分析思路 強化利用牛頓第二定律分析問題的步驟 牛 頓 運 動 定 律 實驗 驗證牛頓第二定律 牛頓第一定律 內(nèi)容 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài) 直到有 外力迫使它改變這種狀態(tài)時為止 慣性 定義 物體具有保持原來的勻速運動或靜止狀態(tài)的性 質(zhì) 量度 質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度 牛頓第二定律 內(nèi)容 物體的加速度跟物體所受的合外力成正比 跟物體的質(zhì) 量成反比 加速度的方向與合外力的方向相同 公式 F合 ma 牛頓第三定律 內(nèi)容 兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等 方向相反 作用在同一直線上 同性 力的性質(zhì)相同 作用力與反作用力 同時 同時產(chǎn)生 同時變化 同時消 失 異體 分別作用在不同的物體上 牛頓運動定律的應(yīng)用 動力學(xué)的兩類基本問題 超重和失重 超重 F G a 的方向向上 失重 F G a 的方向向下 若 a g 則是完全失重 用心 愛心 專心2 疑難應(yīng)用疑難應(yīng)用 例 1 2011 年安徽 17 一般的曲線運動可以分成很多小段 每小段都可以看成圓周 運動的一部分 即把整條曲線用一系列不同 半徑的小圓弧來代替 如圖 a 所示 曲線 上的 A 點的曲率圓定義為 通過 A 點和曲線 上緊鄰 A 點兩側(cè)的兩點作一圓 在極限情況 下 這個圓就叫做 A 點的曲率圓 其半徑 叫做 A 點的曲率半徑 現(xiàn)將一物體沿與水平 面成 角的方向已速度 0拋出 如圖 b 所示 則在其軌跡最高點 P 處的曲率半徑是 A 2 0 v g B 22 0 sinv g C 22 0 cosv g D 22 0 cos sin v g 答案 答案 C 解析 解析 物體在其軌跡最高點 P 處只有水平速度 其水平速度大小為v0cos 根據(jù)牛頓 第二定律得 2 0 cos v mgm 所以在其軌跡最高點 P 處的曲率半徑是 22 0 cosv g C 正確 例2 2011 上海 31 12 分 如圖 質(zhì)量2mkg 的物體靜止于水平地面的A處 A B間距L 20m 用大小為30N 沿水平方向的外力拉此物體 經(jīng) 0 2ts 拉至B處 已知 cos370 8 sin370 6 取 2 10 gm s 1 求物體與地面間的動摩擦因數(shù) 2 用大小為30N 與水平方向成37 的力斜向 上拉此物體 使物體從A處由靜止開始運動 并能到達B處 求該力作用的最短時間t 答案 12 分 1 物體做勻加速運動 2 22 0 22 20 10 2 L am s t 1 分 A v0 P 圖 a 圖 b 用心 愛心 專心3 由牛頓第二定律 Ffma 1 分 10 0 5 2 10 f mg 1 分 2 設(shè)F作用的最短時間為t 小車先以大小為a的加速度勻加速t秒 撤去外力后 以大小為 a 的加速度勻減速 t秒到達 B 處 速度恰為 0 由牛頓定律 cos37 sin 37 FmgFama 1 分 2 cos37sin37 30 0 80 5 0 6 0 5 1011 5 2 F agm s m 1 分 2 5 f agm s m 1 分 由于勻加速階段的末速度即為勻減速階段的初速度 因此有 2 另解 設(shè)力F作用的最短時間為 t 相應(yīng)的位移為 s 物體到達 B 處速度恰為 0 由 動能定理 cos37 sin37 0FmgFsmg Ls 2 分 由牛頓定律 例 3 2011 四川 19 如圖是 神舟 系列航天飛船返回艙返回地面的示意圖 假定其過 程可簡化為 打開降落傘一段時間后 整個裝置勻速下降 為 確保安全著陸 需點燃返回艙的緩沖火箭 在火箭噴氣過程中 返回艙做減速直線運動 則 A 火箭開始噴氣瞬間傘繩對返回艙的拉力變小 B 返回艙在噴氣過程中減速的主要原因是空氣阻力 C 返回艙在噴氣過程中所受合外力可能做正功 D 返回艙在噴氣過程中處于失重狀態(tài) 例 4 2010 年 四川 23 16 分 質(zhì)量為 M 的拖拉機拉著耙來耙地 由靜止開始做勻加 速直線運動 在時間 t 內(nèi)前進的距離為 s 耙地時 拖拉機受到的牽引力恒為 F 受到地面 的阻力為自重的 k 倍 把所受阻力恒定 連接桿質(zhì)量不計且與水平面的夾角 保持不變 求 用心 愛心 專心4 1 拖拉機的加速度大小 2 拖拉機對連接桿的拉力大小 3 時間 t 內(nèi)拖拉機對耙做的功 答案 2 2 t s a 2 1 2 t s kgMF COS T s t s kgMFWT 2 2 解析 拖拉機在時間 t 內(nèi)勻加速前進 s 根據(jù)位移公式 2 2 1 ats 變形得 2 2 t s a 對拖拉機受到牽引力 支持力 重力 地面阻力和連桿拉力 T 根據(jù)牛頓第二定律 cosTkMgFMa 連立變形得 2 1 2 t s kgMF COS T 根據(jù)牛頓第三定律連桿對耙的反作用力為 2 1 2 t s kgMF COS TT 閉合開關(guān)調(diào)節(jié)滑動變阻器使待測表滿偏 流過的電流為Im 根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等有得 拖拉機對耙做功為 s t s kgMFTsWT 2 cos 2 A 18m B 54m C 72m D 198m 解析 拉力只有大于最大靜摩擦力時 物體才會由靜止開始運動 0 3s 時 F fmax 物體保持靜止 s1 0 3 6s 時 F fmax 物體由靜止開始做勻加速直線運動 用心 愛心 專心5 2 2 2 48 sm m fF a v at 6m s mats932 2 1 2 1 22 2 6 9s 時 F f 物體做勻速直線運動 s3 vt 6 3 18m 9 12s 時 F f 物體以 6m s 為初速度 以 2m s2為加速度繼續(xù)做勻加速直線運動 matvts2732 2 1 36 2 1 22 4 所以 0 12s 內(nèi)物體的位移為 s s1 s2 s3 s4 54m B 正確 例 6 2010 年 上海 11 將一個物體以某一速度從地面豎直向上拋出 設(shè)物體在運動過 程中所受空氣阻力大小不變 則物體 A 剛拋出時的速度最大 B 在最高點的加速度為零 C 上升時間大于下落時間 D 上升時的加速度等于下落時的加速度 解析 m f ga上 m f ga下 所以上升時的加速度大于下落時的加速度 D 錯 誤 解析 1 對初始時刻 mgsin mgcos ma0 1 由圖讀出 a0 4m s2代入式 1 解得 0 25 gsin ma0 gcos 2 對末時刻加速度為零 mgsin N kvcos 0 2 又N mgcos kvsin 由圖得出此時 v 5 m s 代入式解得 k 0 84kg s 2 mg sin cos v sin cos 例 8 2009 年海南物理 15 9 分 一卡車拖掛一相同質(zhì)量的車廂 在水平直道上以 0 12 vm s 的速度勻速行駛 其所受阻力可視為與車重成正比 與速度無關(guān) 某時刻 車 廂脫落 并以大小為 2 2 am s 的加速度減速滑行 在車廂脫落3ts 后 司機才發(fā)覺并 用心 愛心 專心6 緊急剎車 剎車時阻力為正常行駛時的 3 倍 假設(shè)剎車前牽引力不變 求卡車和車廂都停 下后兩者之間的距離 解析 設(shè)卡車的質(zhì)量為 M 車所受阻力與車重之比為 剎車前卡車牽引力的大小為 F 卡車剎車前后加速度的大小分別為 1 a和 2 a 重力加速度大小為 g 由牛頓第二定律有 1 2 20 3 fMg FMgMa MgMa MgMa 設(shè)車廂脫落后 3ts 內(nèi)卡車行駛的路程為 1 s 末速度為 1 v 根據(jù)運動學(xué)公式有 2 101 1 2 sv tat 101 vvat 2 12 2 2va s 式中 2 s是卡車在剎車后減速行駛的路程 設(shè)車廂脫落后滑行的路程為 s 有 2 0 2vas 卡車和車廂都停下來后相距 12 ssss 由 至 式得 2 0 02 42 333 v sv tat a 10 帶入題給數(shù)據(jù)得 36sm 11 評分參考 本題 9 分 至 式各 1 分 式 1 分 11 例 9 2009 年江蘇卷 13 15 分 航模興趣小組設(shè)計出一架 遙控飛行器 其質(zhì)量 m 2 動力系統(tǒng)提供的恒定升力 F 28 N 試飛時 飛行器從地面由靜止開始豎直上升 設(shè)飛行器飛行時所受 的阻力大小不變 g 取 10m s2 用心 愛心 專心7 1 第一次試飛 飛行器飛行 t1 8 s 時到達高度 H 64 m 求飛行器所阻力 f 的大 小 2 第二次試飛 飛行器飛行 t2 6 s 時遙控器出現(xiàn)故障 飛行器立即失去升力 求 飛行器能達到的最大高度 h 3 為了使飛行器不致墜落到地面 求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長時間 t3 勻加速運動 2 11 2 1 taH 由牛頓第二定律 1 mafmgF 解得 4 Nf 2 第二次飛行中 設(shè)失去升力時的速度為 1 v 上升的高度為 1 s 勻加速運動 2 211 2 1 tas 設(shè)失去升力后的速度為 2 a 上升的高度為 2 s 由牛頓第二定律 2 mafmg 211 tav 2 2 1 2 2a v s 解得 42 21 mssh 3 設(shè)失去升力下降階段加速度為 3 a 恢復(fù)升力后加速度為 4 a 恢復(fù)升力時速度為 3 v 由牛頓第二定律 3 mafmg F f mg ma4 且 22 33 34 22 vv h aa V3 a3t3 解得 t3 3 2 2 s 或 2 1s 用心 愛心 專心8 疑難檢測疑難檢測 一 選擇題 1 2011 年 新課標 21 如圖 在光滑水平面上有一質(zhì)量為 m1的足夠長的木板 其上疊放一 質(zhì)量為 m2的木塊 假定木塊和木板之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力相等 現(xiàn)給木塊施加 一隨時間 t 增大的水平力 F kt k 是常數(shù) 木板和木塊加速 度的大小分別為 a1和 a2 下列反映 a1和 a2變化的圖線中正確 的是 A 方向向左 大小不變 B 方向向左 逐漸減小 C 方向向右 大小不變 D 方向向右 逐漸減小 3 2011 江蘇 9 如圖所示 傾角為 的等腰三角形斜面固定在水平面上 一足夠長的 輕質(zhì)綢帶跨過斜面的頂端鋪放在斜面的兩側(cè) 綢帶與斜面間無摩擦 現(xiàn)將質(zhì)量分別為 M m M m 的小物塊同時輕放在斜面兩側(cè)的綢帶上 兩物塊 與綢帶間的動摩擦因數(shù)相等 且最大靜摩擦力與滑動摩擦 力大小相等 在 角取不同值的情況下 下列說法正確的 有 A 兩物塊所受摩擦力的大小總是相等 B 兩物塊不可能同時相對綢帶靜止 C M 不可能相對綢帶發(fā)生滑動 D m 不可能相對斜面向上滑動 A G B 2g C 3g D 4g 5 2011上海 19 受水平外力F作用的物體 在粗糙水 平面上作直線運動 其vt 圖線如圖所示 則 用心 愛心 專心9 A 在 1 0t 秒內(nèi) 外力F大小不斷增大 B 在 1 t時刻 外力F為零 C 在 12 tt 秒內(nèi) 外力F大小可能不斷減小 D 在 12 tt 秒內(nèi) 外力F大小可能先減小后增大 6 2010 年 全國 1 15 如右圖 輕彈簧上端與一質(zhì)量為的木塊 1 相連 下端與另一質(zhì)m 量為的木塊 2 相連 整個系統(tǒng)置于水平放置的光滑木坂上 并M 處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出 設(shè)抽出后的瞬間 木塊 1 2 的加速度大小分別為 重力加速度大小為 g 則有 1 a 2 a A B 1 0a 2 ag 1 ag 2 ag C D 12 0 mM aag M 1 ag 2 mM ag M 7 2010 年 山東 16 如圖甲所示 物體沿斜面由靜止滑下 在水平面上滑行一段距離 后停止 物體與斜面和水平面間的動摩擦因數(shù)相同 斜面與水平平滑連接 圖乙中 和分別表示物體速度大小 加速度大小 摩擦力大小和路程 圖乙中正確的是 fav s 8 2010 年 浙江 14 如圖所示 A B 兩物體疊放在一起 以相同的初速度上拋 不計 空氣阻力 下列說法正確的是 A 在上升和下降過程中 A 對 B 的壓力一定為零 B 上升過程中 A 對 B 的壓力大于 A 對物體受到的重力 C 下降過程中 A 對 B 的壓力大于 A 物體受到的重力 D 在上升和下降過程中 A 對 B 的壓力等于 A 物體受到的重力 9 2010 年 海南 5 如右圖 水平地面上有一楔形物塊 a 其斜面上有一小物體 b b 與平行于斜面的細繩的一端相連 細繩的另一端固定在 斜面上 a 與 b 之間光滑 a 和 b 以共同速度在地面軌 道的光滑段向左運動 當(dāng)它們剛運行至軌道的粗糙段時 A B v 用心 愛心 專心10 A 繩的張力減小 b 對 a 的正壓力減小 B 繩的張力增加 斜面對 b 的支持力增加 C 繩的張力減小 地面對 a 的支持力增加 D 繩的張力增加 地面對 a 的支持力減小 10 2010 年 海南 8 如右圖 木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧 彈簧上方有一物塊 木箱 靜止時彈簧處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上 若在某一段時間內(nèi) 物塊對箱 頂剛好無壓力 則在此段時間內(nèi) 木箱的運動狀態(tài)可能為 A 加速下降B 加速上升 C 減速上升D 減速下降 A 1 3 和 0 30s B 3 和 0 30s C 1 3 和 0 28s D 3 和 0 28s A B C D 13 2009 年寧夏卷 20 如圖所示 一足夠長的木板靜止在光滑水平面上 一物塊靜止在 木板上 木板和物塊間有摩擦 現(xiàn)用水平力向 右拉木板 當(dāng)物塊相對木板滑動了一段距離但 仍有相對運動時 撤掉拉力 此后木板和物塊 相對于水平面的運動情況為 A 物塊先向左運動 再向右運動 B 物塊向右運動 速度逐漸增大 直到做勻速運動 C 木板向右運動 速度逐漸變小 直到做勻速運動 D 木板和物塊的速度都逐漸變小 直到為零 用心 愛心 專心11 15 2009 年江蘇物理 9 如圖所示 兩質(zhì)量相等的物塊 A B 通過一輕質(zhì)彈簧連接 B 足 夠長 放置在水平面上 所有接觸面均光滑 彈簧開始 時處于原長 運動過程中始終處在彈性限度內(nèi) 在物塊 A 上施加一個水平恒力 A B 從靜止開始運動到第一次 速度相等的過程中 下列說法中正確的有 A 當(dāng) A B 加速度相等時 系統(tǒng)的機械能最大 B 當(dāng) A B 加速度相等時 A B 的速度差最大 C 當(dāng) A B 的速度相等時 A 的速度達到最大 D 當(dāng) A B 的速度相等時 彈簧的彈性勢能最大 16 2009 年廣東理科基礎(chǔ) 4 建筑工人用圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料 質(zhì)量為 70 0kg 的工人站在地面上 通過定滑輪將 20 0kg 的建筑材料以 0 500m s2的 加速度拉升 忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦 則工人對地面的壓力大 小為 g 取 lOm s2 A 510 N B 490 N C 890 N D 910 N 17 2009 年廣東理科基礎(chǔ) 15 搬運工人沿粗糙斜面把一個物體拉上卡車 當(dāng)力沿斜面 向上 大小為 F 時 物體的加速度為 a1 若保持力的方向不變 大小變?yōu)?2F 時 物體的 加速度為 a2 則 A al a2 B a1 a22al 18 2009 年山東卷 17 某物體做直線運動的 v t 圖象如圖甲所示 據(jù)此判斷圖乙 F 表 示物體所受合力 x 表示物體的位移 四個選項中正確的是 用心 愛心 專心12 A m M B m 2M C 木箱不與彈簧接觸時 上滑的加速度大于下滑的加速度 D 在木箱與貨物從頂端滑到最低點的過程中 減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性 勢能 20 2009 年安徽卷 17 為了節(jié)省能量 某商場安裝了智能化的電動扶梯 無人乘行時 扶梯運轉(zhuǎn)得很慢 有人站上扶梯時 它會先慢慢加速 再勻速運 轉(zhuǎn) 一顧客乘扶梯上樓 恰好經(jīng)歷了這兩個過程 如圖所示 那 么下列說法中正確的是 A 顧客始終受到三個力的作用 B 顧客始終處于超重狀態(tài) C 顧客對扶梯作用力的方向先指向左下方 再豎直向下 D 顧客對扶梯作用的方向先指向右下方 再豎直向下 二 填空題 2 用螺旋測微器測量某金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示 該金屬絲的直徑是 mm 用心 愛心 專心13 規(guī)格后輪驅(qū)動直流永磁鐵電機 車型14 電動自行車額定輸出功率 200W 整車質(zhì)量 40Kg 額定電壓 48V 最大載重 120 Kg 額定電流 4 5A 三 計算題 23 2010 年 安徽 22 14 分 質(zhì)量為 2kg 的物體水平推力F的作用下溶水平面做直線 運動 一段時間后撤去F 其運動的v t圖象如圖所示 g取 10m s2 求 1 物體與水平間的動摩擦因數(shù) 2 水平推力F的大小 3 0 10s 內(nèi)物體運動位移的大小 24 2010 年 全國 1 24 15 分 汽車由靜止開始在平直的公路上行駛 0 60s 內(nèi)汽車的 加速度隨時間變化的圖線如右圖所示 1 畫出汽車在 0 60s 內(nèi)的 v t 圖線 2 求這 60s 內(nèi)汽車行駛的路程 25 2009 年山東卷 24 15 分 如圖所示 某貨 場而將質(zhì)量為 m1 100 kg 的貨物 可視為質(zhì)點 從高處運送至地面 為避免貨物與地面發(fā) 生撞擊 現(xiàn)利用固定于地面的光滑四分之一圓軌道 使貨物中軌道頂端無初速滑下 軌道半徑 R 1 8 m 地面上緊靠軌道次排放兩聲完全相同的木板 A B 長度均為 l 2m 質(zhì)量均為 m2 100 kg 木板上表面 與軌道末端相切 貨物與木板間的動摩擦因數(shù)為 1 木板與地面間的動摩擦因數(shù) 0 2 最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等 取 g 10 m s2 1 求貨物到達圓軌道末端時對軌道的壓力 2 若貨物滑上木板 4 時 木板不動 而滑上木板 B 時 木板 B 開始滑動 求 1應(yīng) 滿足的條件 3 若 1 0 5 求貨物滑到木板 A 末端時的速度和在木板 A 上運動的時間 用心 愛心 專心14 26 2009 年安徽卷 22 14 分 在 2008 年北京殘奧會開幕式上 運動員手拉繩索向上 攀登 最終點燃了主火炬 體現(xiàn)了殘疾運動員堅忍不拔的意志和自強不息的精神 為了探究上升過程中運動員與繩索和吊椅間的作用 可將過程簡化 一根不可伸 縮的輕繩跨過輕質(zhì)的定滑輪 一端掛一吊椅 另一端被坐在吊椅上的運動員拉住 如圖所示 設(shè)運動員的質(zhì)量為 65kg 吊椅的質(zhì)量為 15kg 不計定滑輪與繩子間 的摩擦 重力加速度取 2 10m sg 當(dāng)運動員與吊椅一起正以加速度 2 1m sa 上升時 試求 1 運動員豎直向下拉繩的力 2 運動員對吊椅的壓力 試題答案試題答案 一 選擇題 題號 12345678910 答案 AAACBCDCCACBD 題號 11121314151617181920 答案 BBBCABCDBDBBCC 二 填空題 21 解析 物體處于失重狀態(tài) 加速度方向向下 故而可能是減速上升或加速下降 本題讀數(shù) 1 704 1 708 都算正確 用心 愛心 專心15 22 解析 答案 40 0 6 三 計算題 23 解 1 設(shè)物體做勻速直線運動的時間為 初速度為 未速度為 加速度 2 t 20 v 21 v 為 則 2 a 2 2 2021 2 2sm t vv a 設(shè)物體所受的摩擦力為 根據(jù)牛頓第二定律 有 f F 2 maFf mgFf 聯(lián)立 得 2 0 2 g a 2 設(shè)物體估做勻加速運動的時間為 初速度為 末速度為 加速度為 1 t 10 v 14 v 1 a 則 2 1 1014 1 1sm t vv a 根據(jù)牛頓第二定律 有 1 maFF f 聯(lián)立 得 NmamgF6 1 3 解法一 由勻變速直線運動位移公式 得 mtatvtatvxxx46 2 1 2 1 2 22220 2 1111021 解法二 根據(jù) v t 圖象圍成的面積 得 mtvt vv x46 2 1