2012年高考物理復習 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 用 1 通過實驗探究加速度與物體質量 物體受力的關系 理 解牛頓運動定律 2 通過實驗認識超重和失重現象 超重和失重 復習策略復習策略 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容和熱點內容 即單獨考查 又會與電磁內容結合考查學生的綜合處理問題的能力 在復習中 要使學生深刻理解基本 概念的內涵 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 量度 質量是物體慣性大小的唯一量度 牛頓第二定律 內容 物體的加速度跟物體所受的合外力成正比 跟物體的質 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 力的性質相同 作用力與反作用力 同時 同時產生 同時變化 同時消 失 異體 分別作用在不同的物體上 牛頓運動定律的應用 動力學的兩類基本問題 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 疑難應用疑難應用 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 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 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 設力F作用的最短時間為 t 相應的位移為 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 內勻加速前進 s 根據位移公式 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 根據牛頓第二定律 cosTkMgFMa 連立變形得 2 1 2 t s kgMF COS T 根據牛頓第三定律連桿對耙的反作用力為 2 1 2 t s kgMF COS TT 閉合開關調節(jié)滑動變阻器使待測表滿偏 流過的電流為Im 根據并聯(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 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 設卡車的質量為 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 設車廂脫落后 3ts 內卡車行駛的路程為 1 s 末速度為 1 v 根據運動學公式有 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 帶入題給數據得 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 航模興趣小組設計出一架 遙控飛行器 其質量 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 設失去升力下降階段加速度為 3 a 恢復升力后加速度為 4 a 恢復升力時速度為 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量為 m1的足夠長的木板 其上疊放一 質量為 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 現給木塊施加 一隨時間 t 增大的水平力 F kt k 是常數 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 輕質綢帶跨過斜面的頂端鋪放在斜面的兩側 綢帶與斜面間無摩擦 現將質量分別為 M m M m 的小物塊同時輕放在斜面兩側的綢帶上 兩物塊 與綢帶間的動摩擦因數相等 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 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 外力F大小可能不斷減小 D 在 12 tt 秒內 外力F大小可能先減小后增大 6 2010 年 全國 1 15 如右圖 輕彈簧上端與一質量為的木塊 1 相連 下端與另一質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) 現將木板沿水平方向突然抽出 設抽出后的瞬間 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 物塊對箱 頂剛好無壓力 則在此段時間內 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 現用水平力向 右拉木板 當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 兩質量相等的物塊 A B 通過一輕質彈簧連接 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 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 A B 加速度相等時 系統(tǒng)的機械能最大 B 當 A B 加速度相等時 A B 的速度差最大 C 當 A B 的速度相等時 A 的速度達到最大 D 當 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 4 建筑工人用圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料 質量為 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 15 搬運工人沿粗糙斜面把一個物體拉上卡車 當力沿斜面 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 扶梯運轉得很慢 有人站上扶梯時 它會先慢慢加速 再勻速運 轉 一顧客乘扶梯上樓 恰好經歷了這兩個過程 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 2 水平推力F的大小 3 0 10s 內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 內的 v t 圖線 2 求這 60s 內汽車行駛的路程 25 2009 年山東卷 24 15 分 如圖所示 某貨 場而將質量為 m1 100 kg 的貨物 可視為質點 從高處運送至地面 為避免貨物與地面發(fā) 生撞擊 現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為 1 木板與地面間的動摩擦因數 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 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 設運動員的質量為 65kg 吊椅的質量為 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 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 設物體所受的摩擦力為 根據牛頓第二定律 有 f F 2 maFf mgFf 聯(lián)立 得 2 0 2 g a 2 設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 v t 圖象圍成的面積 得 mtvt vv x46 2 1