高考第二輪復(fù)習(xí)-力和運(yùn)動

1、年 級高三學(xué) 科物理版 本人教版內(nèi)容標(biāo)題考點(diǎn)1 力和運(yùn)動編稿老師馬慧【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：考點(diǎn)1 力和運(yùn)動二. 命題趨勢力和運(yùn)動是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，也是高考命題的熱點(diǎn)?？偨Y(jié)近年高考的命題趨勢，一是考力和運(yùn)動的綜合題，重點(diǎn)考查綜合運(yùn)用知識的能力，如為使物體變?yōu)槟骋贿\(yùn)動狀態(tài)，應(yīng)選擇怎樣的施力方案；二是了解實(shí)際，以實(shí)際問題為背景命題，如以交通、體育、人造衛(wèi)星、天體物理和日常生活等方面的問題為背景，重點(diǎn)考查獲取并處理信息，去粗取精，把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成物理問題的能力。三. 知識概要物體怎么運(yùn)動，取決于它的初始狀態(tài)和受力情況。牛頓運(yùn)動定律揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系，關(guān)系如下表所示：力是物體運(yùn)動狀態(tài)變化

2、的原因，反過來物體運(yùn)動狀態(tài)的改變反映出物體的受力情況。從物體的受力情況去推斷物體運(yùn)動情況；或從物體運(yùn)動情況去推斷物體的受力情況是動力學(xué)的兩大基本問題。處理動力學(xué)問題的一般思路和步驟是： 領(lǐng)會問題的情景，在問題給出的信息中，提取有用信息，構(gòu)建出正確的物理模型； 合理選擇研究對象； 分析研究對象的受力情況和運(yùn)動情況； 正確建立坐標(biāo)系； 運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)的規(guī)律列式求解。在分析具體問題時，要根據(jù)具體情況靈活運(yùn)用隔離法和整體法，要善于捕捉隱含條件，要重視臨界狀態(tài)分析。（一）共點(diǎn)力作用下物體的平衡1. 動態(tài)平衡：若物體在共點(diǎn)力作用下狀態(tài)緩慢變化，其過程可近似認(rèn)為是平衡過程，其中每一個狀態(tài)均為平衡狀

3、態(tài)，這時都可用平衡來處理。2. 彈力和摩擦力：平面接觸面間產(chǎn)生的彈力，其方向垂直于接觸面;曲面接觸面間產(chǎn)生的彈力，其方向垂直于過接觸點(diǎn)的曲面的切面；繩子產(chǎn)生的彈力的方向沿繩指向繩收縮的方向，且繩中彈力處處相等（輕繩）；桿中產(chǎn)生的彈力不一定沿桿方向，因?yàn)闂U不僅可以產(chǎn)生沿桿方向的拉、壓形變，也可以產(chǎn)生微小的彎曲形變。分析摩擦力時，先應(yīng)根據(jù)物體的狀態(tài)分清其性質(zhì)是靜摩擦力還是滑動摩擦力，它們的方向都是與接觸面相切，與物體相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢方向相反?；瑒幽Σ亮τ蒄f = FN公式計(jì)算，F(xiàn)N為物體間相互擠壓的彈力；靜摩擦力等于使物體產(chǎn)生運(yùn)動趨勢的外力，由平衡方程或動力學(xué)方程進(jìn)行計(jì)算。3. 圖解法：圖解

4、法可以定性地分析物體受力的變化，適用于三力作用時物體的平衡。此時有一個力（如重力）大小和方向都恒定，另一個力方向不變，第三個力大小和方向都改變，用圖解法即可判斷兩力大小變化的情況。4. 分析平衡問題的基本方法： 合成法或分解法：當(dāng)物體只受三力作用處于平衡時，此三力必共面共點(diǎn)，將其中的任意兩個力合成，合力必定與第三個力大小相等方向相反；或?qū)⑵渲心骋粋€力（一般為已知力）沿另外兩個力的反方向進(jìn)行分解，兩分力的大小與另兩個力大小相等。 正交分解法：當(dāng)物體受三個或多個力作用平衡時，一般用正交分解法進(jìn)行計(jì)算。（二）牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用1. 牛頓第二定律的理解： 瞬時性：牛頓第二定律反映了力的瞬時作用效果的規(guī)

5、律，力是產(chǎn)生加速度的原因，故加速度與力同時存在、同時變化、同時消失。 矢量性：牛頓第二定律是一個矢量方程，加速度與合外力方向相同，故合外力方向就是加速度方向；反過來也有，加速度方向就是合外力方向。 獨(dú)立性：也叫做力的獨(dú)立作用原理，當(dāng)物體受幾個力的作用時，每一個力分別產(chǎn)生的加速度只與此力有關(guān)，與其它力無關(guān)，這些加速度的矢量和即物體運(yùn)動的加速度。2. 求瞬時加速度：應(yīng)注意兩種不同的物理模型。 剛性繩（不可伸長）或接觸面：這是一種不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體，若剪斷或脫離后，其中彈力立即消失或仍接觸但可以突變，不需要恢復(fù)、改變形變的時間。 彈簧或橡皮繩：這些物體的形變量大，形變改變、恢復(fù)需要較長

6、時間，故在瞬時問題中，其彈力的大小往往可以看成是不變的。3. 動力學(xué)中兩類基本問題： 已知受力情況求運(yùn)動情況 已知物體的運(yùn)動情況求受力情況4. 分析復(fù)雜問題的基本思路： 仔細(xì)審題，分析物體的受力及受力的變化情況，確定并劃分出物體經(jīng)歷的每個不同的過程； 逐一分析各個過程中的受力情況和運(yùn)動情況，以及總結(jié)前一過程和后一過程的狀態(tài)有何特點(diǎn)； 前一個過程的結(jié)束就是后一個過程的開始，兩個過程的交接點(diǎn)受力的變化、狀態(tài)的特點(diǎn)，往往是解題的關(guān)鍵。（三）曲線運(yùn)動中的動力學(xué)問題1. 類平拋運(yùn)動：求解的方法是利用運(yùn)動的合成和分解法進(jìn)行分析：在初速度方向加速度為零，以初速度做勻速直線運(yùn)動；在垂直于初速度方向有一個恒定的

7、加速度，做靜止開始的勻加速直線運(yùn)動，加速度的大小由合外力決定。通常應(yīng)結(jié)合運(yùn)動的合成和分解的運(yùn)動學(xué)規(guī)律進(jìn)行求解。2. 圓周運(yùn)動中的向心力：向心力可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是各力的合力或某力的分力向心力是按力的作用效果來命名的，故在分析做圓周運(yùn)動的物體受力時，切不可在性質(zhì)力上再添加一個向心力，但對各種情況下向心力的來源應(yīng)明確。圓周運(yùn)動中的動力學(xué)方程即將牛頓第二定律應(yīng)用于圓周運(yùn)動，由于向心加速度表示不同，有以下各種情況，解題時應(yīng)根據(jù)已知條件進(jìn)行選擇。F = m= mr2 = m = mr= 42mrf23. 圓周運(yùn)動中的臨界問題（1）沒有別的物體支持的質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動，如細(xì)繩系著的物體或

8、沿圓環(huán)內(nèi)壁運(yùn)動的物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，在通過軌道最高點(diǎn)時的速度的臨界值為 = 。當(dāng)時，物體能通過最高點(diǎn)；當(dāng)時，物體還沒有到最高點(diǎn)時，就脫離了軌道。（2）受別的物體約速的質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動，如套在圓環(huán)上的物體，有輕桿或管約束的物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，當(dāng)通過最高點(diǎn)時，物體通過最高點(diǎn)的速度可以為任何值，即0。當(dāng)時，環(huán)、桿或管對物體的作用力方向向下；當(dāng)= 時，沒有作用力；當(dāng)0時，作用力方向向上。（四）萬有引力定律和天體運(yùn)動1. 研究天體運(yùn)動的基本方法：研究人造衛(wèi)星、行星等天體的運(yùn)動時，我們進(jìn)行了以下近似：中心天體是不動的，環(huán)繞天體以中心天體的球心為圓心做勻速圓周運(yùn)動；環(huán)繞天體只受到中心天體的萬有

9、引力作用，這個引力提供環(huán)繞天體圓周運(yùn)動的向心力。即G = m2= m22r = m2（）2r2. 衛(wèi)星的速度、角速度、加速度、周期和軌道半徑的關(guān)系 = ，即線速度 = ，即角速度 T2 =，即周期T，或= ，即開普勒第三定律 a = ，即向心加速度a3.“雙星”和“黑洞”“雙星”是兩顆相距較近，它們之間的萬有引力對兩者運(yùn)動都有顯著影響，而其他天體的作用力影響可以忽略的特殊天體系統(tǒng)。它們之所以沒有被強(qiáng)大的引力吸引到一起而保持距離L不變，是因?yàn)樗鼈兝@著共同“中心”以相同的角速度做勻速圓周運(yùn)動，它們之間的萬有引力提供它們做圓周運(yùn)動的向心力?！昂诙础笔墙碚擃A(yù)言的一種特殊天體，它的質(zhì)量十分巨大，

10、以致于其脫離速度有可能超過其空中的光速，因此任何物體都不能脫離它的束縛，即光子也不能射出。已知物體從地球上的脫離速度（即第二宇宙速度）是= ，故一個質(zhì)量為M的天體，若它是一個黑體，則其半徑R應(yīng)有：R?！镜湫屠}】例1 舉重運(yùn)動是力量和技巧充分結(jié)合的體育項(xiàng)目。就“抓舉”而言，其技術(shù)動作可分為預(yù)備、提杠鈴、發(fā)力、下蹲支撐、起立、放下杠鈴等六個步驟，如圖所示照片表示了其中的幾個狀態(tài)。現(xiàn)測得輪子在照片中的直徑為1.0cm。已知運(yùn)動員所舉杠鈴的直徑是45cm，質(zhì)量為150kg，運(yùn)動員從發(fā)力到支撐歷時0.8s，試估測該過程中杠鈴被舉起的高度，估算這個過程中杠鈴向上運(yùn)動的最大速度；若將運(yùn)動員發(fā)力時的作用力簡

11、化成恒力，則該恒力有多大？點(diǎn)撥解疑：題目描述的舉重的實(shí)際情景，要把它理想化為典型的物理情景。抓舉中，舉起杠鈴是分兩個階段完成的，從發(fā)力到支撐是第一階段，舉起一部分高度。該過程中，先對杠鈴施加一個力（發(fā)力），使杠鈴作加速運(yùn)動，當(dāng)杠鈴有一定速度后，人下蹲、翻腕，實(shí)現(xiàn)支撐，在人下蹲、翻腕時，可以認(rèn)為運(yùn)動員對杠鈴沒有提升的作用力，這段時間杠鈴是憑借這已經(jīng)獲得的速度在減速上升，最好的動作配合是，杠鈴減速上升，人下蹲，當(dāng)杠鈴的速度減為零時，人的相關(guān)部位恰好到達(dá)杠鈴的下方完成支撐的動作。因此從發(fā)力到支撐的0.8s內(nèi)，杠鈴先作加速運(yùn)動（當(dāng)作勻加速），然后作減速運(yùn)動到速度為零（視為勻減速），這就是杠鈴運(yùn)動的物理

12、模型。根據(jù)輪子的實(shí)際直徑0.45m和它在照片中的直徑1.0cm，可以推算出照片縮小的比例，在照片上用尺量出從發(fā)力到支撐，杠鈴上升的距離h=1.3cm，按此比例可算得實(shí)際上升的高度為h=0.59m。設(shè)杠鈴在該過程中的最大速度為，有，得減速運(yùn)動的時間應(yīng)為加速運(yùn)動的位移：又 解得根據(jù)牛頓第二定律，有 解得評注：該題中，將舉重的實(shí)際情景抽象成物理模型，是解題的關(guān)鍵，這種抽象也是解所有實(shí)際問題的關(guān)鍵。這里，首先應(yīng)細(xì)致分析實(shí)際過程，有了大致認(rèn)識后，再做出某些簡化，這樣就能轉(zhuǎn)化成典型的物理問題。比如該題中，認(rèn)為發(fā)力時運(yùn)動員提升的力是恒力，認(rèn)為運(yùn)動員下蹲、翻腕時，對杠鈴無任何作用，認(rèn)為杠鈴速度減為零時，恰好完

13、全支撐，而且認(rèn)為杠鈴的整個運(yùn)動是直線運(yùn)動。例2如圖所示為一空間探測器的示意圖，P1、P2、P3、P4是四個噴氣發(fā)動機(jī)，P1、P3的連線與空間一固定坐標(biāo)系的x軸平行，P2、P4的連線與y軸平行，每臺發(fā)動機(jī)開動時，都能向探測器提供推力，但不會使探測器轉(zhuǎn)動。開始時，探測器以恒定的速率v0向x方向平動，要使探測器改為向正x偏負(fù)y60方向以原速率v0平動，則可（ ）A. 先開動P1適當(dāng)時間，再開動P4適當(dāng)時間B. 先開動P3適當(dāng)時間，再開動P2適當(dāng)時間C. 開動P4適當(dāng)時間D. 先開動P3適當(dāng)時間，再開動P4適當(dāng)時間點(diǎn)撥解疑：該題實(shí)際上是要校正探測器的飛行狀態(tài)，這在航天活動中，是很常見的工作，因?yàn)檫@也是

14、很有意義的一道題。最后要達(dá)到的狀態(tài)是向正x偏負(fù)y60方向平動，速率仍為v0。如圖所示，這個運(yùn)動可分解為速率為v0cos60的沿正x方向的平動和速率為v0sin60的沿負(fù)y方向的平動，與原狀態(tài)相比，我們應(yīng)使正x方向的速率減小，負(fù)y方向的速率增大。因此應(yīng)開動P1以施加一負(fù)x方向的反沖力來減小正x方向的速率；然后開動P4以施加一負(fù)y方向的反沖力來產(chǎn)生負(fù)y方向的速率。所以選項(xiàng)A正確。評注：建立坐標(biāo)系，在兩個坐標(biāo)軸的方向上分別應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律，是研究動力學(xué)問題的常用方法。該題一入手，就在沿坐標(biāo)軸的兩個方向上對兩個狀態(tài)進(jìn)行比較，很快就使問題變得清晰。因此要熟練掌握這種分析方法。例3 如圖質(zhì)量為m的小球用水

15、平彈簧系住，并用傾角為30的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為（ ）A. 0B. 大小為g，方向豎直向下C. 大小為g，方向垂直于木板向下D. 大小為g，方向水平向右點(diǎn)撥解疑：未撤離木板前，小球受到重力G，彈簧拉力F，木板支持力FN，如圖所示，三力平衡，于是有：FNcos = mg，F(xiàn)N = 當(dāng)撤離木板的瞬間，G和F保持不變（彈簧的彈力不能突變），木板支持力FN立即消失小球受G和F的合力大小等于撤之前的FN（三力平衡），方向與FN的方向相反，故加速度方向?yàn)榇怪蹦景逑蛳?，大小為：a = g例4 2000年1月26日我國發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星，其定點(diǎn)位

16、置與東經(jīng)98的經(jīng)線在同一平面內(nèi)，若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似取為東經(jīng)98和北緯，已知地球半徑R，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球表面重力加速度為g（視為常量）和光速c。試求該同步衛(wèi)星發(fā)出的微波信號傳到嘉峪關(guān)處的接收站所需的時間（要求用題給的已知量的符號表示）。點(diǎn)撥解疑：同步衛(wèi)星必定在地球的赤道平面上，衛(wèi)星、地球和其上的嘉峪關(guān)的相對位置如圖所示，由圖可知，如果能求出同步衛(wèi)星的軌道半徑r，那么再利用地球半徑R和緯度就可以求出衛(wèi)星與嘉峪關(guān)的距離L，即可求得信號的傳播時間。對于同步衛(wèi)星，根據(jù)牛頓第二定律，有： 其中 又 即由以上幾式解得：由余弦定理得微波信號傳到嘉峪關(guān)處的接收站所需的時間為評注：選擇恰當(dāng)?shù)?/p>

17、角度，將題目描述的情況用示意圖表示出來，可以使情景變得更加清晰，有利于分析和思考，要養(yǎng)成這種良好的解題習(xí)慣。在解答天體運(yùn)動的問題時，根據(jù)得到這一關(guān)系是經(jīng)常使用的。例5 閱讀下列材料，并結(jié)合該材料解題。開普勒從1609年1619年發(fā)表了著名的開普勒行星三定律：第一定律：所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動，太陽在這些橢圓的一個公共焦點(diǎn)上。第二定律：太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。實(shí)踐證明，開普勒三定律也適用于人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動。如果人造地球衛(wèi)星沿半徑為r的圓形軌道繞地球運(yùn)動，當(dāng)開動制動發(fā)動機(jī)后，衛(wèi)星

18、速度降低并轉(zhuǎn)移到與地球相切的橢圓軌道上，如圖所示。問在這之后衛(wèi)星經(jīng)過多長時間著陸?？諝庾枇Σ挥?jì)，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，圓形軌道應(yīng)為橢圓軌道的一種特殊形式。點(diǎn)撥解疑：衛(wèi)星在半徑為r的圓軌道運(yùn)動有：r得此時衛(wèi)星的周期為T1 = 2衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)動時，其半長軸為a = 由開普勒第三定律有： =，得T2 = （R+r）另外，在地球表面時，近似有： = mg，得 GM = R2g。從開始制動到飛船著陸，經(jīng)過時間為t，則t = ，得t = 。例6神奇的黑洞是近代引力理論所預(yù)言的一種特殊天體，探尋黑洞的方案之一是觀測雙星系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律。天文學(xué)家觀測河外星系大麥哲倫云時，發(fā)現(xiàn)了LMCX-3雙

19、星系統(tǒng)，它由可見星A和不可見的暗星B構(gòu)成。兩星視為質(zhì)點(diǎn)，不考慮其它天體的影響，A、B圍繞兩者連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動，它們之間的距離保持不變，如圖所示。引力常量為G，由觀測能夠得到可見星A的速率和運(yùn)行周期T。（1）可見星A所受暗星B的引力可等效為位于O點(diǎn)處質(zhì)量為的星體（視為質(zhì)點(diǎn)）對它的引力，設(shè)A和B的質(zhì)量分別為、，試求（用、表示）；（2）求暗星B的質(zhì)量與可見星A的速率、運(yùn)行周期T和質(zhì)量之間的關(guān)系式；（3）恒星演化到末期，如果其質(zhì)量大于太陽質(zhì)量的2倍，它將有可能成為黑洞。若可見星A的速率，運(yùn)行周期，質(zhì)量，試通過估算來判斷暗星B有可能是黑洞嗎？（）點(diǎn)撥解疑：（1）設(shè)A、B的圓軌道半徑分別為、，由

20、題意知，A、B做勻速圓周運(yùn)動的角速度相同，設(shè)其為。由牛頓運(yùn)動定律，有 設(shè)A、B之間的距離為，又，由上述各式得 由萬有引力定律，有，將代入得 令 比較可得 （2）由牛頓第二定律，有 又可見星A的軌道半徑 由式解得 （3）將代入式，得代入數(shù)據(jù)得 設(shè)，將其代入式，得 可見，的值隨的增大而增大，試令，得若使式成立，則必大于2，即暗星B的質(zhì)量必大于2，由此得出結(jié)論：暗星B有可能是黑洞?！灸M試題】（答題時間：30分鐘）1. 手提一根不計(jì)質(zhì)量的、下端掛有物體的彈簧上端，豎直向上作加速運(yùn)動。當(dāng)手突然停止運(yùn)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(yùn)動C. 向上作勻速運(yùn)動 D. 向

21、上作減速運(yùn)動2. 如圖所示，物體在恒力F作用下沿曲線從A運(yùn)動到B，這時突然使他所受力反向，大小不變，即由F變?yōu)?F。在此力作用下，物體以后的運(yùn)動情況，下列說法中正確的是（ ）A. 物體可能沿曲線Ba運(yùn)動 B. 物體可能沿直線Bb運(yùn)動C. 物體可能沿曲線Bc運(yùn)動 D. 物體可能沿原曲線由B返回3. 汽車剎車后，停止轉(zhuǎn)動的輪胎在地面上發(fā)生滑動，可以明顯的看出滑動的痕跡，即常說的剎車線，由剎車線長短可以得知汽車剎車前的速度大小，因此剎車線的長度是分析交通事故的一個重要依據(jù)。若汽車輪胎跟地面的動摩擦因數(shù)是0.7，剎車線長14m，則可知汽車在緊急剎車前的速度的大小是 m/s。4. 空間探測器從某一星球表面豎直升空。已知探測器質(zhì)量為1500Kg，發(fā)動機(jī)推動力為恒力。探測器升空后發(fā)動機(jī)因故障突然關(guān)閉，如圖所示是探測器從升空到落回星球表面的速度隨時間變化的圖線，則由圖象可判斷該探測器在星球表面達(dá)到的最大高度Hm為多少m？發(fā)動機(jī)的推動力F為多少N？5. 中子星是恒星演化過程的一種可能結(jié)果，它的密度很大。