專題（18）應用牛頓運動定律解決“四類”熱點問題（原卷版）

2021年高考物理一輪復習考點全攻關專題（18）應用牛頓運動定律解決“四類”熱點問題（原卷版）命題熱點一：動力學圖象問題1．常見圖象v－t圖象、a－t圖象、F－t圖象、F－a圖象等．2．題型分類(1)已知物體受到的力隨時間變化的圖線，要求分析物體的運動情況．(2)已知物體的速度、加速度隨時間變化的圖線，要求分析物體的受力情況．(3)由已知條件確定某物理量的變化圖象．3．解題策略(1)分清圖象的類別：即分清橫、縱坐標所代表的物理量，明確其物理意義，掌握物理圖象所反映的物理過程，會分析臨界點．(2)注意圖線中的一些特殊點所表示的物理意義：圖線與橫、縱坐標的交點，圖線的轉折點，兩圖線的交點等．(3)明確能從圖象中獲得哪些信息：把圖象與具體的題意、情景結合起來，應用物理規(guī)律列出與圖象對應的函數(shù)方程式，進而明確“圖象與公式”“圖象與物體”間的關系，以便對有關物理問題作出準確判斷．【例1】(多選)如圖(a)，物塊和木板疊放在實驗臺上，物塊用一不可伸長的細繩與固定在實驗臺上的力傳感器相連，細繩水平．t＝0時，木板開始受到水平外力F的作用，在t＝4s時撤去外力．細繩對物塊的拉力f隨時間t變化的關系如圖(b)所示，木板的速度v與時間t的關系如圖(c)所示．木板與實驗臺之間的摩擦可以忽略．重力加速度取10m/s2.由題給數(shù)據(jù)可以得出()A．木板的質量為1kgB．2～4s內，力F的大小為0.4NC．0～2s內，力F的大小保持不變D．物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為0.2【變式1】已知雨滴在空中運動時所受空氣阻力F阻＝kr2v2，其中k為比例系數(shù)，r為雨滴半徑，v為其運動速率．t＝0時，雨滴由靜止開始下落，加速度用a表示．落地前雨滴已做勻速運動，速率為v0.下列圖象中不正確的是()命題熱點二：動力學中的連接體問題1．連接體的類型(1)彈簧連接體(2)物物疊放連接體(3)輕繩連接體(4)輕桿連接體2．連接體的運動特點輕繩——輕繩在伸直狀態(tài)下，兩端的連接體沿繩方向的速度總是相等．輕桿——輕桿平動時，連接體具有相同的平動速度；輕桿轉動時，連接體具有相同的角速度，而線速度與轉動半徑成正比．輕彈簧——在彈簧發(fā)生形變的過程中，兩端連接體的速度不一定相等；在彈簧形變最大時，兩端連接體的速率相等．3．處理連接體問題的方法整體法的選取原則若連接體內各物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力，可以把它們看成一個整體，分析整體受到的外力，應用牛頓第二定律求出加速度或其他未知量隔離法的選取原則整體法、隔離法的交替運用若連接體內各物體具有相同的加速度，且要求物體之間的作用力時，可以先用整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對象，應用牛頓第二定律求作用力．即“先整體求加速度，后隔離求內力”【例2】如圖所示，兩個質量相同的物體1和2緊靠在一起，放在光滑的水平桌面上．若它們分別受到水平推力F1和F2作用，而且F1＞F2，則物體1對物體2的作用力大小為()A．F1B．F2C.eq\f(1,2)(F1＋F2) D.eq\f(1,2)(F1－F2)【變式2】如圖所示，質量分別為2m和3m的兩個小球靜止于光滑水平面上，且固定在勁度系數(shù)為k的輕質彈簧的兩端．今在質量為2m的小球上沿彈簧軸線方向施加大小為F的水平拉力，使兩球一起做勻加速直線運動，則穩(wěn)定后彈簧的伸長量為()A.eq\f(F,5k)B.eq\f(2F,5k)C.eq\f(3F,5k)D.eq\f(F,k)【變式3】(多選)如圖所示，傾角為θ的斜面體放在粗糙的水平地面上，現(xiàn)有一帶固定支架的滑塊m正沿斜面加速下滑．支架上用細線懸掛的小球達到穩(wěn)定(與滑塊相對靜止)后，懸線的方向與豎直方向的夾角也為θ，斜面體始終保持靜止，則下列說法正確的是()A．斜面光滑B．斜面粗糙C．達到穩(wěn)定狀態(tài)后，地面對斜面體的摩擦力水平向左D．達到穩(wěn)定狀態(tài)后，地面對斜面體的摩擦力水平向右命題熱點三：臨界和極值問題1．臨界或極值條件的標志(1)題目中“剛好”“恰好”“正好”等關鍵詞句，明顯表明題述的過程存在著臨界點．(2)題目中“取值范圍”“多長時間”“多大距離”等詞句，表明題述過程存在著“起止點”，而這些“起止點”一般對應著臨界狀態(tài)．(3)題目中“最大”“最小”“至多”“至少”等詞句，表明題述的過程存在著極值，這個極值點往往是臨界點．2．常見臨界問題的條件(1)接觸與脫離的臨界條件：兩物體相接觸或脫離，臨界條件是彈力FN＝0.(2)相對滑動的臨界條件：靜摩擦力達到最大值．(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件：繩子斷裂的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力；繩子松弛的臨界條件是FT＝0.(4)最終速度(收尾速度)的臨界條件：物體所受合外力為零．3．解題基本思路(1)認真審題，詳盡分析問題中變化的過程(包括分析整體過程中有幾個階段)；(2)尋找過程中變化的物理量；(3)探索物理量的變化規(guī)律；(4)確定臨界狀態(tài)，分析臨界條件，找出臨界關系．4．解題技巧方法極限法把物理問題(或過程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來，以達到正確解決問題的目的假設法臨界問題存在多種可能，特別是非此即彼兩種可能時，或變化過程中可能出現(xiàn)臨界條件，也可能不出現(xiàn)臨界條件時，往往用假設法解決問題數(shù)學法將物理過程轉化為數(shù)學表達式，根據(jù)數(shù)學表達式解出臨界條件【例3】如圖所示，小球A質量為m，木塊B質量為2m，兩物體通過豎直輕彈簧連接放置在水平面上靜止．現(xiàn)對A施加一個豎直向上的恒力F，使小球A在豎直方向上運動，彈簧原長時小球A速度恰好最大，已知重力加速度為g.則在木塊B對地面壓力為零時，小球A的加速度大小為()A．3gB．2.5gC．2gD．1.5g【變式4】如圖，滑塊A置于水平地面上，滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A(A、B接觸面豎直)，此時A恰好不滑動，B剛好不下滑．已知A與B間的動摩擦因數(shù)為μ1，A與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．A與B的質量之比為()A.eq\f(1,μ1μ2) B.eq\f(1－μ1μ2,μ1μ2)C.eq\f(1＋μ1μ2,μ1μ2) D.eq\f(2＋μ1μ2,μ1μ2)命題熱點三：動力學方法分析多運動過程問題1．基本思路(1)將“多過程”分解為許多“子過程”，各“子過程”間由“銜接點”連接．(2)對各“銜接點”進行受力分析和運動分析，必要時畫出受力圖和過程示意圖．(3)根據(jù)“子過程”“銜接點”的模型特點選擇合適的物理規(guī)律列方程．(4)分析“銜接點”速度、加速度等的關聯(lián)，確定各段間的時間關聯(lián)，并列出相關的輔助方程．(5)聯(lián)立方程組，分析求解，對結果進行必要的驗證或討論．2．解題關鍵(1)注意應用v－t圖象和情景示意圖幫助分析運動過程．(2)抓住兩個分析：受力分析和運動過程分析．【例4】某次新能源汽車性能測試中，如圖甲顯示的是牽引力傳感器傳回的實時數(shù)據(jù)隨時間變化的關系，但由于機械故障，速度傳感器只傳回了第25s以后的數(shù)據(jù)，如圖乙所示．已知汽車質量為1500kg，若測試平臺是水平的，且汽車由靜止開始做直線運動，設汽車所受阻力恒定．求：(1)18s末汽車的速度是多少？(2)前25s內的汽車的位移是多少？【變式5】哈利法塔是目前世界最高的建筑．游客乘坐觀光電梯從地面開始經(jīng)歷加速、勻速、減速的過程恰好到達觀景臺只需50秒，運行的最大速度為15m/s.觀景臺上可以鳥瞰整個迪拜全景，可將棕櫚島、帆船酒店等盡收眼底，頗為壯觀．一位游客用便攜式拉力傳感器測得在加速階段質量為1kg的物體受到的豎直向上拉力為11N，若電梯加速、減速過程視為勻變速直線運動(g取10m/s2)，求：(1)電梯加速階段的加速度大小及加速運動的時間；(2)若減速階段與加速階段的加速度大小相等，求觀景臺的高度；(3)若電梯設計安裝有輔助牽引系統(tǒng)，電梯出現(xiàn)故障，繩索牽引力突然消失，電梯從觀景臺處自由下落，為防止電梯落地引發(fā)人員傷亡，電梯啟動輔助牽引裝置使其減速到速度為零，牽引力為重力的3倍，下落過程所有阻力不計，則電梯自由下落最長多少時間必須啟動輔助牽引裝置？課時精練：一、雙基鞏固練1.(多選)水平地面上質量為1kg的物塊受到水平拉力F1、F2的作用，F(xiàn)1、F2隨時間的變化如圖1所示，已知物塊在前2s內以4m/s的速度做勻速直線運動，取g＝10m/s2，則()圖1A．物塊與地面的動摩擦因數(shù)為0.2B．3s末物塊受到的摩擦力大小為3NC．4s末物塊受到的摩擦力大小為1ND．5s末物塊的加速度大小為3m/s22.沿固定斜面下滑的物體受到與斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度—時間圖線如圖2所示．已知物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)，在0～5s,5～10s,10～15s內F的大小分別為F1、F2和F3，則()圖2A．F1<F2 B．F2>F3C．F1>F3 D．F1＝F33.如圖3所示，質量為M的滑塊A放置在光滑水平地面上，左側面是圓心為O、半徑為R的光滑四分之一圓弧面，當用一水平恒力F作用在滑塊A上時，一質量為m的小球B(可視為質點)在圓弧面上與A保持相對靜止，此時小球B距軌道末端Q的豎直高度為H＝eq\f(R,3)，重力加速度為g，則F的大小為()圖3A.eq\f(\r(5),3)MgB.eq\f(\r(5),2)MgC.eq\f(\r(5),3)(M＋m)g D.eq\f(\r(5),2)(M＋m)g4.如圖所示，水平地面上放置一個質量為1kg的物塊A，在A的上面放置另一個質量也為1kg的物塊B，已知A與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ1＝0.5，A、B之間的動摩擦因數(shù)為μ2＝0.2.現(xiàn)在給物塊A施加一個與水平方向夾角為θ＝37°、斜向右上方、大小恒為10N的力F，則物塊B所受的摩擦力(重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)()A．大小為0.5N，方向水平向右B．大小為2N，方向水平向右C．大小為0.5N，方向水平向左D．大小為2N，方向水平向左綜合提升練5．(多選)高鐵已成為重要的“中國名片”，領跑世界．一輛由8節(jié)車廂編組的列車，從車頭開始的第2、3、6和7共四節(jié)為動力車廂，其余為非動力車廂．列車在平直軌道上勻加速啟動時，若每節(jié)動力車廂牽引力大小均為F，每節(jié)車廂質量都為m，每節(jié)車廂所受阻力均為車廂重力的k倍，重力加速度為g.則()A．啟動時車廂對乘客作用力的方向豎直向上B．整個列車的加速度大小為eq\f(F－2kmg,2m)C．第2節(jié)車廂對第1