第四章 綜合提升學(xué)歷案2023-2024學(xué)年高中物理新人教版必修第一冊師說

第四章綜合提升物理思想方法一、整體法和隔離法的應(yīng)用整體法和隔離法是解決平衡問題、連接體問題及多個物體的動力學(xué)問題時經(jīng)常用到的解題方法，要注意應(yīng)用整體法的前提是相互作用的物體必須具有相同的加速度．在一些問題中，隔離法和整體法經(jīng)常交替使用．求解連接體的內(nèi)力時，先用整體法求出系統(tǒng)的加速度，再用隔離法求解出物體間的內(nèi)力；求解連接體的外力時，先用隔離法分析某一個物體的受力情況和運(yùn)動情況，求出加速度，再用整體法求解外力．例1一輛貨車運(yùn)載著相同的圓柱形光滑的空油桶．A、B兩桶置于固定在車上的框中，相互緊貼，C桶自由地擺放在A、B之間，如圖所示．已知重力加速度為g，三只桶的質(zhì)量均為m.(1)若汽車靜止，求此時B對C的支持力大小F1.(2)若汽車靜止，求此時框底給B的支持力大小F.(3)若汽車正在行駛，且此時A對C的支持力恰好為0，求此時汽車的加速度大?。⑴R界、極值問題的求解1．動力學(xué)中的典型臨界問題的臨界條件(1)接觸與脫離的臨界條件：相互作用的彈力FN＝0.(2)相對靜止與相對滑動的臨界條件：靜摩擦力達(dá)到最大值．(3)繩子繃緊與松弛的臨界條件：繩子的張力FT＝0.(4)繩子斷裂的臨界條件：繩中張力等于繩子能承受的最大張力．(5)加速度最大的臨界條件：合外力最大．(6)速度最大的臨界條件：加速度為零．2．研究受力平衡物體的極值問題的常用方法(1)物理分析法：通過對物理過程的分析，抓住臨界(或極值)條件求解．(2)解析法：根據(jù)平衡條件列方程，寫出物理量之間的函數(shù)關(guān)系式，在解方程時應(yīng)用數(shù)學(xué)知識求極值，通常用到的數(shù)學(xué)知識有二次函數(shù)、均值不等式以及三角函數(shù)等．解題時注意一定要根據(jù)物理理論對解的合理性及物理意義進(jìn)行討論或說明．(3)圖解法：根據(jù)平衡條件作出力的矢量圖，如物體只受三個力，則這三個力構(gòu)成封閉的矢量三角形，然后由圖進(jìn)行動態(tài)分析，確定最大值和最小值，這種方法的好處是簡便、直觀．例2如圖所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m、2m的物塊A和木板B，A、B間的最大靜摩擦力為μmg，現(xiàn)用水平拉力F拉B，使A、B以同一加速度運(yùn)動，求拉力F的最大值．拓展遷移1在【例2】中，若拉力F作用在A上，如圖所示，求拉力F的最大值．拓展遷移2【例2】中，在拉力F作用在A上的基礎(chǔ)上，再改為：B與水平面間的動摩擦因數(shù)為16μ(認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，使A、B以同一加速度運(yùn)動，求拉力F的最大值例3如圖所示，細(xì)線的一端固定在傾角為45°的光滑楔形滑塊A的頂端P處，細(xì)線的另一端拴一質(zhì)量為m的小球(重力加速度為g)．(1)當(dāng)滑塊至少以多大的加速度向右運(yùn)動時，細(xì)線對小球的拉力剛好等于零？(2)當(dāng)滑塊至少以多大的加速度向左運(yùn)動時，小球?qū)瑝K的壓力等于零？(3)當(dāng)滑塊以a′＝2g的加速度向左運(yùn)動時，細(xì)線的拉力為多大？核心素養(yǎng)提升本章的主要內(nèi)容是運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律分析求解力和運(yùn)動相關(guān)問題，選取與生活實際相關(guān)的情景，如利用“加速度測量儀”中木塊的運(yùn)動情況，分析車輛的運(yùn)動情況．在日常生活中，多從物理學(xué)的角度分析工具等的工作原理，從而促進(jìn)物理觀念的形成，提升學(xué)科綜合應(yīng)用能力．情境1中歐班列——科學(xué)思維，科學(xué)推理例4一列列馳騁的中歐班列將急需的防疫及生產(chǎn)生活物資送至沿線各國，為戰(zhàn)勝疫情增添了信心和力量，成為各國攜手抗疫的“生命通道”．假設(shè)某運(yùn)送防疫物資的班列由40節(jié)質(zhì)量相等的車廂組成，在車頭牽引下，列車沿平直軌道勻加速行駛時，第4節(jié)對第5節(jié)車廂的牽引力為F.若每節(jié)車廂所受摩擦力、空氣阻力均相等，則倒數(shù)第4節(jié)對倒數(shù)第5節(jié)車廂的作用力為()A．FB．F9C．F19D情境2“傳送帶”——模型建構(gòu)、科學(xué)思維例5[2023·遼寧省撫順市六校協(xié)作體高一上期末](多選)在民航機(jī)場和火車站可以看到用于對行李進(jìn)行安全檢查的水平傳送帶，旅客把行李箱輕輕放到傳送帶一端，傳送帶對行李箱的滑動摩擦力使行李開始運(yùn)動，隨后它們保持相對靜止，行李箱隨傳送帶一起前進(jìn)到另一端，若傳送帶保持勻速前進(jìn)的速度v為0.5m/s，行李箱與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ為0.25，傳送帶長1.0米，不計除重力及傳送帶作用力之外的其他力，g取10m/s2.下列說法正確的是()A．行李箱受到傳送帶的靜摩擦力與行李運(yùn)動的方向相同B．行李箱到達(dá)另一端的時間為2.1sC．行李箱給傳送帶留下的摩擦痕跡長為0.05mD．行李箱到達(dá)另一端的速度為5m/s模型點撥分析傳送帶問題的三個步驟(1)初始時刻，根據(jù)v物、v帶的關(guān)系，確定物體的受力情況，進(jìn)而確定物體的運(yùn)動情況．(2)確定臨界狀態(tài)v物＝v帶的受力情況，判斷之后的運(yùn)動情況．(3)運(yùn)用相應(yīng)規(guī)律，進(jìn)行相關(guān)計算．情境3游樂場中的“激流勇進(jìn)”——模型建構(gòu)例6如圖所示，為游樂場中深受大家喜愛的“激流勇進(jìn)”的娛樂項目，人坐在船中，隨著提升機(jī)到達(dá)高處，由靜止開始沿著斜坡滑道飛滑而下，劈波斬浪的剎那帶給人驚險刺激的感受．設(shè)乘客與船的總質(zhì)量為m＝100kg，滑板與斜坡滑道和水平滑道間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，斜坡滑道的傾角θ＝37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，斜坡滑道與水平滑道間是平滑連接的(即經(jīng)過B點速度大小不變)，整個運(yùn)動過程中空氣阻力忽略不計，船在斜坡滑道上滑行8s進(jìn)入水平軌道，重力加速度g取10m/s2求：(1)船沿傾斜滑道下滑時的加速度；(2)船沿傾斜滑道下滑的距離；(3)它在水平滑道滑行直到停止所需要的時間．情境4加速度測量儀——綜合素養(yǎng)例7[2023·北京高一聯(lián)考]某同學(xué)使用輕彈簧、直尺、鋼球等制作了一個“豎直加速度測量儀”．如圖所示，彈簧上端固定，在彈簧旁沿彈簧長度方向固定一直尺．不掛鋼球時，彈簧下端指針位于直尺20cm刻度處；下端懸掛鋼球，靜止時指針位于直尺40cm刻度處．將直尺不同刻度對應(yīng)的加速度標(biāo)在直尺上，就可用此裝置直接測量豎直方向的加速度．取豎直向上為正方向，重力加速度大小為g.下列說法正確的是()A．30cm刻度對應(yīng)的加速度為－0.5gB．40cm刻度對應(yīng)的加速度為gC．50cm刻度對應(yīng)的加速度為2gD．各刻度對應(yīng)加速度的值是不均勻的第四章綜合提升物理思想方法[例1]解析：(1)依題意，對C桶受力分析，受到重力mg，B和A分別對C的支持力大小F1及F2，根據(jù)幾何知識結(jié)合對稱性可知F1及F2方向的夾角為θ＝60°，且F1＝F2，根據(jù)平衡條件結(jié)合平行四邊形定則，可得此時B對C的支持力大小F1＝F2＝G2cosθ(2)若汽車靜止，對A、B、C整體受力分析，在豎直方向上，根據(jù)平衡條件可得2F＝3mg可得此時框底給B的支持力大小F＝32(3)若汽車正在行駛，且此時A對C的支持力恰好為0，根據(jù)汽車與C加速度相同，對C受力分析，根據(jù)牛頓第二定律有mgtanθ2＝可得此時汽車的加速度大小為a＝gtan30°＝33答案：(1)33mg(2)32mg(3)[例2]解析：A、B兩物體恰好相對滑動時，由牛頓第二定律得：對A：μmg＝ma，對A、B系統(tǒng)：F＝(m＋2m)a，解得：F＝3μmg.答案：3μmg拓展遷移1解析：A、B兩物體恰好相對滑動時由牛頓第二定律得：對B：μmg＝2ma，對A、B系統(tǒng)：F＝(m＋2m)a，解得：F＝1.5μmg.答案：1.5μmg拓展遷移2解析：A、B兩物體恰好相對滑動時由牛頓第二定律得：對B：μmg－16μ(m＋2m)g＝2對A、B系統(tǒng)：F－16μ(m＋2m)g＝(m＋2m)解得：F＝54μmg答案：54[例3]解析：(1)對小球受力分析如圖甲所示．根據(jù)牛頓第二定律有mgtan45°＝ma1解得加速度a1＝g時，細(xì)線對小球的拉力剛好為零．(2)對小球受力分析如圖乙所示，根據(jù)牛頓第二定律，水平方向：F合＝Fcos45°＝ma2豎直方向：Fsin45°＝mg解得a2＝g即滑塊至少以a2＝g的加速度向左加速運(yùn)動時，小球?qū)瑝K的壓力等于零．(3)當(dāng)滑塊向左的加速度大于g時，小球?qū)ⅰ帮h”離斜面而只受細(xì)線的拉力和重力的作用，如圖丙所示，假設(shè)FT與水平面夾角為α，根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向：F′合＝FTcosα＝ma′，且a′＝2g豎直方向受力平衡，則有FTsinα＝mg得tanα＝1解得細(xì)線的拉力FT＝mgsinα＝5答案：(1)g(2)g(3)5mg核心素養(yǎng)提升[例4]解析：根據(jù)題意可知第4節(jié)車廂對第5節(jié)車廂的牽引力為F，每節(jié)車廂質(zhì)量相等，設(shè)為m，每節(jié)車廂所受阻力相同，設(shè)為Ff.以第5～40節(jié)車廂為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律有F－36Ff＝36ma，設(shè)倒數(shù)第5節(jié)車廂對倒數(shù)第4節(jié)車廂的牽引力為F′，則根據(jù)牛頓第二定律有F′－4Ff＝4ma，聯(lián)立解得F′＝F9，根據(jù)牛頓第三定律可得倒數(shù)第4節(jié)車廂對倒數(shù)第5節(jié)車廂的作用力大小也為F9，故B答案：B[例5]解析：剛開始行李箱的速度小于傳送帶的速度，此時行李箱受到傳送帶的滑動摩擦力與行李運(yùn)動的方向相同，當(dāng)達(dá)到共速后，行李箱不受摩擦力，故A錯誤；行李箱加速時，ma＝μmg，行李箱加速到和傳送帶速度相同的時間t1＝va，解得t1＝0.2s，此加速過程行李箱的位移x＝12at12，解得x＝0.05m<1.0m，此加速過程中傳送帶的位移x′＝vt1＝0.1m，行李箱給傳送帶留下的摩擦痕跡長x″＝x′－x＝0.05m，此后行李箱以0.5m/s勻速運(yùn)動到另一端，所用時間為t2＝L-xv＝1.0-0.050.5s＝1.9s，行李箱到達(dá)另一端的時間t＝t1＋t2＝2.1s，D答案：BC[例6]解析：(1)船沿傾斜滑道下滑時，根據(jù)牛頓第二定律mgsinθ－f1＝ma1N1－mgcosθ＝0f1＝μN(yùn)1解得加速度a1＝g(sinθ－μcosθ)＝2m/s2(2)船在斜坡上滑下，下滑的距離L1＝12a1t2＝64(3)它在水平滑道滑行時－μmg＝ma2，a2＝－5m/s2由運(yùn)動公式2a1L1＝v02，v0＝a2解得t2＝3.2s答案：(1)2m/s2(2)64m(3)3.2s[例7]解析：由題知，不掛鋼球時，彈簧下端指針位于直尺20cm刻度處，則彈簧的原長l0＝0.2m；下端懸掛鋼球，靜止時指針位于直尺40cm刻度處，根據(jù)受力平衡有mg＝k(l－l0)，在30cm刻度處，有F彈－mg＝ma1(取豎直向上為正方向)，F(xiàn)彈＝k(l′－l0)，代入數(shù)據(jù)解得a1＝－0.5g，故A正確；在40cm刻度處，有mg＝F′彈，則40cm