2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章牛頓運(yùn)動(dòng)定律章末綜合提升學(xué)案魯科版必修第一冊(cè)

PAGE5-第5章牛頓運(yùn)動(dòng)定律[鞏固層·學(xué)問整合][提升層·題型探究]用整體法與隔離法求解連接體問題1．整體法：在探討連接體的加速度與力的關(guān)系時(shí)，往往將連接體視為整體．對(duì)牛頓其次定律F＝ma，F(xiàn)是整體所受的合外力，ma是整體與外力對(duì)應(yīng)的效果．留意分析整體受力時(shí)不要將內(nèi)力分析在其中．2．隔離法：多在求解連接體的相互作用力時(shí)采納，即將某個(gè)部分從連接體中分別出來，其他部分對(duì)它的作用力就成了外力．3．在解答連接體問題時(shí)，決不能把整體法和隔離法對(duì)立起來，多數(shù)狀況下兩種方法要協(xié)作運(yùn)用．求各部分加速度相同的連接體的加速度或合力時(shí)，優(yōu)先考慮整體法，假如還要求物體之間的作用力，再用隔離法．在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)依據(jù)詳細(xì)狀況，敏捷交替運(yùn)用這兩種方法，不應(yīng)拘泥于固定的模式．無(wú)論運(yùn)用整體法還是隔離法，解題的關(guān)鍵還是對(duì)探討對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析．【例1】(多選)質(zhì)量分別為2kg和3kg的物塊A、B放在光滑水平面上并用輕質(zhì)彈簧相連，如圖所示，今對(duì)物塊A、B分別施以方向相反的水平力F1、F2，且F1＝20N、F2＝10N，則下列說法正確的是()A．彈簧的彈力大小為16NB．假如只有F1作用，則彈簧的彈力大小變?yōu)?2NC．若把彈簧換成輕質(zhì)繩，則繩對(duì)物體的拉力大小為零D．若F1＝10N、F2＝20N，則彈簧的彈力大小不變AB[以物體A和B為整體，加速度a＝eq\f(F1－F2,mA＋mB)＝2m/s2，方向水平向左．以物體A為探討對(duì)象，水平方向受F1及彈簧向右的拉力F拉作用，由牛頓其次定律有F1－F拉＝mAa，得F拉＝16N，所以A項(xiàng)對(duì)；若只有F1作用，則它們的加速度a′＝eq\f(F1,mA＋mB)＝4m/s2，彈簧的拉力F拉′＝mBa′＝12N，所以B項(xiàng)對(duì)；C項(xiàng)中將彈簧換成輕質(zhì)繩，繩對(duì)物體的拉力大小等于原來彈簧的拉力，不為零，C項(xiàng)錯(cuò)；若F1＝10N，F(xiàn)2＝20N，則它們的加速度a″＝eq\f(F2－F1,mA＋mB)＝2m/s2，方向水平向右，以物體A為探討對(duì)象，由牛頓其次定律有F拉″－F1＝mAa″，得F拉″＝14N，所以D項(xiàng)錯(cuò)．][一語(yǔ)通關(guān)]整體法與隔離法常涉及的問題類型(1)涉及滑輪的問題：若要求繩的拉力，一般都采納隔離法．(2)水平面上的連接體問題：這類問題一般是連接體(系統(tǒng))內(nèi)各物體保持相對(duì)靜止，即具有相同的加速度．解題時(shí)，一般采納先整體、后隔離的方法．(3)斜面體與物體組成的連接體的問題：當(dāng)物體具有沿斜面方向的加速度，而斜面體相對(duì)于地面靜止時(shí)，一般采納隔離法分析．牛頓其次定律在臨界和極值問題中的應(yīng)用在某些物理情境中，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的過程中，由于條件的改變，會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)的連接，兩種現(xiàn)象的分界，同時(shí)使某個(gè)物理量在特定狀態(tài)時(shí)，具有最大值或最小值．這類問題稱為臨界、極值問題．臨界極值問題是動(dòng)力學(xué)的常見問題，常用的解決方法有：(1)極限法：在題目中如出現(xiàn)“最大”“最小”“剛好”等詞語(yǔ)時(shí)，一般隱含著臨界問題，處理這類問題時(shí)，可把物理問題(或過程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))顯現(xiàn)出來，達(dá)到快速求解的目的．(2)假設(shè)法：有些物理過程中沒有明顯出現(xiàn)臨界狀態(tài)的線索，但在改變過程中有可能出現(xiàn)臨界狀態(tài)，也可能不出現(xiàn)臨界狀態(tài)，解答這類問題，一般用假設(shè)法．(3)數(shù)學(xué)方法：將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達(dá)式，依據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式求解得出臨界條件．【例2】一個(gè)質(zhì)量為m的小球B，用兩根等長(zhǎng)的細(xì)繩1、2分別固定在車廂的A、C兩點(diǎn)，如圖所示，已知兩繩拉直時(shí)，兩繩與車廂前壁的夾角均為45°.試求：(1)當(dāng)車以加速度a1＝eq\f(1,2)g向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)1、2兩繩的拉力的大??；(2)當(dāng)車以加速度a2＝2g向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，1、2兩繩的拉力的大小．[解析]設(shè)當(dāng)細(xì)繩2剛好拉直而無(wú)張力時(shí)，車向左的加速度為a0，由牛頓其次定律得，F(xiàn)1cos45°＝mg，F(xiàn)1sin45°＝ma0，可得：a0＝g.(1)因a1＝eq\f(1,2)g<a0，故細(xì)繩2松弛，拉力為零，設(shè)此時(shí)細(xì)繩1與車廂前壁夾角為θ，有：F11cosθ＝mg，F(xiàn)11sinθ＝ma1，得：F11＝eq\f(\r(5),2)mg.(2)因a2＝2g>a0，故細(xì)繩1、2均張緊，設(shè)拉力分別為F12、F22，由牛頓其次定律得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(F12cos45°＝F22cos45°＋mg,F12sin45°＋F22sin45°＝ma2))解得：F12＝eq\f(3\r(2),2)mg，F(xiàn)22＝eq\f(\r(2),2)mg.[答案](1)eq\f(\r(5),2)mg0(2)eq\f(3\r(2),2)mgeq\f(\r(2),2)mg[一語(yǔ)通關(guān)]求解此類問題時(shí)，肯定要找準(zhǔn)臨界點(diǎn)，從臨界點(diǎn)入手分析物體的受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀況，看哪些量達(dá)到了極值，然后對(duì)臨界狀態(tài)應(yīng)用牛頓其次定律結(jié)合整體法、隔離法求解即可.動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題1．已知物體的受力狀況，探討物體的運(yùn)動(dòng)狀況，即在已知物體的受力狀況下，求出物體的加速度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定物體的運(yùn)動(dòng)狀況．2．已知物體的運(yùn)動(dòng)狀況，探討物體的受力狀況，即在已知物體的運(yùn)動(dòng)狀況下，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度，再由加速度確定物體的受力狀況．【例3】如圖所示為何雯娜在蹦床競(jìng)賽中的畫面．已知何雯娜的體重為49kg，設(shè)她從3.2m高處自由下落后與蹦床的作用時(shí)間為1.2s，離開蹦床后上升的高度為5m，試求她對(duì)蹦床的平均作用力．(g取10m/s2)[解析]她從3.2m高處下落到與蹦床接觸前的過程做自由落體運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2＝2gs得，她接觸蹦床時(shí)的速度大小v1＝eq\r(2gs1)＝8m/s她離開蹦床時(shí)的速度大小v2＝eq\r(2gs2)＝10m/s取豎直向上為正方向，則由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v2＝－v1＋at得她的加速度大小為a＝15m/s2，方向豎直向上．她與蹦床接觸的過程中受重力mg和蹦床對(duì)她的平均作用力F，由牛頓其次定律有F－mg＝ma解得蹦床對(duì)她的平均作用力F＝1225N，方向豎直向上．由牛頓第三定律得她對(duì)蹦床的作用力F′＝F＝1225N，方向豎直向下．[答案]1225N，方向豎直向下[一語(yǔ)通關(guān)]動(dòng)力學(xué)兩類基本問題的分析過程兩類基本問題中，受力分析是關(guān)鍵，求解加速度是橋梁，思維過程如下：[培育層·素養(yǎng)升華]民航客機(jī)一般都有緊急出口，發(fā)生意外狀況的飛機(jī)緊急著陸后，打開緊急出口，狹長(zhǎng)的氣囊會(huì)自動(dòng)充氣，生成一條連接出口與地面的斜面，斜面的傾角為30°，人員可沿斜面勻加速滑行到地上．假如氣囊所構(gòu)成的斜面長(zhǎng)度為8m，一個(gè)質(zhì)量為50kg的人從靜止起先沿氣囊滑到地面所用時(shí)間為2s，(g取10m/s2)[設(shè)問探究]1．人滑至地面時(shí)速度的大??；2．人與氣囊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．提示：1.由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：x＝eq\f(1,2)at2代入數(shù)據(jù)解得：a＝4m/s2則到達(dá)地面時(shí)的速度為：v＝at＝8m/s.2．由牛頓其次定律可得：mgsinθ－μmgcosθ＝ma代入數(shù)據(jù)解得：μ＝eq\f(\r(3),15).[深度思索](多選)如圖甲所示，一物塊在t＝0時(shí)刻滑上一固定斜面，其運(yùn)動(dòng)的速度v隨時(shí)間t改變的關(guān)系圖線如圖乙所示，取g＝10m/s2，則下列說法正確的是()甲乙A．物塊的質(zhì)量肯定是1kgB．斜面的傾斜角為30°C．物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5D．物塊沿斜面對(duì)上運(yùn)動(dòng)的最大距離為1mBD[v-t圖像的斜率表示加速度，由圖乙可知上滑時(shí)的加速度大小為a1＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(Δv1,Δt1)))＝eq\f(4,0.5)m/s2＝8m/s2，下滑時(shí)的加速度大小為a2＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(Δv2,Δt2)))＝eq\f(2,1.5－0.5)m/s2＝2m/s2，依