專題3.1 牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用及實驗【講】學(xué)生版-高考物理一輪復(fù)習(xí)講義（新高考）

）專題3.1牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用及實驗【講】目錄TOC\o"1-3"\h\u一講核心素養(yǎng) 1二講必備知識 2【知識點一】牛頓第一定律和慣性 2【知識點二】牛頓第二定律的理解和應(yīng)用 4【知識點三】牛頓第三定律的理解與應(yīng)用 5【知識點四】實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 6三．講關(guān)鍵能力 10【能力點一】.“轉(zhuǎn)換研究對象法”在受力分析中的應(yīng)用 10【能力點二】會分析動力學(xué)的兩類基本問題 10【能力點三】會分析動力學(xué)圖像問題 12【能力點四】臨界極值問題 14【能力點五】會分析實驗拓展與創(chuàng)新 16四．講模型思想 19模型一瞬時問題的兩類模型 19模型二超重與失重模型 21一講核心素養(yǎng)1.物理觀念：慣性、作用力與反作用力、超重與失重、單位制。。(1)知道慣性是物質(zhì)的基本性質(zhì)其大小只由物體的質(zhì)量來度量。(2)通過實驗，了解力的相互性即作用力與反作用力的特點，提升相互作用觀。(3).通過實例的分析與推理，理解超時重的定義、條件進(jìn)而理解力與運(yùn)動的關(guān)系建立運(yùn)動及相互作用的觀念。(4)了解常用的國際單位、導(dǎo)出單位并會利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)單位之間的關(guān)系體會量綱思想的應(yīng)用。2.科學(xué)思維：牛頓運(yùn)動定律、整體法與隔離法、圖象法、控制變量法、臨界法。(1).能應(yīng)用受力分析、牛頓運(yùn)動定律，分析物體的運(yùn)動過程體會力與運(yùn)動的關(guān)系。(2)會應(yīng)用整體法與隔離法的科學(xué)思維分析連接體的受力與運(yùn)動的關(guān)系問題(3)體會應(yīng)用控制變量法探究、設(shè)計實驗來探究物體運(yùn)動的加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(4)能在具體情景中識別諸如“最大、最小、剛好離開（分離）”等臨界問題的標(biāo)志詞并能將其轉(zhuǎn)化為物理學(xué)語言，應(yīng)用臨界法結(jié)合牛頓運(yùn)動定律來解決臨界問題。3.科學(xué)探究：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(1)學(xué)會利用控制變量法來設(shè)計實驗的能力。(2)體會補(bǔ)償思想在物理實驗中的應(yīng)用。(3)會用紙帶、光電門等處理實驗數(shù)據(jù)4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能用牛頓運(yùn)動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。能將具體問題情景通過構(gòu)建物理模型轉(zhuǎn)化為物理問題進(jìn)而應(yīng)用物理規(guī)律來解決，以此提升分析推理能力和模型構(gòu)建能力并體會物理學(xué)的應(yīng)用價值激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望。二講必備知識【知識點一】牛頓第一定律和慣性1.理想化狀態(tài)牛頓第一定律描述的是物體不受外力時的狀態(tài)，而物體不受外力的情形是不存在的。如果物體所受的合力等于零，其運(yùn)動效果跟不受外力作用時相同，物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。2.明確了慣性的概念牛頓第一定律揭示了一切物體所具有的一種固有屬性——慣性，即物體具有保持原來的勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。3.揭示了力與物體運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。4.與牛頓第二定律的關(guān)系牛頓第一定律和牛頓第二定律是相互獨(dú)立的。力是如何改變物體運(yùn)動狀態(tài)的問題由牛頓第二定律來回答。牛頓第一定律是經(jīng)過科學(xué)抽象、歸納推理總結(jié)出來的，而牛頓第二定律是一條實驗定律?！纠?】(2021·河南省實驗中學(xué)礪鋒培卓)在研究運(yùn)動和力的關(guān)系時，伽利略設(shè)計了著名的理想斜面實驗(如圖所示)，將可靠的事實和邏輯推理結(jié)合起來，能更深刻地反映自然規(guī)律。下面給出了伽利略斜面實驗的五個事件，請對事件的性質(zhì)進(jìn)行判斷并正確排序：在A點由靜止釋放的小球，①若沒有摩擦?xí)r，能滾到另一斜面與A點等高的C點；②當(dāng)減小斜面動摩擦因數(shù)時，滾到另一斜面的最高位置，更接近于等高的C點；③若沒有摩擦?xí)r減小斜面BC的傾角，小球?qū)⑼ㄟ^較長的路程，到達(dá)與A點等高的D點；④若沒有摩擦?xí)r當(dāng)另一斜面水平放置時，小球?qū)⒀厮矫嬉恢边\(yùn)動下去；⑤不能滾到另一斜面與A點等高的C點。以下正確的是()A.事實⑤→事實②→推論①→推論③→推論④B.事實⑤→事實②→推論③→事實①→推論④C.事實⑤→事實②→事實①→推論③→推論④D.事實⑤→事實②→推論①→事實③→推論④【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)態(tài)度與責(zé)任及科學(xué)思維。要求考生知曉理想斜面實驗在歷史中重要意義及主要操作思路和設(shè)計思想。讓學(xué)生在感受物理學(xué)史的同時學(xué)會理想化實驗的科學(xué)思維方式?！颈貍渲R】伽利略的理想實驗(1)特點：實踐操作(實驗)＋邏輯推理(數(shù)學(xué)演算)。(2)作用：提出力不是維持物體運(yùn)動的原因。伽利略是物理理想實驗的開拓者。理想實驗是人們在抽象思維中設(shè)想出來而實際上無法做到的實驗，可以完美地解釋物理學(xué)規(guī)律或理論?！咀兪接?xùn)練】(2021·四川宜賓市上學(xué)期一診)下列說法符合史實的是()A.伽利略提出力是維持物體運(yùn)動的原因B.亞里士多德猜想自由落體運(yùn)動的速度與下落時間成正比，并直接用實驗進(jìn)行了驗證C.笛卡爾通過理想斜面實驗發(fā)現(xiàn)了物體的運(yùn)動不需要力來維持D.牛頓認(rèn)為力的真正效應(yīng)是改變物體的速度，而不僅僅是使之運(yùn)動【例2】一碗水置于火車車廂內(nèi)的水平桌面上。當(dāng)火車向右做勻減速運(yùn)動時，水面形狀接近于圖()ABCD【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念。要求考生深刻理解慣性的概念（內(nèi)涵外延等）。并能應(yīng)用慣性解釋日常生活中的一些問題建立相互作用觀和運(yùn)動觀?！颈貍渲R】慣性的兩種表現(xiàn)形式(1)物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現(xiàn)出來。(2)物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運(yùn)動)。.【變式訓(xùn)練】(2020·湖北宜城一中月考)如圖所示，一只盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球，容器中水和鐵球、乒乓球都處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)容器隨小車突然向右運(yùn)動時，兩球的運(yùn)動狀況是(以小車為參考系) ()A．鐵球向左，乒乓球向右B．鐵球向右，乒乓球向左C．鐵球和乒乓球都向左D．鐵球和乒乓球都向右【知識點二】牛頓第二定律的理解和應(yīng)用1．牛頓第二定律的性質(zhì)2．合力、加速度、速度的關(guān)系(1)物體的加速度由所受合力決定，與速度無必然聯(lián)系．(2)合力與速度夾角為銳角，物體加速；合力與速度夾角為鈍角，物體減速．(3)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式，a與v、Δv無直接關(guān)系；a＝eq\f(F,m)是加速度的決定式．【例1】(多選)(2020·河南省頂尖名校4月聯(lián)考)如圖所示，輕質(zhì)彈簧上端固定，不掛重物時下端位置在C點；在下端掛一個質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點)后再次保持靜止，此時物體位于A點；將物體向下拉至B點后釋放。關(guān)于物體的運(yùn)動情況，下面說法中正確的是()A.物體由B到A的運(yùn)動過程中，物體的加速度一直在減小B.物體由B到A的運(yùn)動過程中，物體的速度一直在增大C.物體由B到C的運(yùn)動過程中，物體的加速度一直在增大D.物體由B到C的運(yùn)動過程中，物體的速度先增大后減小【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念及科學(xué)思維。要求考生對本題有清晰的受力分析并能應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律分析物體的運(yùn)動性質(zhì)進(jìn)一步理解相互作用觀及運(yùn)動觀?！颈貍渲R】理解牛頓第二定律的三點注意(1)分析物體的運(yùn)動性質(zhì)，要從受力分析入手，先求合力，然后根據(jù)牛頓第二定律分析加速度的變化．(2)速度的大小如何變化取決于加速度和速度方向間的關(guān)系，和加速度的大小沒有關(guān)系．(3)加速度如何變化取決于物體的質(zhì)量和合外力，與物體的速度沒有關(guān)系．【變式訓(xùn)練】．(2021·四川廣元一診)如圖所示，彈簧左端固定，右端自由伸長到O點并系住質(zhì)量為m的物體，現(xiàn)將彈簧壓縮到A點，然后釋放，物體可以一直運(yùn)動到B點．如果物體受到的阻力恒定，則()A．物體從A到O先加速后減速B．物體從A到O做加速運(yùn)動，從O到B做減速運(yùn)動C．物體運(yùn)動到O點時，所受合力為零D．物體從A到O的過程中，加速度逐漸減小【知識點三】牛頓第三定律的理解與應(yīng)用1.相互作用力的特點(1)三同eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(同大小,同時產(chǎn)生、變化、消失,同性質(zhì)))(2)三異eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(反向,異體，即作用力、反作用力作用在不同物體上,不同效果))(3)二無關(guān)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(與相互作用的兩物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān),與是否和其他物體相互作用無關(guān)))2.一對平衡力與作用力、反作用力的比較名稱項目一對平衡力作用力與反作用力作用對象同一個物體兩個相互作用的不同物體作用時間不一定同時產(chǎn)生、同時消失一定同時產(chǎn)生、同時消失力的性質(zhì)不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消【例1】(2020·山東棗莊市第二次模擬)新華社西昌3月10日電“芯級箭體直徑9.5米級、近地軌道運(yùn)載能力50噸至140噸、奔月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力15噸至50噸、奔火(火星)轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力12噸至44噸……”這是我國重型運(yùn)載火箭長征九號研制中的一系列指標(biāo)，已取得階段性成果，預(yù)計將于2030年前后實現(xiàn)首飛?；鸺c火升空，燃料連續(xù)燃燒的燃?xì)庖院艽蟮乃俣葟幕鸺龂娍趪姵?，火箭獲得推力。下列觀點正確的是()A.噴出的燃?xì)鈱χ車諝獾臄D壓力就是火箭獲得的推力B.因為噴出的燃?xì)鈹D壓空氣，所以空氣對燃?xì)獾姆醋饔昧褪腔鸺@得的推力C.燃?xì)獗粐姵鏊查g，火箭對燃?xì)獾淖饔昧褪腔鸺@得的推力D.燃?xì)獗粐姵鏊查g，燃?xì)鈱鸺姆醋饔昧褪腔鸺@得的推力【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念中相互作用觀?！颈貍渲R】“兩看”巧判作用力和反作用力一看受力物體．作用力和反作用力應(yīng)作用在兩個相互作用的物體上．二看產(chǎn)生的原因．作用力和反作用力是由于相互作用而產(chǎn)生的，一定是同種性質(zhì)的力．【變式訓(xùn)練1】(2020·浙江衢州、湖州、麗水三地市4月教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測)在2020年的春節(jié)晚會上，雜技《綻放》表演了花樣飛天，如圖是女演員舉起男演員的一個場景，兩位雜技演員處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是()A.水平地面對女演員的支持力等于兩演員的重力之和B.水平地面對女演員的摩擦力水平向右C.女演員對男演員的作用力大于男演員對女演員的作用力D.女演員對男演員的作用力小于男演員對女演員的作用力【知識點四】實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗?zāi)康?1)學(xué)會應(yīng)用控制變量法研究物理規(guī)律。(2)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(3)掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。2.實驗原理(1)控制變量法①保持質(zhì)量不變，探究加速度與合力的關(guān)系。②保持合力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(2)求加速度a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1－x2－x3,9T2)或a＝eq\f(Δx,T2)。3.實驗器材小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺。4.實驗步驟(1)質(zhì)量的測量：用天平測量小盤和砝碼的質(zhì)量m′和小車的質(zhì)量m。(2)安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車施加牽引力)。(3)用阻力補(bǔ)償法測合力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑。(4)操作：①小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，斷開電源，取下紙帶，編號碼。②保持小車的質(zhì)量m不變，改變小盤和砝碼的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①。③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a。④描點作圖，作a－F的圖像。⑤保持小盤和砝碼的質(zhì)量m′不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像。5.注意事項(1)用阻力補(bǔ)償法測合力：適當(dāng)墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力。在用阻力補(bǔ)償法測合力時，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)┻^打點計時器的紙帶勻速運(yùn)動。(2)不用重復(fù)用阻力補(bǔ)償法測合力。(3)實驗條件：m?m′。(4)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。6.誤差分析(1)實驗原理不完善：本實驗用小盤和砝碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。(2)用阻力補(bǔ)償法測合力不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。7.數(shù)據(jù)處理(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a。(2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比。(3)以a為縱坐標(biāo)，eq\f(1,m)為橫坐標(biāo)，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比?！纠?】(2021·廣東實驗中學(xué)月考改編)某實驗小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)實驗中除了需要小車、砝碼、托盤、細(xì)繩、附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶之外，還需要________、________。(2)下列做法正確的是________。A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長木板保持平行B．在調(diào)節(jié)木板傾斜角度平衡小車受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的托盤通過定滑輪拴在小車上C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源D．通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度E．用托盤和盤內(nèi)砝碼的重力作為小車和車上砝碼受到的合外力，為減小誤差，實驗中一定要保證托盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量(3)某同學(xué)以小車和車上砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)eq\f(1,M)為橫坐標(biāo)，小車的加速度a為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出的a-eq\f(1,M)關(guān)系圖線，如圖所示。由圖可分析得出：加速度與質(zhì)量成________關(guān)系(選填“正比”或“反比”)；圖線不過原點說明實驗有誤差，引起這一誤差的主要原因是平衡摩擦力時長木板的傾角________(選填“過大”或“過小”)?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)探究。要求考生能準(zhǔn)確理解實驗原理明確實驗的操作步驟?！颈貍渲R】本實驗的難點是測量小車的合力，實驗通過兩個“替代”關(guān)系測量小車的合力，使小車合力的測量轉(zhuǎn)化為對懸掛物重力的測量。1．平衡摩擦力——用小車所受的拉力替代合力小車受力為重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力為零，則小車所受的拉力等于小車的合力。2．小車質(zhì)量(M)遠(yuǎn)大于懸掛物質(zhì)量(m)——用懸掛物重力替代小車所受的拉力由牛頓第二定律：系統(tǒng)加速度a＝eq\f(m,M＋m)g，小車所受的拉力F＝Ma＝Meq\f(mg,M＋m)＝eq\f(1,1＋\f(m,M))mg，顯然，當(dāng)M?m時，F(xiàn)≈mg。【變式訓(xùn)練】在“驗證牛頓運(yùn)動定律”實驗中，采用如圖所示的裝置圖進(jìn)行實驗。(1)對小車進(jìn)行“平衡摩擦力”操作時，下列必須進(jìn)行的是________(填字母序號)。A．取下沙和沙桶B．在空沙桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動C．小車拖著穿過打點計時器的紙帶做勻速運(yùn)動時，打點計時器的電源應(yīng)斷開D．把長木板沒有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度(2)實驗中，已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，若要將沙和沙桶的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是______________________。(3)在實驗操作中，下列說法正確的是________。A．求小車運(yùn)動的加速度時，可用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量M′和m′，以及小車質(zhì)量M，直接用公式a＝eq\f(M′＋m′,M)g求出B．實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源，再放開小車C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系三．講關(guān)鍵能力【能力點一】.“轉(zhuǎn)換研究對象法”在受力分析中的應(yīng)用(1)“轉(zhuǎn)換研究對象法”在受力分析中的應(yīng)用，其本質(zhì)是牛頓第三定律的應(yīng)用．(2)由于作用力與反作用力的關(guān)系，當(dāng)待求的某個力不容易求時，可先求它的反作用力，再反過來求待求力．如求壓力時，可先求支持力．【例1】(2020·洛陽模擬)如圖所示，質(zhì)量為m的物體放在質(zhì)量為M、傾角為θ的斜面體上，斜面體置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物體使其沿斜面向下勻速運(yùn)動，斜面體始終靜止，重力加速度為g，則下列說法正確的是()A.斜面體對地面的摩擦力大小為FcosθB.斜面體對地面的壓力為(M＋m)gC.物體對斜面體的摩擦力的大小為FD.斜面體對物體的作用力豎直向上【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念與科學(xué)思維。要求考生深刻理解牛頓第三定律并能用轉(zhuǎn)換法進(jìn)行受力分析?！咀兪接?xùn)練】(2020·邢臺市質(zhì)檢)一個箱子放在水平地面上，箱內(nèi)有一固定的豎直桿，在桿上套著一個環(huán)，箱與桿的質(zhì)量為M，環(huán)的質(zhì)量為m，如圖所示。已知環(huán)沿桿勻加速下滑時，環(huán)與桿間的摩擦力大小為Ff，則此時箱子對地面的壓力大小為()A．Mg＋Ff B．Mg－FfC．Mg＋mg D．Mg－mg【能力點二】會分析動力學(xué)的兩類基本問題1.基本思路2.基本步驟3.解題關(guān)鍵(1)兩類分析——物體的受力分析和物體的運(yùn)動過程分析。(2)兩個橋梁——加速度是聯(lián)系運(yùn)動和力的橋梁；速度是各物理過程間相互聯(lián)系的橋梁。4.常用方法(1)合成法在物體受力個數(shù)較少(2個或3個)時一般采用合成法。(2)正交分解法若物體的受力個數(shù)較多(3個或3個以上)時，則采用正交分解法。類型1已知物體受力情況，分析物體運(yùn)動情況【例1】(2020·山東省等級考試模擬)如圖甲所示，在高速公路的連續(xù)下坡路段通常會設(shè)置避險車道，供發(fā)生緊急情況的車輛避險使用，本題中避險車道是主車道旁的一段上坡路面。一輛貨車在行駛過程中剎車失靈，以v0＝90km/h的速度駛?cè)氡茈U車道，如圖乙所示。設(shè)貨車進(jìn)入避險車道后牽引力為零，貨車與路面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.30，取重力加速度大小g＝10m/s2。(1)為了防止貨車在避險車道上停下后發(fā)生溜滑現(xiàn)象，該避險車道上坡路面的傾角θ應(yīng)該滿足什么條件？設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，結(jié)果用θ的正切值表示；(2)若避險車道路面傾角為15°，求貨車在避險車道上行駛的最大距離。(已知sin15°＝0.26，cos15°＝0.97，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維及物理觀念中的相互作用觀。類型2已知物體運(yùn)動情況，分析物體受力情況【例2】(2020·遼寧大連市第一次模擬)“新冠”席卷全國，在舉國上下“抗疫”的斗爭中，武漢各大醫(yī)院出現(xiàn)了一批人工智能機(jī)器人。機(jī)器人“小易”在醫(yī)護(hù)人員選擇配送目的后，就開始沿著測算的路徑出發(fā)，在加速啟動的過程中“小易”“發(fā)現(xiàn)”正前方站一個人，立即制動減速，恰好在距離人30cm處停下?！靶∫住睆撵o止出發(fā)到減速停止，可視為兩段勻變速直線運(yùn)動，其v－t圖像如圖2所示，圖中t0＝1.6s，v0＝5m/s。已知減速時的加速度大小是加速時加速度大小的3倍，“小易”(含藥物)的總質(zhì)量為60kg，運(yùn)動過程中阻力恒為20N。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)求：(1)“小易”從靜止出發(fā)到減速停止的總位移以及加速過程與減速過程的加速度分別多大；(2)啟動過程的牽引力與制動過程的制動力(不含阻力)分別多大?！舅仞B(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維與物理觀念中的運(yùn)動觀?！灸芰c三】會分析動力學(xué)圖像問題1.常見圖像v－t圖像、a－t圖像、F－t圖像、F－a圖像等。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(yùn)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像。3.解題策略(1)分清圖像的類別：即分清橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量，明確其物理意義，掌握物理圖像所反映的物理過程，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(biāo)的交點，圖線的轉(zhuǎn)折點，兩圖線的交點等。(3)明確能從圖像中獲得哪些信息：把圖像與具體的題意、情景結(jié)合起來，應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖像對應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確“圖像與公式”“圖像與物體”間的關(guān)系，以便對有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷?！纠?】(2021·湖北三校聯(lián)考)水平地面上有一輕質(zhì)彈簧，下端固定，上端與物體A相連接，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)用一豎直向下的力壓物體A，使A豎直向下勻加速運(yùn)動一段距離，整個過程中彈簧一直處在彈性限度內(nèi)．下列關(guān)于所加力F的大小和運(yùn)動距離x之間的關(guān)系圖象正確的是 ()【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維及物理觀念中的相互作用觀。本題要求考生能準(zhǔn)確的受力分析并能借助牛頓運(yùn)動定律分析運(yùn)動的性質(zhì)并能根據(jù)科學(xué)的推理建立物理函數(shù)表達(dá)式然后進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換?！颈貍渲R】解決圖象綜合問題的關(guān)鍵圖象反映了兩個變量之間的函數(shù)關(guān)系，必要時需要根據(jù)物理規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)，得到函數(shù)關(guān)系后結(jié)合圖線的斜率、截距、面積、交點坐標(biāo)、拐點的物理意義對圖象及運(yùn)動過程進(jìn)行分析．【變式訓(xùn)練】(2020·哈師大附中模擬)如圖甲所示，水平長木板上有質(zhì)量m＝1.0kg的物塊，受到隨時間t變化的水平拉力F作用，用力傳感器測出相應(yīng)時刻物塊所受摩擦力Ff的大?。亓铀俣萭取10m/s2.下列判斷正確的是 ()A．5s內(nèi)拉力對物塊做功為零B．4s末物塊所受合力大小為4.0NC．物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為0.4D．6～9s內(nèi)物塊的加速度的大小為2.0m/s2【例2】(2020·濰坊一中摸底)如圖甲所示，水平地面上固定一帶擋板的長木板，一輕彈簧左端固定在擋板上，右端接觸滑塊，彈簧被壓縮0.4m后鎖定，t＝0時解除鎖定，釋放滑塊。計算機(jī)通過滑塊上的速度傳感器描繪出滑塊的v-t圖象如圖乙所示，其中Oab段為曲線，bc段為直線，傾斜直線Od是t＝0時的速度圖線的切線，已知滑塊質(zhì)量m＝2.0kg，取g＝10m/s2，則下列說法正確的是()甲乙A．滑塊被釋放后，先做勻加速直線運(yùn)動，后做勻減速直線運(yùn)動B．彈簧恢復(fù)原長時，滑塊速度最大C．彈簧的勁度系數(shù)k＝175N/mD．該過程中滑塊的最大加速度為35m/s2【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維與物理觀念中的運(yùn)動觀。要求考生能借助v-t圖像獲取運(yùn)動信息然后應(yīng)用牛頓運(yùn)動定理分析物題的受力情況?！咀兪接?xùn)練】(2020·江蘇海門中學(xué)第二次質(zhì)調(diào))一個物體在多個力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果僅使其中一個力的大小逐漸減小到零，然后又從零逐漸恢復(fù)到原來的大小(此力的方向始終未變)，在這一過程中其余各力均不變。那么，下列各圖中能正確描述該過程中物體速度變化情況的是()【能力點四】會臨界極值問題1．臨界或極值條件的標(biāo)志(1)有些題目中有“剛好”“恰好”“正好”等字眼，表明題述的過程存在臨界點．(2)若題目中有“取值范圍”“多長時間”“多大距離”等詞語，表明題述的過程存在“起止點”，而這些起止點往往就對應(yīng)臨界狀態(tài)．(3)若題目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼，表明題述的過程存在極值，這個極值點往往是臨界點．(4)若題目要求“最終加速度”“穩(wěn)定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度．2．幾種臨界狀態(tài)和其對應(yīng)的臨界條件臨界狀態(tài)臨界條件速度達(dá)到最大物體所受的合外力為零兩物體剛好分離兩物體間的彈力FN＝0繩剛好被拉直繩中張力為零繩剛好被拉斷繩中張力等于繩能承受的最大拉力【例1】如圖所示，一彈簧一端固定在傾角為θ＝37°的光滑固定斜面的底端，另一端拴住質(zhì)量為m1＝4kg的物體P，Q為一質(zhì)量為m2＝8kg的物體，彈簧的質(zhì)量不計，勁度系數(shù)k＝600N/m，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)給Q施加一個方向沿斜面向上的力F，使它從靜止開始沿斜面向上做勻加速運(yùn)動，已知在前0.2s時間內(nèi)，F(xiàn)為變力，0.2s以后F為恒力，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2。求力F的最大值與最小值?！舅仞B(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。要求考生掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決臨界問題的一般思路及方法?！颈貍渲R】動力學(xué)中幾種典型的“臨界條件”(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：兩物體相接觸且處于相對靜止時，常存在著靜摩擦力，則相對滑動的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件：繩子所能承受的張力是有限度的，繩子斷與不斷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)加速度變化時，速度達(dá)到最值的臨界條件是加速度變?yōu)??！咀兪接?xùn)練】(2020·湖北黃岡中學(xué)模擬)如圖所示，水平地面上有一車廂，車廂內(nèi)固定的平臺通過相同的彈簧把相同的物塊A、B壓在豎直側(cè)壁和水平的頂板上，已知A、B與接觸面間的動摩擦因數(shù)均為μ，車廂靜止時，兩彈簧長度相同，A恰好不下滑，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g.現(xiàn)使車廂沿水平方向加速運(yùn)動，為保證A、B仍相對車廂靜止，則 ()A．速度可能向左，加速度可大于(1＋μ)gB．加速度一定向右，不能超過(1－μ)gC．加速度一定向左，不能超過μgD．加速度一定向左，不能超過(1－μ)g【例2】(2020·遼寧葫蘆島六校聯(lián)考)如圖所示，木板與水平地面間的夾角θ可以隨意改變，當(dāng)θ＝30°時，可視為質(zhì)點的一小木塊恰好能沿著木板勻速下滑．若讓該小木塊從木板的底端以大小恒定的初速率v0沿木板向上運(yùn)動，隨著θ的改變，小木塊沿木板向上滑行的距離x將發(fā)生變化，重力加速度為g.(1)求小木塊與木板間的動摩擦因數(shù)；(2)當(dāng)θ角為何值時，小木塊沿木板向上滑行的距離最小，并求出此最小值．【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。此題是牛頓第二定律的應(yīng)用問題，解題時應(yīng)用牛頓定律結(jié)合運(yùn)動公式列出方程，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識討論最小值，考查學(xué)生數(shù)學(xué)知識的運(yùn)用能力.【能力點五】會分析實驗拓展與創(chuàng)新高考實驗題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情境，通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥于教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計性等特點，本實驗創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾方面：實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新1.實驗器材的改進(jìn)：利用重力沿斜面方向的分力提供物塊加速下滑的動力。2.設(shè)問方式的創(chuàng)新：利用牛頓第二定律測量物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)。實驗器材的創(chuàng)新利用位移傳感器與計算機(jī)相連，直接得出小車的加速度。1.用光電門代替打點計時器，結(jié)合遮光條的寬度可測滑塊的速度。2.利用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，無需平衡摩擦力。3.由力傳感器測滑塊受到的拉力，無需滿足m?M。實驗過程的創(chuàng)新1.結(jié)合光電門得出物塊在A、B兩點的速度，由veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2ax得出物塊的加速度。2.結(jié)合牛頓第二定律mg－μMg＝(M＋m)a得出物塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)?！纠?】(2021·1月湖北學(xué)業(yè)水平選擇性考試模擬演練，13)某同學(xué)利用如圖所示的裝置測量滑塊與長金屬板之間的動摩擦因數(shù)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。金屬板固定于水平實驗臺上，一輕繩跨過輕滑輪，左端與放在金屬板上的滑塊(滑塊上固定有寬度為d＝2.000cm的遮光條)相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N＝6個，每個質(zhì)量均為m0＝0.010kg。實驗步驟如下：①在金屬板上適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ü怆婇TA和B，兩光電門通過數(shù)據(jù)采集器與計算機(jī)相連。②用電子秤稱量出滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M＝0.150kg。③將n(依次取n＝1，2，3，4，5，6)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼固定在滑塊上。用手按住滑塊，并使輕繩與金屬板平行。接通光電門，釋放滑塊。計算機(jī)自動記錄：ⅰ.遮光條通過光電門A的時間Δt1；ⅱ.遮光條通過光電門B的時間Δt2；ⅲ.遮光條的后端從離開光電門A到離開光電門B的時間Δt12；④經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可得到與n對應(yīng)的加速度a并記錄?；卮鹣铝袉栴}：(1)在n＝3時，Δt1＝0.0289s，Δt2＝0.0160s，Δt12＝0.4040s。ⅰ.忽略遮光條通過光電門時速度的變化，滑塊加速度的表達(dá)式為a1＝________，其測量值為________m/s2(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字。通過計算機(jī)處理得到eq\f(1,Δt1)＝34.60s－1，eq\f(1,Δt2)＝62.50s－1)；ⅱ.考慮遮光條通過光電門時速度的變化，滑塊加速度的測量值a2________a1(填“大于”“等于”或“小于”)。(2)利用記錄的數(shù)據(jù)擬合得到a－n圖象，如圖所示，該直線在橫軸上的截距為p、縱軸上的截距為q。用已知量和測得的物理量表示滑塊與長金屬板之間動摩擦因數(shù)的測量值μ＝________，重力加速度的測量值g＝________(結(jié)果用字母表示)?！舅仞B(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。要求考生能在基礎(chǔ)實驗原理的理解上能遷移應(yīng)用并能借助數(shù)學(xué)邏輯推理得出實驗結(jié)論?！咀兪接?xùn)練】(2021·1月江蘇新高考適應(yīng)性考試，12)用圖所示的實驗裝置測量木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ。把左端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，載有砝碼的木塊右端連接穿過打點計時器的紙帶，左端連接細(xì)線，細(xì)線繞過定滑輪掛有槽碼，木塊在槽碼的牽引下運(yùn)動。通過紙帶測量木塊的加速度，并測出木塊與砝碼的總質(zhì)量M，槽碼的總質(zhì)量m，計算木塊與木板之間的摩擦力f。改變M和m進(jìn)行多次實驗。(1)下列實驗操作步驟，正確順序是________。①釋放木塊②接通打點計時器電源③將木板固定在水平桌面上④調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)線與木板平行⑤將紙帶穿過打點計時器的限位孔并固定在木塊上(2)實驗打出的一段紙帶如圖所示，打點計時器的工作頻率為50Hz，圖中紙帶按實際尺寸畫出，則木塊的加速度為________m/s2。(3)甲同學(xué)測得的數(shù)據(jù)見下表：M/kg0.7000.6000.5000.4000.300f/N2.482.181.801.501.16請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖方格紙上作出f－M圖像。(4)已知重力加速度g＝9.80m/s2，可求得該木塊與木板的動摩擦因數(shù)μ＝________。(5)乙同學(xué)用(3)問表中的數(shù)據(jù)逐一計算出每次測量的μ值，取其平均值作為測量結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)該值比甲同學(xué)在(4)問中得出的μ值大。你認(rèn)為哪位同學(xué)的結(jié)果更準(zhǔn)確，請簡要說明理由___________________________________________________。四．講模型思想模型一瞬時問題的兩類模型1.兩種模型加速度與合力具有瞬時對應(yīng)關(guān)系，二者總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失，具體可簡化為以下兩種模型：2.解題思路eq\x(\a\al(分析瞬時變化前后,物體的受力情況))?eq\x(\a\al(列牛頓第二,定律方程))?eq\x(\a\al(求瞬時,加速度))3.兩個易混問題(1)圖甲、乙中小球m1、m2原來均靜止，現(xiàn)如果均從圖中A處剪斷，則剪斷繩子瞬間圖甲中的輕質(zhì)彈簧的彈力來不及變化；圖乙中的下段繩子的拉力變?yōu)?。(2)由(1)的分析可以得出：繩的彈力可以突變而彈簧的彈力不能突變。【例1】(多選)