2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第三章第3講牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用教案新人教版

PAGEPAGE11第3講牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用考點1超重和失重1．對超重和失重的理解(1)不論超重、失重或完全失重，物體的重力都不變，只是“視重”變更．(2)在完全失重的狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消逝．(3)盡管物體的加速度不是豎直方向，但只要其加速度在豎直方向上有重量，物體就會處于超重或失重狀態(tài)．(4)盡管整體沒有豎直方向的加速度，但只要物體的一部分具有豎直方向的分加速度，整體也會出現(xiàn)超重或失重狀態(tài)．2．推斷超重和失重的方法從受力的角度推斷當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時，物塊處于失重狀態(tài)；等于零時，物體處于完全失重狀態(tài)從加速度的角度推斷當(dāng)物體具有向上的加速度時，物體處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時，物體處于失重狀態(tài)；向下的加速度等于重力加速度時，物體處于完全失重狀態(tài)1．某人在地面上最多可舉起50kg的物體，當(dāng)他在豎直向上運(yùn)動的電梯中最多舉起了60kg的物體時，電梯加速度的大小和方向為(g＝10m/s2)(D)A．2m/s2豎直向上B.eq\f(5,3)m/s2豎直向上C．2m/s2豎直向下D.eq\f(5,3)m/s2豎直向下解析：由題意可知，在地面上，人能承受的最大壓力為Fm＝mg＝500N，在電梯中人能舉起60kg物體，物體肯定處于失重狀態(tài)，對60kg的物體：m′g－Fm＝m′a，即a＝eq\f(600－500,60)m/s2＝eq\f(5,3)m/s2，所以選項D正確．2．(多選)一人乘電梯上樓，在豎直上升過程中加速度a隨時間t變更的圖線如圖所示，以豎直向上為a的正方向，則人對地板的壓力(AD)A．t＝2s時最大 B．t＝2s時最小C．t＝8.5s時最大 D．t＝8.5s時最小解析：人乘電梯向上運(yùn)動，規(guī)定向上為正方向，人受到重力和支持力兩個力的作用，則有F－mg＝ma，即F＝mg＋ma，依據(jù)牛頓第三定律知，人對地板的壓力大小等于支持力的大小，將對應(yīng)時刻的加速度(包含正負(fù)號)代入上式，可得選項A、D正確，B、C錯誤．推斷超重和失重的方法(1)不管物體的加速度是不是沿豎直方向，只要其加速度在豎直方向上有重量，物體就處于超重或失重狀態(tài)．(2)對于多個物體組成的系統(tǒng)，盡管不是整體有豎直方向的加速度，但只要物體系統(tǒng)的一部分具有豎直方向的加速度重量，整體也會出現(xiàn)超重或失重現(xiàn)象．考點2動力學(xué)圖象問題1．圖象問題的類型(1)已知物體受的力隨時間變更的圖線，要求分析物體的運(yùn)動狀況．(2)已知物體的速度、加速度隨時間變更的圖線，要求分析物體的受力狀況．(3)由已知條件確定某物理量的變更圖象．2．解題策略(1)分清圖象的類型：即分清橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量，明確其物理意義，駕馭物理圖象所反映的物理過程，會分析臨界點．(2)留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)明確能從圖象中獲得哪些信息：把圖象與詳細(xì)的題意、情境結(jié)合起來，應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確“圖象與公式”“圖象與物體”間的關(guān)系，以便對有關(guān)物理問題作出精確推斷．(2024·全國卷Ⅰ)如圖，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運(yùn)動．以x表示P離開靜止位置的位移，在彈簧復(fù)原原長前，下列表示F和x之間關(guān)系的圖象可能正確的是()【解析】選物塊P為探討對象進(jìn)行受力分析，依據(jù)牛頓其次定律F＋FN－mg＝ma，系統(tǒng)原處于靜止?fàn)顟B(tài)，則F0＝ma，F(xiàn)由起先隨x增加，F(xiàn)N變小，F(xiàn)變大，選項A正確．【答案】A數(shù)形結(jié)合解決動力學(xué)圖象問題(1)在圖象問題中，無論是讀圖還是作圖，都應(yīng)盡量先建立函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而明確“圖象與公式”“圖象與物體”間的關(guān)系；然后依據(jù)函數(shù)關(guān)系讀取圖象信息或者描點作圖．(2)讀圖時，要留意圖線的起點、斜率、截距、折點以及圖線與橫坐標(biāo)包圍的“面積”等所對應(yīng)的物理意義，盡可能多地提取解題信息．1．物體原來靜止在水平地面上，用一水平力F拉物體，在F從0起先漸漸增大的過程中，物體先靜止后又做變加速運(yùn)動，其加速度a隨外力F變更的圖象如圖所示．設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等．依據(jù)題目供應(yīng)的信息，下列推斷正確的是(A)A．物體的質(zhì)量m＝2kgB．物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.6C．物體與水平面的最大靜摩擦力fmax＝12ND．在F為10N時，物體的加速度a＝2.5m/s2解析：由圖可知，當(dāng)F1＝7N時，a1＝0.5m/s2，當(dāng)F2＝14N時，a2＝4m/s2，由牛頓其次定律F－f＝ma，代入數(shù)據(jù)解得：m＝2kg，f＝6N，選項A正確，C錯誤．由f＝μmg解得μ＝0.3，選項B錯誤；由牛頓其次定律，F(xiàn)－f＝ma，在F為10N時，物體的加速度a＝2.0m/s2，選項D錯誤．2．將甲、乙兩物體以相同的初速度v0同時豎直向上拋出并起先計時，甲物體所受空氣阻力可忽視，乙物體所受空氣阻力大小與物體速率成正比．下列用直線和曲線分別描述兩物體運(yùn)動的v-t圖象，可能正確的是(D)解析：甲物體豎直向上做勻減速直線運(yùn)動至最高點再豎直向下做自由落體運(yùn)動，不受空氣阻力，其v-t圖象是傾斜向下的直線，四個選項直線均正確表示；乙物體做有空氣阻力f＝kv的上拋運(yùn)動，上升時a1＝eq\f(mg＋kv,m)，隨著v減小，加速度減小，對應(yīng)的v-t圖線的斜率減小，選項A錯誤；上升到最高點之后下落時a2＝eq\f(mg－kv,m)，隨著v增大，加速度減小，而在最高點時v＝0，a＝g，對應(yīng)的v-t圖線與橫軸的交點的斜率應(yīng)當(dāng)?shù)扔趃，即過交點的切線應(yīng)當(dāng)與甲物體豎直上拋運(yùn)動的直線平行，選項D正確．考點3連接體問題的分析方法1．整體法的選取原則：若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且不須要求物體之間的作用力，可以把它們看成一個整體，分析整體受到的合外力，應(yīng)用牛頓其次定律求出加速度(或其他未知量)．2．隔離法的選取原則：若連接體內(nèi)各物體的加速度不相同，或者要求出系統(tǒng)內(nèi)各物體之間的作用力時，就須要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，應(yīng)用牛頓其次定律列方程求解．3．整體法、隔離法的交替運(yùn)用：若連接體內(nèi)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探討對象，應(yīng)用牛頓其次定律求作用力．即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”．若已知物體之間的作用力，則“先隔離求加速度，后整體求外力”．(多選)如圖所示，質(zhì)量為1kg的物塊B用一根細(xì)線與質(zhì)量為2kg的物塊A連接，物塊A放在質(zhì)量為5kg的長木板C上，A與C之間的動摩擦因數(shù)為0.2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，B和C在光滑水平面上，現(xiàn)對C施加一個水平恒定拉力F，取g＝10m/s2，則下列說法正確的有()A．當(dāng)A的加速度大小為0.5m/s2時，長木板C的加速度大小可能為4m/s2B．A與B之間的細(xì)線上的拉力最大值肯定等于eq\f(4,3)NC．假如運(yùn)動過程中把一塊橡皮泥粘在A的側(cè)面，則A、C間的摩擦力增大，A、B間細(xì)線上的拉力可能不變D．假如運(yùn)動過程中把一塊橡皮泥粘在C的側(cè)面，則A、C間的摩擦力和A、B間細(xì)線上的拉力都可能不變[審題指導(dǎo)]力和運(yùn)動過程分析如下：拉力從零漸漸增大，A、B、C三者共同加速運(yùn)動，A、C間的靜摩擦力也漸漸增大，當(dāng)A、C間摩擦力達(dá)到最大值時，A、C共同做勻加速運(yùn)動，加速度不再變更．【解析】當(dāng)A與C之間的摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力時，以A、B整體為探討對象，有μmAg＝(mA＋mB)am，代入數(shù)據(jù)解得am＝eq\f(4,3)m/s2，故當(dāng)加速度小于eq\f(4,3)m/s2時，A與C之間還是靜摩擦力，則A、B、C的加速度肯定相等，故A錯誤；當(dāng)A與C之間的摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力時，A、B達(dá)到最大加速度，以B為探討對象，則有FTm＝mBam＝eq\f(4,3)N，故B正確；假如運(yùn)動過程中把一塊橡皮泥粘在物塊A的側(cè)面，當(dāng)A、C之間的摩擦力是靜摩擦力時，由整體法有F＝(mA＋mB＋mC＋Δm)a，隔離C有F－Ff＝mCa，解得Ff＝(1－eq\f(mC,mA＋mB＋mC＋Δm))F，隔離B有FT＝mBa＝eq\f(mBF,mA＋mB＋mC＋Δm)，A、C間的摩擦力增大，A、B間細(xì)線上的拉力減小，當(dāng)A、C之間的摩擦力是滑動摩擦力時，F(xiàn)f＝μ(mA＋Δm)g，A、C間的摩擦力增大，對A、B整體有μ(mA＋Δm)g＝(mA＋mB＋Δm)a，對B有FT＝mBa＝eq\f(μmBmA＋Δmg,mA＋mB＋Δm)＝eq\f(μmBg,\f(mB,mA＋Δm)＋1)，則A、B間細(xì)線的拉力增大，故C錯誤；假如運(yùn)動過程中把一塊橡皮泥粘在C上，且A、C間是滑動摩擦力時，A、C間的摩擦力和A、B間細(xì)線上的拉力都不變，故D正確．【答案】BD整體法、隔離法的運(yùn)用技巧(1)不能把整體法和隔離法對立起來，而應(yīng)當(dāng)將兩者結(jié)合起來．解題時，從詳細(xì)問題的實際狀況動身，敏捷選取探討對象，恰當(dāng)?shù)剡x擇運(yùn)用整體法和隔離法．(2)當(dāng)系統(tǒng)有相同的加速度時，可依據(jù)所求力的狀況確定選用整體法還是隔離法．若所求的力為外力則用整體法，若所求的力為內(nèi)力則用隔離法．但在詳細(xì)應(yīng)用時，絕大多數(shù)狀況是將兩種方法相結(jié)合應(yīng)用：求外力時，一般先隔離后整體；求內(nèi)力時，一般先整體后隔離．先隔離或先整體的目的都是求解共同的加速度．3．(多選)如圖所示，有四個完全相同的彈簧，彈簧的左右兩端連接由相同材料制成的物塊A、B，物塊A受到大小皆為F的拉力作用而沿力F方向加速運(yùn)動，接觸面的狀況各不相同：(1)光滑水平面；(2)粗糙水平面；(3)傾角為θ的光滑斜面；(4)傾角為θ的粗糙斜面．若認(rèn)為彈簧的質(zhì)量都為零，以l1、l2、l3、l4表示彈簧的伸長量，則有(CD)A．l2>l1 B．l4>l3C．l1＝l3 D．l2＝l4解析：現(xiàn)以情景(4)為例來探討，以物塊A、B和彈簧整體為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律有：F－(mA＋mB)gsinθ－μ(mA＋mB)gcosθ＝(mA＋mB)a；再以物塊B為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律有：kx－mBgsinθ－μmBgcosθ＝mBa.聯(lián)立解得x＝eq\f(mB,mA＋mBk)F，可見彈簧的形變量與接觸面是否粗糙、接觸面是否傾斜無關(guān)，因而有l(wèi)1＝l2＝l3＝l4，選項C、D正確．4．(多選)如圖所示，光滑水平桌面放置著物塊A，它通過輕繩和輕質(zhì)滑輪懸掛著物塊B.已知A的質(zhì)量為m，B的質(zhì)量為3m，重力加速度大小為g.靜止釋放物塊A、BA．相同時間內(nèi)，A、B運(yùn)動的路程之比為21B．物塊A、B的加速度大小之比為11C．輕繩的拉力大小為eq\f(6mg,7)D．當(dāng)B下落高度為h時，速度大小為eq\r(\f(2gh,5))解析：由于物塊B通過動滑輪懸掛，所以相同時間內(nèi)，A、B運(yùn)動的路程之比為21，選項A正確；由于二者都是從靜止起先運(yùn)動，依據(jù)初速度為零的勻變速直線運(yùn)動規(guī)律可知，物塊A、B的加速度大小之比為21，選項B錯誤；設(shè)輕繩拉力大小為F，物塊B的加速度大小為a，由牛頓其次定律，對物塊B,3mg－2F＝3ma，對物塊A，F(xiàn)＝m×2a，聯(lián)立解得：F＝eq\f(6mg,7)，a＝eq\f(3g,7)，選項C正確；當(dāng)B下落高度為h時，由v2＝2ah，解得v＝eq\r(\f(6gh,7))，選項D錯誤．考點4動力學(xué)臨界、極值問題1．動力學(xué)中的臨界極值問題在應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)問題中，當(dāng)物體運(yùn)動的加速度不同時，物體有可能處于不同的狀態(tài)，特殊是題目中出現(xiàn)“最大”“最小”“剛好”等詞語時，往往會有臨界值出現(xiàn)．2．臨界或極值條件的標(biāo)記(1)有些題目中有“剛好”“恰好”“正好”等字眼，明顯表明題述的過程存在著臨界點．(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著“起止點”，而這些起止點往往就是臨界狀態(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著極值點，這個極值點往往是臨界點．考向1動力學(xué)臨界問題(2024·廣東深圳模擬)兩個質(zhì)量均為m的相同的物塊疊放在一個輕彈簧上面，處于靜止?fàn)顟B(tài)．彈簧的下端固定于地面上，彈簧的勁度系數(shù)為k.t＝0時刻，給A物塊一個豎直向上的作用力F，使得兩物塊以0.5g的加速度勻加速上升，下列說法正確的是()A．A、B分別前合外力大小與時間的平方t2成線性關(guān)系B．分別時彈簧處于原長狀態(tài)C．在t＝eq\r(\f(2m,k))時刻A、B分別D．分別時B的速度大小為eq\r(\f(m,4k))g【解析】A、B分別前兩物塊做勻加速運(yùn)動，合外力不變，選項A錯誤；起先時彈簧的壓縮量為x1，則2mg＝kx1；當(dāng)兩物塊分別時，加速度相同且兩物體之間的彈力為零，對物體B，有kx2－mg＝ma，且x1－x2＝eq\f(1,2)at2，解得x1＝eq\f(2mg,k)，x2＝eq\f(3mg,2k)，t＝eq\r(\f(2m,k))，此時彈簧仍處于壓縮狀態(tài)，選項B錯誤，C正確；分別時B的速度為v＝at＝eq\f(1,2)g·eq\r(\f(2m,k))＝eq\r(\f(m,2k))g，選項D錯誤．【答案】C“四種”典型臨界條件(1)接觸與脫離的臨界條件：兩物體相接觸或脫離，臨界條件：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：FT＝0.(4)加速度變更時，速度達(dá)到最值的臨界條件：加速度變?yōu)?.5．一斜面放在水平地面上，傾角θ＝53°，一個質(zhì)量為0.2kg的小球用細(xì)繩吊在斜面頂端，如圖所示．斜面靜止時，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行，不計斜面與水平面的摩擦，當(dāng)斜面以10m/s2的加速度向右運(yùn)動時，求細(xì)繩的拉力及斜面對小球的彈力．(g取10m/s2)解析：設(shè)小球剛剛脫離斜面時斜面對右的加速度為a0.此時斜面對小球的支持力恰好為零，小球只受到重力和細(xì)繩的拉力，且細(xì)繩仍舊與斜面平行．對小球受力分析如圖所示．易知eq\f(mg,tanθ)＝ma0a0＝eq\f(g,tanθ)＝7.5m/s2因為a＝10m/s2>a0故小球已離開斜面，斜面對小球的彈力N＝0N細(xì)繩的拉力T＝eq\r(mg2＋ma2)＝2eq\r(2)Ntanα＝eq\f(mg,ma)＝1，α＝45°即細(xì)繩拉力的方向與水平方向成45°斜向上答案：2eq\r(2)N，方向與水平方向成45°斜向上0N考向2動力學(xué)極值問題如圖甲所示，木板與水平