力与直线运动—2021年高考物理（新高考版）（解析版）.pdf

2021年高考物理【热点重点难点】专 练（新高考专用）重难点0 2 力与直线运动【知识梳理】考 点 一 追 及、相遇问题1.分析追及问题的方法技巧可概括为“一个临界条件 、两个等量关系”.（1）一个临界条件：速度相等.它往往是物体间能否追上或（两者）距离最大、最小的临界条件，也是分析判断问题的切入点；（2）两个等量关系：时间关系和位移关系，通过画草图找出两物体的时间关系和位移关系是解题的突破口.2.能否追上的判断方法物 体B追赶物体A：开始时，两个物体相距x o.若 卜=股 时，心+沏 山 则 能 追 上；若 卜=地 时，心+x0=xn，则恰好不相撞；若W=VB时，扁+的加，则不能追上.3.若被追赶的物体做匀减速直线运动，一定要注意判断追上前该物体是否已经停止运动.4 .解题思路和方法及技巧（1）解题思路和方法（2）解题技巧紧抓 一图三式”，即：过程示意图，时间关系式、速度关系式和位移关系式.审题应抓住题目中的关键字眼，充分挖掘题目中的隐含条件，如“刚好”、“恰好”、最多”、至少”等，它们往往对应一个临界状态，满足相应的临界条件.特别提醒：（1）在分析追及与相遇问题时，可用以下方法：临界条件法：当二者速度相等时，二者相距最远（最近）.图象法：画出x-f图象或v-f图象，然后利用图象进行分析求解.数学判别式法：设相遇时间为f,根据条件列方程，得到关于，的一元二次方程，用判别式进行讨论，若A 0,即有两个解，说明可以相遇两次；若A=0,说明刚好追上或相遇；若 （）,说明追不上或不能相遇.(2)在追及问题中，若后者能追上前者，则追上时，两者处于同一位置，后者的速度一定大于前者的速度；若后者追不上前者，则当后者的速度与前者相等时，两者相距最近.(3)在相遇问题中，同向运动的两物体追及即相遇；相向运动的物体，当各自发生的位移大小之和等于开始时两物体之间的距离时即相遇.考点二动力学两类基本问题1.求解两类问题的思路，可用下面的框图来表示：第一类 a 一第二类2.分析解决这两类问题的关键：应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁加速度.3.解答动力学两类问题的基本程序(1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一个物理过程.(2)根据问题的要求和计算方法，确定研究对象，进行分析，并画出示意图，图中应注明力、速度、加速度的符号和方向，对每一个力都明确其施力物体和受力物体，以免分析受力时有所遗漏或无中生有.(3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示相应物理量的符号进行运算，解出所求物理量的表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果.【重点归纳】1.用整体法、隔离法巧解动力学问题(1)整体法、隔离法当问题涉及几个物体时，我们常常将这几个物体“隔离”开来，对它们分别进行受力分析，根据其运动状态，应用牛顿第二定律或平衡条件列式求解.特别是问题涉及物体间的相互作用时，隔离法是一种有效的解题方法.而将相互作用的两个或两个以上的物体看成一个整体(系统)作为研究对象,去寻找未知量与已知量之间的关系的方法称为整体法.(2)选用整体法和隔离法的策略当各物体的运动状态相同时，宜选用整体法；当各物体的运动状态不同时，宜选用隔离法；对较复杂的问题，通常需要多次选取研究对象，交替应用整体法与隔离法才能求解.(3)整体法与隔离法常涉及的问题类型涉及滑轮的问题：若要求绳的拉力，一般都采用隔离法.水平面上的连接体问题：这类问题一般是连接体（系统）各物体保持相对静止，即具有相同的加速度.解题时，一般采用先整体、后隔离的方法；建立直角坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度.斜面体与物体组成的连接体的问题：当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止时，解题时一般采用隔离法分析.（4）解决这类问题的关键正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各物体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析,并分别确定出它们的加速度，然后根据牛顿运动定律列方程求解.2.用分解加速度法巧解动力学问题因牛顿第二定律中尸=皿指出力和加速度永远存在瞬间对应关系，所以在用牛顿第二定律求解动力学问题时，有时不去分解力，而是分解加速度，尤其是当存在斜面体这一物理模型且斜面体又处于加速状态时，往往此方法能起到事半功倍的效果.【限时检测】（建议用时：30分钟）一、单项选择题：本题共4小题。1.如图所示，ad、bd、c”是竖直面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、”位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，bd为圆周的一条直径。每根杆上都套着一个小滑环（图中未画出），三个滑环环分别从a、b、c处静止释放，用小 公 打 依次表示滑环到达d所用的时间，则（）A.ht2t2t3C.htt2 D.t=t2=t3【答案】A【详解】过d点做竖直线，过da、仍 和de分别作以竖直线为直径的圆，对小滑环，受重力和支持力，将重力沿杆的方向和垂直杆的方向正交分解，根据牛顿第二定律得小滑环做初速为零的匀加速直线运动的加速度为a =g s i n d （。为杆与水平方向的夹角）由图中的直角三角形可知，小滑环的位移S=2 R s i n 6所以2S2 x 2 R s i n。g s i n。4 Rg可知所作圆直径越大，下落时间，越大;故选A o2.如图甲所示，在粗糙的水平面上，质量为1 k g的物块在水平向右的外力尸的作用下做直线运动,3 s后撤去外力，物块运动的速度一时间图像如图乙所示。下列判断正确的是（）甲A.5 s末物块返回出发点B.0 5 s内，物块经过的路程是1 6 mC.物块在0-1 S内和3 s 5 s内的平均速度大小相等D.物块与水平面之间的动摩擦因数为0.5【答案】C【详解】A.0 5 s内，物块的速度始终是正方向，所以5 s末距离出发点最远，A错误;B.0 5 s内，物块经过的路程就是物块运动的速度-时间图像与时间轴所包围的面积4 x(5 +24 m2故B错误;4C.物块在0 7 s内和3 s 5 s内的平均速度大小相等，都是v =-=2 m/s ,故C正确;2D.物块在3 s后，合力等于摩擦力，有f =_Ring=maA v _ .2a=-2 m/st代入数据，得 =0.2故 D 错误。故选C。3.古希腊学者亚里士多德关于落体运动的观点是“体积相等的两个物体，较重的下落得较快”，他甚至说，物体下落的快慢与它们的重力成正比。直 到 16世纪末，伽利略才发现了这一理论在逻辑上的矛盾，并采用“冲淡”重力的方法研究了自由落体运动。图是他所做的铜球沿斜面运动实验的示意图。伽利略让铜球沿阻力很小的斜面从不同位置由静止滚下，他手稿中记录的一组实验数据如下表所示，伽利略对实验数据进行了分析得出了结论。伽利略得出的结论是（）时间t/s12345678距离s/mm32130298526824119216002104A.斜面上物体运动的速度大小与时间成正比，即丫=公仪恒定）B.斜面上物体在相邻相等时间内运动的位移差恒定，即恒定）C.斜面上物体运动的速度的平方与位移大小成正比，即 声=依（%恒定）D.斜面上物体运动的位移大小与时间的平方成正比，即=标（&恒定）【答案】D【详解】伽利略最初猜想沿斜面向下运动的物体的运动的速度与时间成正比，即v=kft由此伽利略推论位移的位移与时间的平方成正比，则x=btL即X结合以上的分析，则比较M 即可，分析实验的数据可知五=%彳1%130 _ 32.5rg 32 1以后各组数据比值分别 为:一，,力 一，；由以上的数据比较可知，各X X组数据中产都约 等 于 3 2.5,考虑到测量的误差等原因，可以认为了是一个常数，即位移的位移与时间的平方成正比.所以四个选项中，ABC错误，D 正确。故选D。4.欧洲太空总署火星登陆器“斯基亚帕雷利”于 2016年 10月 19日坠毁在火星表面，最新分析认为是错误的数据导致登陆器计算机提早释放了降落伞，而减速用的推进器只点火几秒钟就终止，当时登陆器位于火星表面上方3.7km处。错误虽只持续了 1 s,但足以破坏登陆器的导航系统。如图所示是火星登陆器离火星表面的高度随时间变化的图象，下列说法错误的是（）A.0 4 阶段的速度先增大后减小B.在打 打阶段处于超重状态C.在“f2阶段一定是静止的D.在 阶 段 做 加 速 运 动【答案】C【详解】A.通过题图可知，图象上各点的切线的斜率的绝对值代表速度的大小，故在0 八阶段，曲线上点的切线的斜率先增大后减小，故它的速度先增大后减小，A 正确；B.在阶段，曲线上各点的切线的斜率的绝对值由大到小，故其速度由大到小，物体向下做减速运动，加速度方向向上，故物体处于超重状态，B 正确；C.在“/2阶段，”的高度不变，但物体也可能在同一高度平动，所以这一阶段不一定是静止的，c错误；D.在阶段，切线的斜率的绝对值逐渐增大，即物体的速度变大，所以物体做加速运动，D正确。故选C。二、多项选择题：本题共2小题。5.2017年4月23日，青岛快乐运动秀之遥控车漂移激情挑战，挑战赛中若“、人两个遥控车同时同地向同一方向做直线运动，它们的修图象如图所示，则下列说法正确的是()A.人车启动时，”车在其前方2m处B.运动过程中，6车落后a车的最大距离为4mC.车启动3s后正好追上a车D.车超过。车后，两车不会再相遇【答案】CD【详解】A.根据速度图线与时间轴包围的面积表示位移，可知6在，=2 s时启动，此时。的位移为1 C ,x=-x2xlm =lm2即a车在6前方1m处，A错误：B.当两车的速度相等时相距最远，最大距离为Sm ax=1 x(l+3)x l-ix lx l=1.5mB错误：C.由于两车从同一地点沿同一方向沿直线运动，当位移相等时两车才相遇，由图可知，b车启动3s后位移1 +3-,xh=x 2m=4m的位移5+3,xa=、x Im=4mC正确；D.。车 超 过a车 后，由 于b的速度大，所以不可能再相遇，D正确。故 选CD。6.如图(a),物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平。，=0时，木板开始受到水平外力下的作用，在/=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力/随 时 间 变化的关系如图(b)所 示，木 板 的 速 度v与 时 间f的关系如图(c)所 示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重 力 加 速 度 取g=10m/s2。由 题 给 数 据 可 以 得 出()ooO v/ms-1A.木 板 的 质 量 为1kgB.02 s内，细 绳 对 物 块 拉 力/的 冲 量 大 小 为0.25NSC.2s4s内,力F的 冲 量 大 小 为0.4N sD.4s末，木板的动量 大 小 为0.8kgm/s【答 案】AB【详 解】A.根据图象可知木块与木板之间的滑动摩擦力为/=0.2 N,在4s后撤去外力，此时木板在水平方向上只受到滑动摩擦力的作用，此时木板的加速度大小为0.4-0.2 2a,=-=().2m/s5-4根据牛顿第二定律可得f=ma2解得木板的质量m=I kg故A正确;B.由图像可知，02 s内，细绳对物块拉力/的冲量大小为=-x2xO.25N-s=O.25N-sf 2选 项 B 正确；C.2s 4 s内，木板的加速度a.-m/s2=0.2m/s24-2根据牛顿第二定律可得F-f=ma解得F=0.4N力厂的冲量大小为/r=F/=0.4x2N-s=0.8N-s故 C 错误；D.4s末，木板的动量大小为/?=/nv=0.4kg-m/s故 D 错误。故选ABo三、解答题：本题共2 小题。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。7.汽车的“百公里加速时间”指的是速度从。加速 到 100 km/h所用的时间，该指标是对汽车动力性能的最直观的体现，下图是利用超声波测速仪测量2.()T 某型号小汽车的百公里加速时间的示意图。A 为运动的小汽车，固定不动的超声波测速仪B向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到汽车就立即返回来，超声波测速仪收到反射波就立即停止计时。在一次测试中，小汽车A 与测速仪B相距4=672m,某时刻8 发出超声波，同时A 由静止开始做匀加速直线运动，当 B 接收到反射回来的超声波信号时，A、B 相 距 4=7 0 4 1 1 1,已知声速v0=340m/o 求:(1)小汽车A的加速度大小；(2)小汽车A的百公里加速时间(保留2 位有效数字)。第【答案】(1)a=4 m/s2；(2)t=6.9 s【详解】(1)设汽车的加速度为“，小汽车A运动的时间为r,超声波来回的时间为3则单程的时间为!，前!2 2汽车运动位移为 ,后；汽车运动位移为X,+x2=a(t)%1 +=4 (3)超声波追上汽乍时，超声波的位移为4+玉2(4+%)=%解得a =4 m/s2(2)根据速度公式得v at解得t=6.9 s 8.在抗击新冠疫情过程中，智能送餐机器人发挥了重要的作用。如图所示，某次送餐机器人给1 0 m远处的顾客上菜，要求全程餐盘保持水平，菜碗不能相对餐盘移动。已知，菜碗与餐盘之间的动摩擦因数为0.2 5,机器人上菜最大速度为2.5 m/s。机器人加速、减速运动过程中看成匀变速直线运动,最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取g=1 0 m/s2。求：(1)机器人的最大加速度；(2)机器人上菜所用的最短时间。【答案】(l)n i=2.5 m/s2；(2)r=5 s【详解】(1)设菜碗(包括菜)的质量为?，以最大加速度运动时，菜碗和托盘保持相对静止，由牛顿第二定律得于=ma则f W .f,n=Nmg解得a/Jga 0.2 5 x 1 0 m /s2=2.5 m /s2即最大加速度am=2.5 m/s2(2)机器人以最大加速度达到最大速度，然后匀速运动，再以最大加速度减速运动，所需时间最短。加速达到最大速度所需时间位移1*5.=x2.5xlm =1.25m1 2同理，减速运动时间4=4=Is位移*=4=L25m匀速运动位移S2=J-5,-53s2=(10-1.25-1.25)m=7.5m匀速运动时间所以最短时间t=t1+t2+t3解得片5s