专题3.1 牛顿运动定律的应用及实验【讲】解析版.docx

《专题3.1 牛顿运动定律的应用及实验【讲】解析版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题3.1 牛顿运动定律的应用及实验【讲】解析版.docx（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、专题3.1 牛顿运动定律的应用及实验【讲】目录一 讲核心素养1二 讲必备知识2【知识点一】牛顿第一定律和惯性2【知识点二】牛顿第二定律的理解和应用4【知识点三】牛顿第三定律的理解与应用6【知识点四】实验：探究加速度与力、质量的关系8三讲关键能力12【能力点一】.“转换研究对象法”在受力分析中的应用12【能力点二】会分析动力学的两类基本问题13【能力点三】会分析动力学图像问题16【能力点四】会分析临界极值问题18【能力点五】会分析实验拓展与创新21四讲模型思想26模型一瞬时问题的两类模型26模型二超重与失重模型28一 讲核心素养1.物理观念：惯性、作用力与反作用力、超重与失重、单位制。(1)知道

2、惯性是物质的基本性质其大小只由物体的质量来度量。(2)通过实验，了解力的相互性即作用力与反作用力的特点，提升相互作用观。(3).通过实例的分析与推理，理解超时重的定义、条件进而理解力与运动的关系建立运动及相互作用的观念。(4)了解常用的国际单位、导出单位并会利用物理量之间的关系推导单位之间的关系体会量纲思想的应用。2.科学思维：牛顿运动定律、整体法与隔离法、图象法、控制变量法、临界法。(1).能应用受力分析、牛顿运动定律，分析物体的运动过程体会力与运动的关系。(2)会应用整体法与隔离法的科学思维分析连接体的受力与运动的关系问题(3)体会应用控制变量法探究、设计实验来探究物体运动的加速度与物体受

3、力、物体质量的关系(4)能在具体情景中识别诸如“最大、最小、刚好离开（分离）”等临界问题的标志词并能将其转化为物理学语言，应用临界法结合牛顿运动定律来解决临界问题。3.科学探究：探究加速度与力、质量的关系(1)学会利用控制变量法来设计实验的能力。(2)体会补偿思想在物理实验中的应用。(3)会用纸带、光电门等处理实验数据4.科学态度与责任：能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。能将具体问题情景通过构建物理模型转化为物理问题进而应用物理规律来解决，以此提升分析推理能力和模型构建能力并体会物理学的应用价值激发学生学习欲望。二 讲必备知识【知识点一】牛顿第一定律和惯性1.理想化状态牛

4、顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的。如果物体所受的合力等于零，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体保持静止状态或匀速直线运动状态。2.明确了惯性的概念牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性惯性，即物体具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。3.揭示了力与物体运动状态的关系力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。4.与牛顿第二定律的关系牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的。力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二定律来回答。牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律。【例1】(2021河南省

5、实验中学砺锋培卓)在研究运动和力的关系时，伽利略设计了著名的理想斜面实验(如图所示)，将可靠的事实和逻辑推理结合起来，能更深刻地反映自然规律。下面给出了伽利略斜面实验的五个事件，请对事件的性质进行判断并正确排序：在A点由静止释放的小球，若没有摩擦时，能滚到另一斜面与A点等高的C点；当减小斜面动摩擦因数时，滚到另一斜面的最高位置，更接近于等高的C点；若没有摩擦时减小斜面BC的倾角，小球将通过较长的路程，到达与A点等高的D点；若没有摩擦时当另一斜面水平放置时，小球将沿水平面一直运动下去；不能滚到另一斜面与A点等高的C点。以下正确的是()A.事实事实推论推论推论B.事实事实推论事实推论C.事实事实事

6、实推论推论D.事实事实推论事实推论【答案】A【解析】根据实验事实斜面不光滑，在A点由静止释放的小球不能滚到另一斜面与A点等高的C点，事实当减小斜面动摩擦因数时，滚到另一斜面的最高位置，更接近于与A点等高的C点，得出实验结果：如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度，即，进一步假设若减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度，即得出，没有摩擦时减小斜面BC的倾角，小球将通过较长的路程，到达与A点等高的D点，最后使它成水平面，小球将沿水平面做持续匀速运动，即，故A正确，B、C、D错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学态度与责任及科学思维。要求考生知晓理想斜面实验在历史中重要意义

7、及主要操作思路和设计思想。让学生在感受物理学史的同时学会理想化实验的科学思维方式。【必备知识】伽利略的理想实验(1)特点：实践操作(实验)逻辑推理(数学演算)。(2)作用：提出力不是维持物体运动的原因。伽利略是物理理想实验的开拓者。理想实验是人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验，可以完美地解释物理学规律或理论。【变式训练】(2021四川宜宾市上学期一诊)下列说法符合史实的是()A. 伽利略提出力是维持物体运动的原因B.亚里士多德猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证C.笛卡尔通过理想斜面实验发现了物体的运动不需要力来维持D.牛顿认为力的真正效应是改变物体的速度

8、，而不仅仅是使之运动【答案】D【解析】亚里士多德提出力是维持物体运动的原因，故A错误；伽利略用数学和逻辑推理得出了自由落体的速度与下落时间成正比，故B错误；伽利略利用“理想斜面实验”发现了物体的运动不需要力来维持，推翻了“力是维持物体运动的原因”的观点，故C错误；牛顿认为力的真正效应是改变物体的速度，产生加速度，而不仅仅是使之运动，故D正确。【例2】一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图()AB C D【答案】A【解析】当火车向右做匀减速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较大的速度向右运动，故只有图A所示的情形符合要求，A正确。【素养升华】本题考察的学科素

9、养主要是物理观念。要求考生深刻理解惯性的概念（内涵外延等）。并能应用惯性解释日常生活中的一些问题建立相互作用观和运动观。【必备知识】惯性的两种表现形式(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。(2)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)。.【变式训练】(2020湖北宜城一中月考)如图所示，一只盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球，容器中水和铁球、乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)()A铁球向左，乒乓球向右 B铁球向右，乒乓球向左C

10、铁球和乒乓球都向左 D铁球和乒乓球都向右【答案】：A【解析】：小车突然向右运动时，由于惯性，铁球和乒乓球都“想”保持原有的静止状态，由于与同体积的“水球”相比铁球的质量大，惯性大，铁球的运动状态难改变，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，所以小车加速运动时，铁球相对于小车向左运动同理，由于与同体积的“水球”相比乒乓球的质量小，惯性小，乒乓球相对向右运动【知识点二】牛顿第二定律的理解和应用1牛顿第二定律的性质2合力、加速度、速度的关系(1)物体的加速度由所受合力决定，与速度无必然联系(2)合力与速度夹角为锐角，物体加速；合力与速度夹角为钝角，物体减速(3)a是加速度的定义式，a与v、v无直接关

11、系；a是加速度的决定式【例1】(多选)(2020河南省顶尖名校4月联考)如图所示，轻质弹簧上端固定，不挂重物时下端位置在C点；在下端挂一个质量为m的物体(可视为质点)后再次保持静止，此时物体位于A点；将物体向下拉至B点后释放。关于物体的运动情况，下面说法中正确的是()A. 物体由B到A的运动过程中，物体的加速度一直在减小B.物体由B到A的运动过程中，物体的速度一直在增大C.物体由B到C的运动过程中，物体的加速度一直在增大D.物体由B到C的运动过程中，物体的速度先增大后减小【答案】ABD【解析】物体在A点处于平衡状态，从B到A过程中，弹簧弹力大于重力，根据牛顿第二定律可知，物体将向A加速运动，随

12、着弹簧形变量的减小，物体加速度将逐渐减小，当到达A时弹力等于重力，物体速度达到最大，然后物体将向C做减速运动，从A到C过程中，弹簧弹力逐渐减小，因此物体做减速运动的加速度逐渐增大，故从B到C整个过程中，物体加速度先减小后增大，速度先增大后减小，故A、B、D正确，C错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生对本题有清晰的受力分析并能应用牛顿运动定律分析物体的运动性质进一步理解相互作用观及运动观。【必备知识】理解牛顿第二定律的三点注意(1)分析物体的运动性质，要从受力分析入手，先求合力，然后根据牛顿第二定律分析加速度的变化(2)速度的大小如何变化取决于加速度和速度方向间

13、的关系，和加速度的大小没有关系(3)加速度如何变化取决于物体的质量和合外力，与物体的速度没有关系【变式训练】(2021四川广元一诊)如图所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体，现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体可以一直运动到B点如果物体受到的阻力恒定，则()A物体从A到O先加速后减速B物体从A到O做加速运动，从O到B做减速运动C物体运动到O点时，所受合力为零D物体从A到O的过程中，加速度逐渐减小【答案】A【解析】物体从A到O，初始阶段受到的向右的弹力大于阻力，合力向右随着物体向右运动，弹力逐渐减小，合力逐渐减小，由牛顿第二定律可知，加速度向右且逐渐减小，由于加速度与速度同向

14、，物体的速度逐渐增大当物体向右运动至A、O间某点(设为点O)时，弹力减小到与阻力相等，物体所受合力为零，加速度为零，速度达到最大此后，随着物体继续向右运动，弹力继续减小，阻力大于弹力，合力方向变为向左，至O点时弹力减为零，此后弹力向左且逐渐增大，所以物体越过O点后，合力(加速度)方向向左且逐渐增大，由于加速度与速度反向，故物体做加速度逐渐增大的减速运动综合以上分析，只有选项A正确【知识点三】牛顿第三定律的理解与应用1.相互作用力的特点(1)三同(2)三异(3)二无关2.一对平衡力与作用力、反作用力的比较名称项目一对平衡力作用力与反作用力作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时

15、产生、同时消失一定同时产生、同时消失力的性质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山东枣庄市第二次模拟)新华社西昌3月10日电“芯级箭体直径9.5米级、近地轨道运载能力50吨至140吨、奔月转移轨道运载能力15吨至50吨、奔火(火星)转移轨道运载能力12吨至44吨”这是我国重型运载火箭长征九号研制中的一系列指标，已取得阶段性成果，预计将于2030年前后实现首飞。火箭点火升空，燃料连续燃烧的燃气以很大的速度从火箭喷口喷出，火箭获得推力。下列观点正确的是()A. 喷出的燃气对周围空气的挤压力就是火箭获得的推力B.因为喷出的燃气挤压空气，所以空气对燃气的反作用力就是火箭获得

16、的推力C.燃气被喷出瞬间，火箭对燃气的作用力就是火箭获得的推力D.燃气被喷出瞬间，燃气对火箭的反作用力就是火箭获得的推力【答案】D【解析】喷出的燃气对周围空气的挤压力，作用在空气上，不是火箭获得的推力，故A错误； 空气对燃气的反作用力，作用在燃气上，不是火箭获得的推力，故B错误； 燃气被喷出瞬间，燃气对火箭的反作用力作用在火箭上，是火箭获得的推力，故C错误，D正确。【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念中相互作用观。【必备知识】“两看”巧判作用力和反作用力一看受力物体作用力和反作用力应作用在两个相互作用的物体上二看产生的原因作用力和反作用力是由于相互作用而产生的，一定是同种性质的力【变式

17、训练1】 (2020浙江衢州、湖州、丽水三地市4月教学质量监测)在2020年的春节晚会上，杂技绽放表演了花样飞天，如图是女演员举起男演员的一个场景，两位杂技演员处于静止状态。下列说法正确的是()A.水平地面对女演员的支持力等于两演员的重力之和B.水平地面对女演员的摩擦力水平向右C.女演员对男演员的作用力大于男演员对女演员的作用力D.女演员对男演员的作用力小于男演员对女演员的作用力【答案】A【解析】由题可知，男、女演员处于静止状态，二者与地面之间没有相对运动的趋势，即地面对女演员没有摩擦力作用，二者整体受到重力和地面对其的支持力作用，根据共点力的平衡条件可知，水平地面对女演员的支持力等于两演员的

18、重力之和，故A正确，B错误；女演员对男演员的作用力与男演员对女演员的作用力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知，二者大小相等、方向相反，故C、D错误。【知识点四】实验：探究加速度与力、质量的关系1.实验目的(1)学会应用控制变量法研究物理规律。(2)探究加速度与力、质量的关系。(3)掌握利用图像处理数据的方法。2.实验原理(1)控制变量法保持质量不变，探究加速度与合力的关系。保持合力不变，探究加速度与质量的关系。(2)求加速度a或a。3.实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。4.实验步骤(1)质量的测量：用天平测量

19、小盘和砝码的质量m和小车的质量m。(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车施加牵引力)。(3)用阻力补偿法测合力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。(4)操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码。保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m，重复步骤。在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。描点作图，作aF的图像。保持小盘和砝码的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图像。5.注意事项(1)用阻力补偿法测合力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿

20、斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在用阻力补偿法测合力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。(2)不用重复用阻力补偿法测合力。(3)实验条件：mm。(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。6.误差分析(1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。(2)用阻力补偿法测合力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。7.数据处理(1)利用xaT2

21、及逐差法求a。(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比。(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比。【例1】(2021广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要_、_。(2)下列做法正确的是_。A调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B在调节木板倾斜角度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的托盘通过定滑轮拴在小车上C实验时，先放开小

22、车，再接通打点计时器的电源D通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度E用托盘和盘内砝码的重力作为小车和车上砝码受到的合外力，为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量(3)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的a关系图线，如图所示。由图可分析得出：加速度与质量成_关系(选填“正比”或“反比”)；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角_(选填“过大”或“过小”)。【答案】(1)天平刻度尺(2)ADE(3)反比过大【解析】(1)实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车

23、受到的拉力，需测量托盘的质量，所以还需要天平。 实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度，所以还需要刻度尺。(2)平衡摩擦力时应系上纸带，不能挂托盘。调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，A项正确，B项错误；平衡摩擦力后细绳与木板平行，且托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量时，托盘和砝码的总重力近似等于小车和车上砝码受到的合外力，E项正确；实验时应该先接通电源，后释放小车，使得纸带上点迹多一些，以便于测量加速度，还要多测几组数据减小偶然误差，C项错误；通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜角度，D项正确。(3)a图象是一条直线，说明a与M

24、成反比；图象在a轴上有截距，这是平衡摩擦力时木板的倾角过大造成的。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学探究。要求考生能准确理解实验原理明确实验的操作步骤。【必备知识】本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。1平衡摩擦力用小车所受的拉力替代合力小车受力为重力、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为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。2小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)用悬挂物重力替代小车所受的拉力由牛顿第二定律：系统加速度ag，小车所受的拉力FMaMmg，显然，当Mm时，Fmg。【变式训练】在“

25、验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置图进行实验。(1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是_(填字母序号)。A取下沙和沙桶B在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动C小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开D把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度(2)实验中，已经测出小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m，若要将沙和沙桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是_。(3)在实验操作中，下列说法正确的是_。A求小车运动的加速度时，可用天平测出沙和沙桶的质量M和m，以及小车质量M，直接用公式ag求出B实验时，应先接通打点计时器的电源

26、，再放开小车C每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度D先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系【答案】(1)AD(2)沙和沙桶的总质量远小于小车的质量(3)BD【解析】(1)平衡摩擦力时使小车所受重力沿木板方向分力与小车所受摩擦力平衡，故A、D项正确，B项错误；为确定小车是否为匀速运动，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断，故C项错误。(2)根据牛顿第二定律得，mg(Mm)a，解得a，则绳子的拉力FMa，可知当沙和沙桶的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力大小等于沙和沙桶的总重力，所以应满足的条件是沙和沙桶

27、的总质量远小于小车的质量。(3)本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后有tan ，小车质量改变时，总满足mgsin mgcos ，与小车质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确。三讲关键能力【能力点一】.“转换研究对象法”在受力分析中的应用(1)“转换研究对象法”在受力分析中的应用，其本质是牛顿第三定律的应用(2)由于作用力与反作用力的关系，当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力如求压力时，可先求支持力【例1】(2020洛阳

28、模拟)如图所示，质量为m的物体放在质量为M、倾角为的斜面体上，斜面体置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物体使其沿斜面向下匀速运动，斜面体始终静止，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A.斜面体对地面的摩擦力大小为Fcos B.斜面体对地面的压力为(Mm)gC.物体对斜面体的摩擦力的大小为FD.斜面体对物体的作用力竖直向上【答案】A【解析】由于斜面体和物体都处于平衡状态，将斜面体和物体看成一个整体，由受力情况结合共点力的平衡条件可得，地面对斜面体的摩擦力大小为Fcos ，地面对斜面体的支持力大小为(Mm)gFsin ，由牛顿第三定律可知，A正确，B错误；隔离物体进行受力分析，由共点力平

29、衡条件得斜面体对物体的摩擦力大小为Fmgsin ，由牛顿第三定律可知，C错误；斜面体对物体的作用力即为物体受到的支持力与摩擦力的合力，由共点力的平衡条件可知斜面体对物体的作用力与物体的重力和F的合力大小相等、方向相反，故斜面体对物体的作用力不在竖直方向上，D错误。【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念与科学思维。要求考生深刻理解牛顿第三定律并能用转换法进行受力分析。【变式训练】(2020邢台市质检)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力大小为()A

30、MgFfBMgFfCMgmgDMgmg甲乙【答案】A【解析】环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力Ff，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力Ff，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FNFfMgFfMg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即FNMgFf，故选项A正确。【能力点二】会分析动力学的两类基本问题1.基本思路2.基本步骤3.解题关键(1)两类分析物体的受力分析和物体的运动过程分析。(2)两个桥梁加速度是联系运动和力的桥梁；速度是各物理

31、过程间相互联系的桥梁。4.常用方法(1)合成法在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用合成法。(2)正交分解法若物体的受力个数较多(3个或3个以上)时，则采用正交分解法。类型1已知物体受力情况，分析物体运动情况【例1】 (2020山东省等级考试模拟)如图甲所示，在高速公路的连续下坡路段通常会设置避险车道，供发生紧急情况的车辆避险使用，本题中避险车道是主车道旁的一段上坡路面。一辆货车在行驶过程中刹车失灵，以v090 km/h 的速度驶入避险车道，如图乙所示。设货车进入避险车道后牵引力为零，货车与路面间的动摩擦因数0.30，取重力加速度大小g10 m/s2。(1)为了防止货车在避险车道上停下后发

32、生溜滑现象，该避险车道上坡路面的倾角应该满足什么条件？设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，结果用的正切值表示；(2)若避险车道路面倾角为15，求货车在避险车道上行驶的最大距离。(已知sin 150.26，cos 150.97，结果保留2位有效数字)【答案】(1)tan (2)57 m【解析】(1)对货车进行受力分析，可得小车的最大静摩擦力等于滑动摩擦力为Ffmgcos 而货车重力在沿上坡路面方向的分量为Fmgsin ，若要货车在避险车道上停下后不发生溜滑现象，则需要FfF，即mgsin mgcos ，解得，tan ，则当tan 时，货车在避险车道上停下后不会发生溜滑现象。(2)设货车在避险车道上的加

33、速度为a，根据牛顿第二定律F合ma得F合mgsin mgcos ma解得ag(sin cos )10(0.260.30.97) m/s25.51 m/s2设货车在避险车道上行驶的最大距离为xv090 km/h25 m/s 据匀变速直线运动位移公式0v2ax代入数据，解得x m57 m。【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念中的相互作用观。类型2已知物体运动情况，分析物体受力情况【例2】 (2020辽宁大连市第一次模拟)“新冠”席卷全国，在举国上下“抗疫”的斗争中，武汉各大医院出现了一批人工智能机器人。机器人“小易”在医护人员选择配送目的后，就开始沿着测算的路径出发，在加速启动的

34、过程中“小易”“发现”正前方站一个人，立即制动减速，恰好在距离人30 cm处停下。“小易” 从静止出发到减速停止，可视为两段匀变速直线运动，其vt图像如图2所示，图中t01.6 s，v05 m/s。已知减速时的加速度大小是加速时加速度大小的3倍，“小易”(含药物)的总质量为60 kg，运动过程中阻力恒为20 N。(结果保留3位有效数字)求：(1)“小易”从静止出发到减速停止的总位移以及加速过程与减速过程的加速度分别多大；(2)启动过程的牵引力与制动过程的制动力(不含阻力)分别多大。【答案】(1)4 m4.17 m/s212.5 m/s2(2)270 N730 N【解析】(1)设加速运动与减速运

35、动的时间分别为t1、t2，位移分别是x1、x2，总时间是t0，总位移是x，由匀变速直线运动规律知x1t1，x2t2xx1x2，解得x4 m由加速度定义式知a1，a2，则a23a1t0t1t2联立解得t11.2 s，t20.4 s则a1 m/s24.17 m/s2，a2 m/s212.5 m/s2。(2)对加速过程与减速过程分别列牛顿第二定律方程有F1Ffma1，F2Ffma2解得F1270 N，F2730 N。【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念中的运动观。【能力点三】会分析动力学图像问题1.常见图像vt图像、at图像、Ft图像、Fa图像等。2.题型分类(1)已知物体受到的力

36、随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况。(2)已知物体的速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况。(3)由已知条件确定某物理量的变化图像。3.解题策略(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。(3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情景结合起来，应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。【例1】(2021湖北三校联考)水平

37、地面上有一轻质弹簧，下端固定，上端与物体A相连接，整个系统处于平衡状态现用一竖直向下的力压物体A，使A竖直向下匀加速运动一段距离，整个过程中弹簧一直处在弹性限度内下列关于所加力F的大小和运动距离x之间的关系图象正确的是() 【答案】：D【解析】：开始时，物体处于平衡状态，物体受重力和弹力，则有mgkx1，物体向下匀加速过程，对物体受力分析，受重力、弹簧向上的弹力、推力F，根据牛顿第二定律，有FmgF弹ma，根据胡克定律，有F弹k(x1x)mgkx，解得FmamgF弹makx，故力F与x呈线性关系，且是增函数，故D正确【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念中的相互作用观。本题要求

38、考生能准确的受力分析并能借助牛顿运动定律分析运动的性质并能根据科学的推理建立物理函数表达式然后进行图像转换。【必备知识】解决图象综合问题的关键图象反映了两个变量之间的函数关系，必要时需要根据物理规律进行推导，得到函数关系后结合图线的斜率、截距、面积、交点坐标、拐点的物理意义对图象及运动过程进行分析【变式训练】(2020哈师大附中模拟)如图甲所示，水平长木板上有质量m1.0 kg的物块，受到随时间t变化的水平拉力F作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小重力加速度g取10 m/s2.下列判断正确的是()A5 s内拉力对物块做功为零B4 s末物块所受合力大小为4.0 NC物块与木板之间

39、的动摩擦因数为0.4D69 s内物块的加速度的大小为2.0 m/s2【答案】D【解析】根据图象，最大静摩擦力为4 N4 s后，物块受到拉力F大于4 N，开始运动，所以5 s内拉力做功不为零，A错误；4 s末，物块所受合力为零，B错误；物块所受滑动摩擦力为Ff3 N，质量m1.0 kg，根据滑动摩擦力公式求出物块与木板间的动摩擦因数0.3，C错误；69 s内，物体的加速度a m/s22.0 m/s2，D正确【例2】(2020潍坊一中摸底)如图甲所示，水平地面上固定一带挡板的长木板，一轻弹簧左端固定在挡板上，右端接触滑块，弹簧被压缩0.4 m后锁定，t0时解除锁定，释放滑块。计算机通过滑块上的速度

40、传感器描绘出滑块的vt图象如图乙所示，其中Oab段为曲线，bc段为直线，倾斜直线Od是t0时的速度图线的切线，已知滑块质量m2.0 kg，取g10 m/s2，则下列说法正确的是()甲乙A滑块被释放后，先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动B弹簧恢复原长时，滑块速度最大C弹簧的劲度系数k175 N/mD该过程中滑块的最大加速度为35 m/s2【答案】C【解析】根据vt图线的斜率表示加速度可知，滑块被释放后，先做加速度逐渐减小的加速直线运动，弹簧弹力与摩擦力相等时速度最大，此时加速度为零，随后加速度反向增加，从弹簧恢复原长时到滑块停止运动，加速度不变，选项A、B错误；由题中图象知，滑块脱离弹簧后的

41、加速度大小a1 m/s25 m/s2，由牛顿第二定律得摩擦力大小为Ffmgma125 N10 N，刚释放时滑块的加速度大小为a2 m/s230 m/s2，此时滑块的加速度最大，选项D错误；由牛顿第二定律得kxFfma2，代入数据解得k175 N/m，选项C正确。【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念中的运动观。要求考生能借助v-t图像获取运动信息然后应用牛顿运动定理分析物题的受力情况。【变式训练】(2020江苏海门中学第二次质调)一个物体在多个力的作用下处于静止状态，如果仅使其中一个力的大小逐渐减小到零，然后又从零逐渐恢复到原来的大小(此力的方向始终未变)，在这一过程中其余各力

42、均不变。那么，下列各图中能正确描述该过程中物体速度变化情况的是()【答案】D【解析】由于物体在多个力的作用下处于静止状态，如果仅使其中一个力的大小逐渐减小到零，然后又从零逐渐增大到原来的大小，物体受到的合力逐渐增大到某值，然后逐渐减小到零，根据牛顿第二定律知物体的加速度逐渐增大到某值后再逐渐减小至零，而速度从零开始一直增大，根据vt 图像的切线斜率表示瞬时加速度，知D图正确，故A、B、C错误，D正确。【能力点四】会分析临界极值问题1临界或极值条件的标志(1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，表明题述的过程存在临界点(2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语，表明题述的

43、过程存在“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态(3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼，表明题述的过程存在极值，这个极值点往往是临界点(4)若题目要求“最终加速度”“稳定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度2几种临界状态和其对应的临界条件临界状态临界条件速度达到最大物体所受的合外力为零两物体刚好分离两物体间的弹力FN0绳刚好被拉直绳中张力为零绳刚好被拉断绳中张力等于绳能承受的最大拉力【例1】如图所示，一弹簧一端固定在倾角为37的光滑固定斜面的底端，另一端拴住质量为m14 kg的物体P，Q为一质量为m28 kg的物体，弹簧的质量不计，劲度系数k600 N/m，系统处于静止状态。

44、现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F，使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，已知在前0.2 s时间内，F为变力，0.2 s以后F为恒力，已知sin 370.6，cos 370.8，取g10 m/s2。求力F的最大值与最小值。【审题指导】：题干关键获取信息光滑固定斜面无滑动摩擦力系统处于静止状态可求出弹簧的压缩量从静止开始沿斜面向上做匀加速运动初速度为零，加速度恒定0.2 s以后F为恒力经过0.2 s，P和Q恰好分离力F的最大值与最小值t0时拉力最小，分离后拉力最大【答案】72 N36 N【解析】设开始时弹簧的压缩量为x0，由平衡条件得(m1m2)gsin kx0代入数据解得x00.12 m因前0

45、.2 s时间内F为变力，之后为恒力，则0.2 s时刻两物体分离，此时P、Q之间的弹力为零，设此时弹簧的压缩量为x1对物体P，由牛顿第二定律得kx1m1gsin m1a前0.2 s时间内两物体的位移x0x1at2联立解得a3 m/s2对两物体受力分析知，开始运动时拉力最小，分离时拉力最大Fmin(m1m2)a36 N对Q应用牛顿第二定律得Fmaxm2gsin m2a解得Fmaxm2(gsin a)72 N。【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生掌握应用牛顿运动定律解决临界问题的一般思路及方法。【必备知识】动力学中几种典型的“临界条件”(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是弹力FN0。(2)相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值。(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限度的，绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所