第3讲 牛顿运动定律的综合应用.docx
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1、第O讲牛顿运动定律的综合应用物理理鱼上I顺号重做物理观念1连接体问题1 .连接体多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆联系)在一起构成的叵口 物体系统称为连接体。2 .外力与内力外力:系统位1之外的物体对系统的作用力。(2)内力:系统画内各物体间的相互作用力。3 .整体法和隔离法(1)整体法:把画加速度相同的物体看作一个整体来研究的方法。(2)隔离法:求前系统内物体间的相互作用时,把一个物体隔离出来单独研 究的方法。物理观念2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,即说明题述的过程存在 着研临界点。(2)假设题目中有“取值范围”“多长时
2、间”“多大距离”等词语,说明题述的 过程存在着“起止点”,而这些起止点往往对应函临界状态。(3)假设题目中有“最大”“最小” “至多”“至少”等字眼,说明题述的过程 存在着极值,这个极值点往往是临界点。(4)假设题目要求“最终加速度”“稳定速度”等,即是求收尾加速度或收尾速度。3B一起运动时,对A、B整体根据牛顿第二定律得尸-亍/加g = 3m,对A根据牛顿第二定律得b-/=2加,两式联立得/=3/-3喏,当A、B之间的摩擦力最3大为/max = 2Amg时,解得F = 3Amg,即当印mgF3pmg时,A、B两物块相对地 面以相同的速度运动,将b二|/加g代入/=3/-3加g,解得A、B间的
3、摩擦力/= y/W,故B错误;由前述分析可知,当时,A相对B滑动,故C正确;当A、B发生相对滑动时,A对B的滑动摩擦力为/max = 2加g,对B根据牛31顿第二定律得2卬7喏-/卬79二加处 解得。= /g,故无论尸为何值,B的加速度不 会超过Jg,故D正确o关键能力升华叠加体系统临界问题的求解思路对点跟进训练1 .(动力学的临界、极值问题)(2021全国甲卷)如图,将光滑长平板的下端置于 铁架台水平底座上的挡板尸处,上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节, 使得平板与底座之间的夹角。可变。将小物块由平板与竖直杆交点。处静止释放, 物块沿平板从。点滑至P点所用的时间t与夹角e的大小有关。
4、假设由30。逐渐增 大至60。,物块的下滑时间,将()铁架台铁架台B.逐渐减小A.逐渐增大C.先增大后减小D.先减小后增大答案D解析 由题意知,尸、。的水平距离恒定不变,设为对物块分析受力,由 牛顿第二定律可知,物块运动的加速度为gsin。,由运动学公式可知焉= &sin/2,2 4L得Zsinecos片而语 那么。= 45。时,1有最小值,故当夕由30。逐渐增大至60。 时,物块的下滑时间/先减小后增大,D正确。2 .(动力学的临界、极值问题)如下图,卡车上固定有倾角均为37。的两个光 滑斜面体,匀质圆筒状工件置于两个斜面间。卡车正以90km/h的速度匀速行驶, 为了保证刹车时工件不与其中任
5、何一个斜面脱离,那么其刹车的最小距离更接近于 (路面能提供足够大摩擦,sin37。= 0.6)()A. 23 mD. 53 mC. 43m答案C解析 卡车刹车时,当后斜面对工件的支持力为零时,加速度最大,设卡车 平安刹车的最大加速度大小为。,此时工件的受力情况如下图,根据牛顿第二3定律可得2gtan37o =根解得。二承,根据运动学公式那么有。-庐二- 2qx,解得125x = - m,那么其刹车的最小距离更接近于43 m,故C正确,A、B、D错误。ma考点3应用牛顿运动定律解决多过程问题拓展延伸科学思维梳理应用牛顿运动定律解决多过程问题的步骤将“多过程”分解为许多“子过程”,各“子过程”间由
6、“衔接点”连对各“子过程”进行受力分析和运动分析,必要时画出受力图和过程示意(3)根据“子过程”“衔接点”的模型特点选择合理的物理规律列方程。(4)分析“衔接点”速度、加速度等的关联,确定各“子过程”间的时间关联、 位移关联,并列出相关的辅助方程。(5)联立方程组,分析求解,对结果进行必要的验证或讨论。例3如图甲所示,“丁”形木块放在光滑水平地面上,木块水平外表 粗糙,光滑且与水平面夹角为9 = 37。木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个 力传感器,当力传感器受压时,其示数为正值;当力传感器被拉时,其示数为负 值。一个可视为质点的质量为m的滑块从C点由静止开始下滑,运动过程中,传 感器记录到的力和
7、时间的关系如图乙所示。sin37o = 0.6, cos37 = 0.8, g取 10 m/s2 o 求:力传感器斜面BC的长度s;滑块与木块AB外表的动摩擦因数。答案(1)3 m (2)0.2解析(D分析滑块受力,由牛顿第二定律得。i=gsin6 = 6m/s2通过题图乙可知滑块在斜面上运动的时间为由运动学公式得斜面BC的长度为(2)由以下图可知,n2 a滑块在CB上运动时,滑块对木块的压力NJ =N= mgcosd木块对传感器的压力A =F1=Nsin。由题图乙可知:Fif =12N解得 m = 2.5 kg滑块在AB上运动时,传感器对木块的拉力Fi =f=jumg = 5 N解得=3=。
8、.2。关键能力升华应用牛顿运动定律解决多过程问题的策略(1)任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的小过程构成。有些是承上启 下,上一过程的结果是下一过程的,这种情况,一步一步完成即可;有些是 树枝型,告诉的只是旁支,要求的是主干(或另一旁支),这就要求仔细审题,找 出各过程的关联,按顺序逐个分析。(2)对于每一个研究过程,选择什么规律、应用哪一个运动学公式要明确。(3)注意两个过程的连接处,加速度可能突变,但速度一般不会突变,速度是 联系前后两个阶段的桥梁。对点跟进训练1 .(多过程问题的图像分析)如下图,套在水平直杆上质量为m的小球开始 时静止,现对小球沿杆方向施加恒力凡,垂直于杆方向施加
9、竖直向上的力凡 且 厂的大小始终与小球的速度成正比,即尸=切(图中未标出)。小球与杆间的动 摩擦因数为,小球运动过程中未从杆上脱落,且汽刖g。以下关于小球运动中 的速度一时间图像正确的选项是()答案C解析 开始时小球所受杆的支持力方向向上,随着时间的增加,小球速度增 大,尸增大,那么支持力减小,摩擦力减小,根据牛顿第二定律,可知这一阶段小 球的加速度增大。当竖直向上的力尸的大小等于小球重力的大小时,小球的加速 度最大。再往后竖直向上的力尸的大小大于重力的大小,直杆对小球的弹力向下, /增大,那么弹力增大,摩擦力增大,根据牛顿第二定律,可知小球的加速度减小, 当加速度减小到零时,小球做匀速直线运
10、动。故C正确。2.(多过程问题)如下图,质量为10 kg的环在尸=200 N的拉力作用下,沿 固定在地面上的粗糙长直杆由静止开始运动,杆与水平地面的夹角8=37。,拉力 产与杆的夹角也为9。力产作用0.5 s后撤去,环在杆上继续上滑了 0.4 s后速度减 为零。( sin37 = 0.6, cos37 = 0.8, g=10m/s2):(1)环与杆之间的动摩擦因数;(2)环沿杆向上运动的总距离s。答案(1)0.5 (2)1.8 m解析(1)设环做匀加速直线运动和匀减速直线运动的加速度大小分别为 和。2,撤去力方瞬间环的速度为那么由0 =。1九0 =。-。2亥,得0介=。2亥代入数据得20 =
11、1.6及根据牛顿第二定律得Feos。- mgsmO - /(/sin。- mgeosO) = mamgsinO + 4 mgeos。= ma2联立解得4 = 0.5。(2)|各 = 0.5代入得0=8 m/s2, 6Z2 = 10 m/s2所以环沿杆向上运动的总距离一、选择题(此题共6小题,其中第15题为单项选择,第6题为多项选择)1.(2021海南高考)如图,两物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连,开 始时P静止在水平桌面上。将一个水平向右的推力尸作用在P上后,轻绳的张力 变为原来的一半。P、Q两物块的质量分别为mp = Q5kg、mQ = 0.2 kg, P与 桌面间的动摩擦因数重力加
12、速度g=10m/s2。那么推力方的大小为()B. 3.0 NA. 4.0 NC. 2.5 NC. 2.5 ND. 1.5 N答案A解析 开始时P静止在水平桌面上,由平衡条件有T,=mQg = 2N, f=T=2Nmg时,A与B相对滑动,B受到A的滑动摩擦力为加g勺he, 那么B、C不会相对滑动,应选B。4.(2022辽宁省名校联盟高三上9月联合考试)如下图,一只杯子固定在水 平桌面上,将一块薄纸板盖在杯口上并在纸板上放一枚鸡蛋,现用水平向右的拉 力将纸板快速抽出,鸡蛋(水平移动距离很小,几乎看不到)落入杯中,这就是惯 性演示实验。鸡蛋(可视为质点)离纸板左端的距离为乙鸡蛋和纸板的质量均 为相,
13、所有接触面的动摩擦因数均为,重力加速度为g,假设鸡蛋移动的距离不超 过就能保证实验成功,那么所需拉力的最小值为()A. 3因ngC.14/zmg D.26/zmg答案C解析 当纸板相对鸡蛋运动时,设临界情况时鸡蛋的加速度为0,纸板的加 速度为2,那么纸板抽出时鸡蛋运动的最大距离为得=51产,纸板运动的距离为d + = 52户,联立解得= 1,根据牛顿第二定律得,对鸡蛋有fi =mg = mai, 得=g,对纸板有Fmin -f -fi = mai, fi = 2卬叫,代入解得Fmm =应选Co5 .(2021 .河北省保定市高三下二模)竖直升降机内固定一斜面,其顶端固定一 光滑的轻滑轮。滑块A
14、、B通过不可伸长的细绳跨过滑轮连接,开始时升降机静 止,然后匀加速向上运动,整个过程中A、B始终相对斜面静止,贝IJ()A.升降机静止时,滑块A受到沿斜面向下的摩擦力B.升降机加速向上运动过程中A受到的摩擦力一定大于静止时受到的摩擦C.升降机加速向上运动过程中A可能不受摩擦力D.细绳对B的拉力始终等于B的重力答案C解析 升降机静止时,由于不知道滑块A重力沿斜面方向分力与滑块B重力 的大小关系,那么无法确定滑块A所受摩擦力的方向,故A错误;假设升降机加速 向上运动时,A不受摩擦力的作用,对A有fkcos。+ Tsin。- mAg 二如/,FsinO =TcosO,对B有T-77iBg = mB。
15、,联立得/WAsin。=/%B,故B错误,C正确;升降 机加速向上运动时,滑块B也加速上升,那么细绳对B的拉力大于B的重力,故D 错误。6 .如图甲所示,在倾角为9 = 30。的固定光滑斜面上,轻质弹簧下端固定在 底端挡板上,另一端与质量为m的小滑块A相连,A上叠放另一个质量也为m 的小滑块B,弹簧的劲度系数为k,初始时两滑块均处于静止状态。现用沿斜面 向上的拉力/作用在滑块B上,使B开始沿斜面向上做加速度为。的匀加速运动, 测得两个滑块的图像如图乙所示,重力加速度为g,贝IJ()A.施加拉力产前,弹簧的形变量为詈8 .拉力尸刚施加上时,A的加速度为0C. A、B在力时刻别离,此时弹簧弹力大小
16、为品(g +2a)D.弹簧恢复到原长时,A的速度到达最大值答案AC解析 施加产前,小滑块A、B整体平衡,根据平衡条件,有2叫sin。=云, 解得工=冽泮=管,故A正确;由图乙可知,拉力厂刚施加上时,小滑块A、B还未别离,具有相同的加速度。,故B错误;A、B在九时刻别离,此时它们 具有相同的加速度和速度,且&B = 0,对A有方弹- mgsin。= ma,解得尸弹二力(2。 + g),故c正确;当A受到的合力为零,即/弹=mgsin。时,A的速度到达最 大值,此时弹簧被压缩,故D错误。二、非选择题(此题共2小题)7.(2021天津市河西区高三下二模)如下图,滑块在平行于斜面方向的恒定 拉力/作用
17、下从A点由静止开始向上运动,运动到。点(未标出)时撤去拉力,滑 块继续上滑到B点速度为零。接着滑块又沿斜面下滑,到A点时滑块的速度0a =6 m/so滑块从A点运动到B点的时间与从B点运动到A点的时间相等。(1)求滑块上滑经过C点时的速度;(2)假设。点是A3的中点,求拉力尸与滑块所受摩擦力/的大小之比;(3)在(2)问条件下,求A、8两点间的高度差(g取lOm/s)答案 (1)6 m/s (2)8 : 1 (3)2.7 m解析(1)滑块上滑经过的两个过程都是匀变速直线运动,下滑过程也是匀变速直线运动,依题意得“5=sab =淤 a,联立解得vc = va = 6 m/So设斜面倾角为氏滑块质
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- 牛顿 运动 定律 综合 应用
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