牛顿运动定律大综合—2021年高考物理（新高考版）（解析版）.pdf

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1、2021年高考物理【热点重点难点】专练(新高考专用)重难点0 3牛顿运动定律大综合【知识梳理】考点一超重与失重1 .物体处于超重状态还是失重状态取决于加速度的方向，与速度的大小和方向没有关系.下表列出了加速度方向与物体所处状态的关系.加速度超重、失重视重尸。=0不超重、不失重F=mga的方向竖直向上超 重:F=m(g+a)a的方向竖直向下失重F=m(ga)a=g,竖直向下完全失重F=0特别提醒:不论是超重、失重、完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变.2 .超重和失重现象的判断“三”技巧(1)从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失

2、重状态，等于零时处于完全失重状态.(2)从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态.(3)从速度变化角度判断物体向上加速或向下减速时，超重；物体向下加速或向上减速时，失重.考点二动力学中的临界极值问题分析1 .当物体的运动从一种状态转变为另一种状态时必然有一个转折点，这个转折点所对应的状态叫做临界状态；在临界状态时必须满足的条件叫做临界条件.用变化的观点正确分析物体的受力情况、运动状态变化情况，同时抓住满足临界值的条件是求解此类问题的关键.2 .临界或极值条件的标志(1)有些题目中有“刚好”、“恰好、正好

3、”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界点；(2)若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就是临界状态；(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着极值，这个极值点往往是临界点；(4)若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等，即是要求收尾加速度或收尾速度.【重点归纳】动力学中的典型临界条件(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FN=O.(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

4、与松驰的临界条件：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能承受的最大张力，绳子松驰的临界条件是：FT=O.(4)加速度变化时，速度达到最大的临界条件：当加速度变化为。=0时.考点三传送带模型和滑块一木板模型1.“传送带模型”问题的分析思路(1)模型特征一个物体以速度V03亚0)在另一个匀速运动的物体上开始运动的力学系统可看做“传送带”模型，如图(a)、(b)、(c)所示.(2)建模指导传送带模型问题包括水平传送带问题和倾斜传送带问题.水平传送带问题：求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断.判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度与传送带的速度，也就是分析

5、物体在运动位移M对地)的过程中速度是否和传送带速度相等.物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻.倾斜传送带问题：求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况，从而确定其是否受到滑动摩擦力作用.如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况.当物体速度与传送带速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变.2.“滑块木板模型，问题的分析思路(1)模型特点：上、下叠放两个物体，并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动.(2)建模指导解此类题的基本思路：(1)分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度：(

6、2)对滑块和木板进行运动情况分析，找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系，建立方程.特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移.【重点归纳】1.传送带模型分析处理传送带问题时需要特别注意两点：一是对物体在初态时所受滑动摩擦力的方向的分析;二是对物体在达到传送带的速度时摩擦力的有无及方向的分析.(1)水平传送带模型项目图示滑块可能的运动情况情 景 1 o=Of i t)(i)可能一直加速(2)可能先加速后匀速情景2Vo(1)丫 0 丫时:可能一直减速，也可能先减速再匀速(2)w v 时，可能一直加速，也可能先加速再匀速情景3Vo(Ta(1)传送带较短时，滑块一直减速达到左端(2)传送带较长时，滑

7、块还要被传送 带 传 回 右 端.其 中 返 回 时速度为V,当 v o 4 /c.a1&TBTB=F2B.4 4 T：=TA=-FD.q /T；7 F【答案】B【详解】在光滑水平面上时，根据牛顿第二定律得F=3niax,TA=2ma1,TB=nui解得在粗糙水平面上时F-3mg=3 m o,T；_R.2mg-2ma2,T；-pmg-tna2解得F-3/.img,2,1T=3F TB=3F故选B。4.如图所示，轻原妪放在光滑的水平地面上，物体A、B与轻质板的动摩擦因数=0 1（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）已 知 吗=2 k g,mB=lkg,g取10m/s2。当作用在A上的水平力尸=4N时，

8、物体A的加速度为（）F-1 7 1|TI-1A.Im/s2 B.1.5m/s2 C.-|m/s2 D.2mzs）【答案】B【详解】对B受力分析得B能获得的最大加速度B=/zg=lm/s2假设A、B不相对滑动，整体分析得F 4,2a=-=m/s-机 A +mR 3因为a 6%假设不成立，B会相对于轻质板滑动。对A受力分析得，A受 摩 擦 力 为 物 体A的加速度为=5 曲叫故选B。二、多项选择题：本题共2 小题。5.如图所示，质 量 M=lkg足够长的木板B 放在水平地面上，其上放有质量根=lkg煤 块 A,A、B间的动摩擦因数4=0.1,B 与地面之间的动摩擦因数4=0 2 现对B 施加水平向

9、右的拉力尸=8N持续作用2s然后撤去，则 在 A、B 运动的整个过程中，g=10m/s2,设滑动摩擦力等于最大静摩擦力，则（）AA.A 比 B 先相对地面静止B.A 的位移为4mC.A 在 B 上留下的划痕长 113D.系统因摩擦产生的总热量48J【答案】CD【详解】ABC.B 在尸=8N的外力作用下，A、B 均向右加速，但 A 相 对 B 向左滑动，分别对A、B 受力分析,根据牛顿第二定律，对 A 有417ng=ma对 B 有F-/nAmg 一 2（根 +M）g=Ma?代入数据可解得t7i=lm/s2,2=3m/s2产作用。=2s时，A 与 B 的速度分别是vA=卬=2m/svB=a2t=6

10、 m/s撤去外力后，A的加速度不变，继续加速，设B的 加 速 度 为 对B据牛顿第二定律有篦 且+以 2 (m+M)g =代入数据解得4Z2=5 m/s2方向水平向左，B做匀减速直线运动，设经过时间打后A、B达到共速V,满足匕+印2=%一也2可 解 得 共 同 速 度8 ,V=VA+卬 2 =向S共速后A以0的加速度做匀减速运动，B以G 的加速度做匀减速运动，对B据牛顿第二定律有/J2(m+=Ma3可解得a3=3m/s2,可得A减速至静止时间v 8G=一=一3 at 3B减速至静止时间v 8LL由于所以B先相对地面静止，A错误;B.由A选项的数据，可求得A、B的总位移分别为1 /、2 /6 4

11、“Fpm1 2 1 ,2 v2 2 72=-+vBr2-2/;+=达到共同速度前，A相对B向后滑行，相对位移为心|=(5%4 +%，2 +，2 y =m达到共同速度后，A相对B向前滑行，相对位移为-2atv2 _ 642a2J两段划痕重复，故 A在 B上 留下的划痕长一 m,AB 错误，C正确；3D.A、B 间摩擦生热为Q i =M g（心 1+%）B 与地面的摩擦生热为。2 =2（加+加）8/系统因摩擦产生的总热量。=。|+。2代入数据可解得。=48 J,D正确故选C D。6.如图甲所示，足够长的倾斜传送带与水平面间的夹角为6,在传送带上某位置轻轻放置一个质量为皿的小滑块，小滑块的速度随时间

12、变化关系如图乙所示，V o,Z 均己知，则（）A.传送带的速度可能大于wB.A）后小滑块受到的摩擦力为/n g si n。C.传送带一定沿顺时针转动D.小滑块与传送带间的动摩擦因数可能为（一t a n 0g%c o s6【答案】BD【详解】AC.由题图乙可知，滑块先做初速度为零的匀加速直线运动，在小后以速 度%做匀速直线运动，由此可知mg si n 0 /jmg c o s 0如果传送带沿逆时针方向转动，滑块放在传送带上后受到的滑动摩擦力沿传送带向下，滑块先做匀加速直线运动，当滑块速度与传送带速度相等时，滑块做匀速直线运动，则传送带的速度丫 =%；如果传送带沿顺时针方向转动，滑块刚放在传送带上

13、时受到的滑动摩擦力沿斜面向上，滑块向上做匀加速直线运动，当滑块速度与传送带速度相等时滑块做匀速直线运动，传送带速度丫 =%；由以上分析可知，传送带既可能沿顺时针方向也可能沿逆时针方向转动，传送带速度不会大于%,故AC错误；B.由题图乙可知，小后滑块做匀速直线运动，处于平衡状态，由平衡条件可知f=mg si n 0故B正确：D.由题图乙可知，滑块做匀加速直线运动时的加速度一如果传送带沿逆时针方向转动，由牛顿第二定律得mg si n 0+jLimg c o s 0=ma解得=.t a n 0g/o c o s。故D正确。故选BD o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

14、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.如图，粗糙斜面与光滑水平面通过光滑小圆弧平滑连接，斜面倾角8=3 7。小滑块（可看作质点）A 的质量为m A=l kg,小滑块B的质量为机B=3 kg,其左端连接一水平轻质弹簧。若滑块A 在斜面上受到大小为4 N,方向垂直斜面向下的恒力厂作用时，恰能沿斜面匀速下滑。现撤去F,让滑块A 从距斜面底端L=4m 处，由静止开始下滑。取 g =1 0 m/s t s i n 3 7=0.6,c o s 3 70=0.8,求：(1)滑块A 与斜面间的动摩擦因数；(2)撤去产后，滑块A 到达斜面底端时的速度大小；(3)滑

15、块A 与弹簧接触后的运动过程中弹簧最大弹性势能。【答案】(1)0.5；(2)4m/s；(3)6J【详解】(1)滑块A 沿着斜面匀速下滑时受力如图所示mAgsin0=FfFN=mgcos6+F又因为Ff=FN联立解得叫 g s i n。/I 一 F+代入已知数据解得：=0.5(2)滑块A 沿斜面加速下滑时受力如图所示F(尸N设滑块A 滑到斜面底端时速度为%,根据动能定理得52Ag s i n O -，纵 g c o s 6)L =g 叫说代入数据解得=4m/s(3)由分析可知，当 A、B速度相同时，弹簧有最大弹性势能。以 A、B及弹簧为研究对象，设它们共同的速度为v ,据动量守恒定律有=(mA+

16、/叫 J)V根据能量守恒有1 2 1 24=5 相 4-5(加人+7/)了代入数据解得：E.J8.水平传送带足够长，始终以=L 5 m/s 的恒定速率顺时针运行，水平面与传送带等高相接，小墨块从4 点向左运动经6 点滑上传送带，小墨块的平均速度与时间的关系如图所示，从 4 点开始计时，入 8两 点 的 距 离 加=3.5m ,小墨块与水平传送带的动摩擦因数 =0.3,重力加速度g =1 0 m/s2,不考虑小墨块由水平面滑上传送带的能量损失。求:(1)小墨块向左运动时到达8点的速度;【答案】(l)vf i=3 m/s；(2)3.3 75m【详解】(1)假设小墨块做匀减速直线运动，由运动学公式可

17、得v=vA+ats=匕 2联立可得_ 1VVA+a t分析下一/可知小墨块确实做匀减速直线运动从图像可求得vA=4m/s,=-lm/s2物体从A点到B点，由运动学公式可知VB-VA=2aXA B代数解得vB=3m/s(2)小墨块滑上传送带向左做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可得jL/m g=ma代数得a=3m/s2小墨块向左运动的时间为4=-=1sa小墨块向左运动的位移为玉=L5m传送带向右运动的位移为x2=v/=1.5m小墨块在传送带上向右做匀加速运动的时间为=0.5s a小墨块在传送带上向右做匀加速运动的位移为3 =2 t29=0.375m 3m传送带在，2内运动的位移x4=卬2 =0.75m小墨块继续在传送带上向右匀速运动，小墨块与传送带为相对位移为小墨块在传送带上留下的痕迹则x=xl+x2+x4-xi=3.375m