福建省高考物理二輪專題總復習 專題2 第2課時 牛頓定律的綜合應(yīng)用課件

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1、專題二 牛頓定律在直線運動中的應(yīng)用第第2課時課時 牛頓定律的綜合應(yīng)用牛頓定律的綜合應(yīng)用一、動力學解題的兩種基本類型一、動力學解題的兩種基本類型 此類題目一般為中等難度題，題目都是選取一個具體的物理過程，創(chuàng)設(shè)一定的物理情景，按照一定的程序進行解題，考查對運動學和動力學基本原理的掌握情況 動力學解題的兩種基本類型：(1)已知物體運動情況求受力情況；(2)已知物體受力情況求運動情況；而解答這兩類問題的關(guān)鍵是分析清楚物體的受力情況和運動情況，弄清所給的物理情景，加速度是動力學和運動學公式之間聯(lián)系的橋梁例例1：小明家剛買車的第一天，小明的爸爸駕車行駛時經(jīng)過一個上坡道一個小孩追逐一個皮球突然跑到車前小明的

2、爸爸急剎車，車輪在馬路上劃出一道長12m的黑帶后停住幸好沒有撞著小孩！小孩若無其事地跑開了路邊一個交通警察目睹了全過程，遞過來一張超速罰款單，并指出最高限速是60km/h.小明對當時的情況進行了調(diào)查：估計路面與水平面的夾角為15；查課本可知輪胎與路面的動摩擦因數(shù)=0.60；從汽車說明書上查出該汽車的質(zhì)量是1570kg，小明的爸爸體重是60kg；目擊者告訴小明小孩用3.0s的時間跑過了4.6m寬的馬路又知cos15=0.966，sin15=0.259.根據(jù)以上信息，你能否用學過的知識到法庭為小明的爸爸做無過失辯護？(取g=9.8m/s2)解：能進行無過失辯護對汽車整體分析由牛頓第二定律得，Mgs

3、in +f=ma，N-mgcos =0又f=N，所以a=gcos +gsin代入數(shù)據(jù)得a=8.2m/s2剎車可以認為是勻減速過程，末速度為零根據(jù)vt2-vo2=-2as 得：v0=14m/s50km/h60km/h，故不超速【解析】本題以日常生活問題為背景要求學生能正確獲取并處理有用的信息、把實際問題轉(zhuǎn)化成物理問題，找出解題的一個突破點，進行受力分析，弄清楚動力學問題的關(guān)鍵是牛頓第二定律，聯(lián)系運動學和動力學的焦點是加速度 【方法技巧小結(jié)】 獲取有用信息，不能誤用小孩跑過馬路的時間要抓住加速度，就要先通過牛頓定律求得加速度，再用相應(yīng)的運動學公式求解此題也可用動能定理求解 如圖2-2-1所示，長L

4、=75cm的靜止直筒中有一不計大小的小球，筒與球的總質(zhì)量為4kg，現(xiàn)對筒施加一豎直向下、大小為21N的恒力，使筒豎直向下運動，經(jīng)t=0.5s時間，小球恰好躍出筒口，求小球的質(zhì)量(不計阻力，取g=10m/s2)圖221由運動學公式得h1=at2h2= gt2又有L=h1-h2代入數(shù)據(jù)解得：a=16m/s2又因為筒受到重力(M-m)g和向下作用力F，【解析】設(shè)筒與小球的總質(zhì)量為M，小球的質(zhì)量為m，筒在重力及恒力的共同作用下豎直向下做初速度為零的勻加速運動，設(shè)加速度為a；小球做自由落體運動，設(shè)在時間t內(nèi)，筒與小球的位移分別為h1、h2(球可視為質(zhì)點)12據(jù)牛頓第二定律有F+(M-m)g=(M-m)a

5、代入數(shù)據(jù)得m=0.5kg二、彈簧模型二、彈簧模型 彈簧模型的特征是以彈力的變化為依托，關(guān)聯(lián)兩個或兩個以上物體設(shè)置復雜的物理情景，考查力的概念、平衡條件、牛頓定律的應(yīng)用及能的轉(zhuǎn)化與守恒，呈現(xiàn)出多物理量的對稱性找出平衡位置是解題的關(guān)鍵例例2：如圖2-2-2所示，在傾角為的光滑斜面上有兩個用輕質(zhì)彈簧相連接的物塊A、B，它們的質(zhì)量分別為mA、mB，彈簧的勁度系數(shù)為k，C為一固定擋板系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)開始用一恒力F沿斜面方向拉物塊A使之向上運動，求物塊B剛要離開C時：(1)物塊A的加速度a；(2)從開始到此時物塊 A的位移d. (重力加 速度為g)圖 222【解析】本例是彈簧模型在運動和力上的應(yīng)用，求

6、解時要抓住兩個關(guān)鍵：一個是物塊B剛要離開C的條件，另一個是彈簧由壓縮狀態(tài)變?yōu)樯扉L狀態(tài)，其形變量與物塊A位移的關(guān)系解：令x1表示未施加F時彈簧的壓縮量 對A：mAgsin=kx1 令x2表示B剛要離開C時彈簧的伸長量對B：kx2=mBgsin 對A：F-mAgsin-kx2=mAa 由式得 由題意得d=x1+x2 由式可得() sinABAFmm gam() sinABmm gdk 從本例看出彈簧試題的確是訓練考生思維和開發(fā)考生潛能的優(yōu)秀試題彈簧試題是區(qū)分學生能力強弱、拉大差距、選拔人才的一種常規(guī)題型因此，彈簧試題也就成為高考物理的一種重要題型以跟蹤分析為解題的靈魂，抓住臨界、隱含、瞬間等特征，

7、此題彈力是變力故要抓住運動中的臨界狀態(tài)才能求解，不能運用牛頓定律或運動學公式進行過程列式 如圖2-2-3，質(zhì)量為m的小球用水平輕質(zhì)彈簧系住，并用傾角為30的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止狀態(tài)當木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為（ ） 圖223A0B大小為 g，方向豎直向下C大小為 g，方向垂直于木板向下D大小為 g，方向水平向右C2 332 3333【解析】本題利用彈簧不可突變的“遲鈍性”，考查牛頓第二定律的瞬時性解決此類問題時，注意“彈簧”和“木板”(或細線)的區(qū)別，還要正確理解“瞬時”的含義，即那一時刻木板支持力(或細線拉力)立即消失，而彈簧還不能馬上收縮恢復，即kx未來得及變

8、化所以應(yīng)先對木板未撤(或細線未剪斷)時的物體做受力分析，再求出此時物體受到的合力，進而求出物體的加速度 未撤離木板前，小球受到重力mg，彈簧拉力kx，木板支持力F，如圖所示，由平衡條件得：Fcos=mg，即 .當撤離木板的瞬間，由于彈簧的彈力不能突變(遲鈍性)，但木板的支持力F立即消失，小球受G和kx的合力大小等于撤板之前的F，方向與F的方向相反，故加速度方向為垂直木板向下，大小為： 所以，本題正確答案為所以，本題正確答案為C.cosmgF2 3cos3Fgagm三、圖象的理解和應(yīng)用三、圖象的理解和應(yīng)用 此類題目一般為中等難度題，題目都是要從圖象中去獲取一定信息用于解題，這類圖象一般有兩種，一

9、是運動圖(如速度圖象)，二是力隨時間變化的圖象考查對運動和力的關(guān)系的同時還考查學生的綜合運用知識的能力 例例3：如圖2-2-4(甲)，質(zhì)量為m的物塊疊放在質(zhì)量為2m的足夠長的木板上方右側(cè)，木板放在光滑的水平地面上，物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為=0.2.在木板上施加一水平向右的拉力F，在03s內(nèi)F的變化如圖2-2-4(乙)所示，圖中F以mg為單位，重力加速度g=10m/s2.整個系統(tǒng)開始時靜止(1)求1s、1.5s、2s、3s末木板的速度以及2s、3s末物塊的速度；(2)在同一坐標系中畫出03s內(nèi)木板和物塊的v-t圖象，據(jù)此求03s內(nèi)物塊相對于木板滑過的距離圖224 【解析】本題為連接體問題，應(yīng)

10、先判斷兩者有無相對運動問題解：(1)設(shè)木板和物塊的加速度分別為a和a，在t時刻木板和物塊的速度分別為vt和vt，木板和物塊之間摩擦力的大小為f，依牛頓第二定律、運動學公式得f=mg f=ma a=2m/s2F-f=(2m)a 01s，a1=4m/s211.5s，a2=1m/s21.52s，a3= -1m/s22秒末之前vtvt，因此兩者相對滑動vt2=vt1+a(t2-t1) vt2=vt1+a(t2-t1) 由式與題給條件得v1=4m/s,v1.5=4.5m/s,v2=4m/s,v3=4m/s v2=4m/s，v3=4m/s (2)由式得到物塊與木塊運動的v-t圖象，如下圖所示，在03s內(nèi)物

11、塊相對于木板滑過的距離s等于木板和物塊v-t圖線下的面積之差，即圖中帶陰影的四邊形面積，該四邊形由兩個三角形組成，上面的三角形面積為0.25m，下面的三角形面積為2m，因此s=2.25m 這類題目解題時要充分讀懂圖象中的信息，然后與受力分析相結(jié)合，把相關(guān)的信息帶到動力學問題中進行解題 某探究性學習小組對一輛自制小遙控車的性能進行研究他們讓這輛小車在水平地面上由靜止開始運動，并將小車運動的全過程記錄下來，通過數(shù)據(jù)處理得到如圖2-2-5所示的v-t圖象，已知小車0ts內(nèi)做勻加速直線運動；ts10s內(nèi)小車牽引力的功率保持不變，且7s10s為勻速直線運動；在10s末停止遙控讓小車自由滑行，小車質(zhì)量m=

12、1kg，整個過程中小車受到的阻力f大小不變求： (1)小車所受阻力f的大小；(2)在ts10s內(nèi)小車牽引力的功率P；(3)小車在加速運動過程中的總位移s.圖225【解析】(1)在10s末撤去牽引力后，小車只在阻力f作用下做勻減速運動由圖象可得減速時a= -2m/s2則f=ma=2N(2)小車的勻速運動階段即7s10s內(nèi)，設(shè)牽引力為F，則F=f由圖象可知vm=6m/s所以P=Fvm=12W所 以 0 t s 內(nèi) 的 加 速 度 大 小為 ， 時間t=1.5ss1= =2.25m在07s內(nèi)由動能定理可得212 m sFfam221201122mFsPtfsmvmv(3)小車的加速運動過程可以分解為

13、0t和t7s兩段 由于t s時功率為12W 所以此時牽引力為4NtPFv1212a t四、傳送帶問題四、傳送帶問題 此類題目的難度可變性大，一般與摩擦力相聯(lián)系，還能往能量問題方面延伸，最主要的是與摩擦力及相對運動的情況相關(guān)，摩擦力的情形比較復雜，要區(qū)分動摩擦力和靜摩擦力、是動力還是阻力這是考查對整個力學知識和綜合分析能力的熱點問題例例4：如圖2-2-6所示為倉庫中常用的皮帶傳輸裝置示意圖，它由兩臺皮帶傳送機組成，一臺水平傳送，A、B兩端相距3m，另一臺傾斜，傳送帶與地面的傾角=37，C、D兩端相距4.45m，B、C相距很近水平部分AB以5m/s的速率順時針傳送將質(zhì)量為10kg的一袋大米放在A端

14、，到達B端后，速度大小不變地傳到傾斜的CD部分，米袋與傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為0.5.試求：圖226(1)若CD部分傳送帶不運轉(zhuǎn)，求米袋沿傳送帶所能上升的最大距離(2)若要米袋能被送到D端，求CD部分順時針運轉(zhuǎn)的速度應(yīng)滿足的條件及米袋從C端到D端所用時間的取值范圍【解析】這類題目一般都是較難題，解題時一定要分析清楚摩擦力是動力還是阻力，摩擦力的種類和方向，還要將運動和力的關(guān)系以及物理過程的程序理順，才能有清晰的解題思路解：(1)米袋在AB上加速時的加速度米袋的速度達到v0=5m/s時，滑行的距離因此米袋在到達B點之前就有了與傳送帶相同的速度設(shè)米袋在CD上運動的加速度大小為a，由牛頓第二定律得m

15、gsin+mgcos=ma代入數(shù)據(jù)得a=10m/s2所以，能滑上的最大距離205m smgagm20002.5m3m2vsABa201.25m2vsa(2)設(shè)CD部分運轉(zhuǎn)速度為v1(v1v0)時米袋恰能到達D點(即米袋到達D點時速度恰好為零)，則米袋速度減為v1之前的加速度為a1= -g(sin+cos)= -10m/s2米袋速度從v1至減為零前的加速度為a2= -g(sin-cos)= -2m/s2解得v1=4m/s，即要把米袋送到D點，CD部分的速度vCDv1=4m/s米袋恰能運到D點所用時間最長為101max1202.1svvvtaa 若CD部分傳送帶的速度較大，使米袋沿CD上滑時所受摩

16、擦力一直沿皮帶向上，則所用時間最短，此種情況米袋加速度一直為a2.由sCD=v0tmin+ ，得tmin=1.16s所以，所求的時間t的范圍為1.16st2.1s.22 min12a t 解答這類題的關(guān)鍵是分析摩擦力的方向及向上和向下的條件從本題可以得到三點啟示：(1)解答“運動和力”問題的關(guān)鍵是分析清楚物體的受力情況和運動情況，弄清所給的物理情景加速度是動力學和運動學公式之間聯(lián)系的橋梁(2)審題時應(yīng)注意對題給條件作必要的定性分析和半定量分析；(3)滑動摩擦力的方向并不總是阻礙物體的運動，而是阻礙物體間的相對運動，它可能是阻力，也可能是動力；(4)當v物=v帶時是摩擦力發(fā)生變化的臨界條件 如圖

17、2-2-7所示，一足夠長的光滑斜面傾角為=30，斜面AB與水平面BC連接，質(zhì)量m=2kg的物體置于水平面上的D點，D點距B點d=7m.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)=0.2，當物體受到一水平向左的恒力F=8N作用t=2s后撤去該力，不考慮物體經(jīng)過B點時的能量損失，重力加速度g取10m/s2.求撤去拉力F后，經(jīng)過多長時間物體經(jīng)過B點？圖227【解析】在F的作用下物體運動的加速度a1，由牛頓運動定律得F-mg=ma1解得a1=2m/s2F作用2s后的速度v1和位移s1分別為v1=a1t=4m/ss1=a1t2/2=4m撤去F后，物體運動的加速度為a2mg=ma2解得a2=2m/s2第一次到達B點所用時間t1，則d-s1=v1t1-a2t/2解得t1=1s此時物體的速度v2=v1-a2t1=2m/s當物體由斜面重回B點時，經(jīng)過時間t2，物體在斜面上運動的加速度為a3，則mgsin30=ma3t2= =0.8s第二次經(jīng)過B點時間為t=t1+t2=1.8s所以撤去F后，分別經(jīng)過1s和1.8s物體經(jīng)過B點232va