2022年高考物理 專題二牛頓運動定律在直線運動中的應(yīng)用教案

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1、2022年高考物理 專題二 牛頓運動定律在直線運動中的應(yīng)用教案 【考綱要求】 內(nèi) 容 要求 說 明 1．質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系 Ⅰ 非慣性參考系不作要求 2．路程和位移 時間和時刻 Ⅱ 3．勻速直線運動 速度和速率 Ⅱ 4．變速直線運動 平均速度和瞬時速度 Ⅰ 5．速度隨時間的變化規(guī)律（實驗、探究） Ⅱ 6．勻變速直線運動 自由落體運動 加速度 Ⅱ 11．牛頓運動定律及其應(yīng)用 Ⅱ 加速度不同的連接體問題不作要求；在非慣性系內(nèi)運動的問題不作要求 12．加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系（實驗、探究） Ⅱ 【重點知識梳理】

2、一.物體運動的描述 1．幾個易混淆概念的區(qū)別 （1）路程與位移：路程是指物體運動__________，位移是表示物體位置變化的物理量，是從________到_________的一條_____線段。 （2）時間與時刻：時刻是時間軸上的一個______，與______（填“狀態(tài)量”或“過程量”）相對應(yīng)；時間是時間軸上的一條______，與__________（填“狀態(tài)量”或“過程量”）相對應(yīng)。 （3）平均速度與平均速率：平均速度是________與所用時間的比值，是矢量；平均速率是________與所用時間的比值，是矢量。 （4）速度變化、速度變化率、速度快慢： 2．加速度（a） （

3、1）物理意義：________________________________________________________ （2）定義式：________________________________________________________ （3）決定加速度的因素：__________________________；__________________________。 3．勻變速直線運動的規(guī)律： （1）速度時間公式：_____________________（2）位移時間公式：_____________________ （3）位移速度公式：_____________

4、________（4）中點時刻的瞬時速度：______________________ 4．運動圖象——讀懂物理圖象的“三步曲”： （1）看明白坐標(biāo)軸的所表示的物理量； （2）弄清楚縱截距與橫截距的物理意義。 （3）研究圖線的形狀（斜率、面積）； 二．牛頓運動定律 1．牛頓第一定律：定性的描述了力與運動的關(guān)系，力不是________________________的原因，是________________________的原因。 2．牛頓第二定律：定量的描述了力與運動的關(guān)系：_______________（公式） 3．牛頓第三定律：為我們轉(zhuǎn)換研究對象提供了理論依據(jù)。 三．牛

5、頓運動定律與直線運動 1．物體做直線運動的條件：_________________________________。 2．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系：實驗中應(yīng)思考解決好以下三個問題： （1）怎樣測量（或比較）物體的加速度 （2）怎樣提供和測量物體所受的恒力 （3）怎樣由實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論。 【分類典型例題】 題型一：運動基本概念的辨析與勻變速直線運動基本規(guī)律的應(yīng)用 解決這類問題需要注意：這類習(xí)題最大的特點就是解法較多，選擇一個較好的方法可以又快又準(zhǔn)確地得到回答，關(guān)鍵是對基本概念、基本規(guī)律深入的理解與掌握。 雖然這類習(xí)題在高考試題中單獨出現(xiàn)的可能性較小，但是在綜合題中卻是非常重要的

6、環(huán)節(jié)，是完整給出正確答案的基礎(chǔ)。 ［例1］做勻加速直線運動的物體，依次通過A、B、C三點，位移sAB=sBC，已知物體在AB段的平均速度大小為3m/s，在BC段的平均速度大小為6m/s，那么物體在B點的瞬時速度大小為 A．4m/s B．4.5m/s C．5m/s D．5.5m/s ［變式訓(xùn)練1］物體以速度v勻速通過直線上的A、B兩點間，需時為t?，F(xiàn)在物體由A點靜止出發(fā)，勻加速（加速度為a1）運動到某一最大速度vm后立即作勻減速運動（加速度為a2）至B點停下，歷時仍為t，則物體的 A．vm只能為2v，無論a1、a2為何值 B．vm可為許多值，與a1

7、、a2的大小有關(guān) C．a(chǎn)1、a2值必須是一定的 D．a(chǎn)1、a2必須滿足 題型二：追及與相遇的問題 解決這類問題需要注意：畫出示意圖來表明兩個物體追及過程中的空間關(guān)系，特別注意的是兩個物體相遇時的臨界條件。 ［例2］在一條平直的公路上，乙車以10m/s的速度勻速行駛，甲車在乙車的后面做初速度為15m/s，加速度大小為0.5m/s2的勻減速運動，則兩車初始距離L滿足什么條件可以使（1）兩車不相遇；（2）兩車只相遇一次；（3）兩車能相遇兩次（設(shè)兩車相遇時互不影響各自的運動）。 ［變式訓(xùn)練2］一木箱可視為質(zhì)點，放在汽車水平車廂的前部，如圖所示，已知木箱與汽車

8、車廂底板之間的動摩擦因數(shù)為m。初始時，汽車和木箱都是靜止的?，F(xiàn)在使汽車以恒定的加速度a0開始啟動沿直線運動。當(dāng)其速度達到v0后做勻速直線運動。要使木箱不脫離車廂，距汽車車廂尾部的距離應(yīng)滿足什么條件？ L 木箱 第5課時 題型三：牛頓定律與圖象的綜合應(yīng)用。 解決這類問題需要注意： 利用圖象分析研究對象的受力特點是及運動性質(zhì)，然后結(jié)合題意運用牛頓第二定律。 ［例3］固定光滑細(xì)桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動，推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖所示，取重力加速度g＝10m/s2。求： 0 2 4 6 t

9、/s FN 5.5 5 （1）小環(huán)的質(zhì)量m； （2）細(xì)桿與地面間的傾角a。 a F 0 2 4 6 v/m·s–1 t/s 1 ［變式訓(xùn)練3］放在水平面上的物塊，受到方向不變水平推力F的作用，F(xiàn)與時間t的關(guān)系和物塊速度v與時間t的關(guān)系如圖所示，取重力加速度g=10 m/s2。由此兩圖線可以求得物塊的質(zhì)量m和物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)m分別為 O 2 4 6 t/s F/N 1 2 3 O 2 4 6 t/s v/（m·s–1） 2 4 A．m=0.5kg，m=0.4 B．

10、m=1.5kg，m= C．m=0.5kg，m=0.2 D．m=1kg，m=0.2 題型四：連接體問題 解決這類問題需要注意：若連接體內(nèi)（即系統(tǒng)內(nèi)）各物體具有相同的加速度時，應(yīng)先把連接體當(dāng)成一個整體（即看成一個質(zhì)點），分析其受到的外力及運動情況，利用牛頓第二定律求出加速度．若連接體內(nèi)各物體間有相互作用的內(nèi)力，則把物體隔離，對某個物體單獨進行受力分析（注意標(biāo)明加速度的方向），再利用牛頓第二定律對該物體列式求解。 ［例4］如圖所示，一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B，以速度v1＝30 m/s進入向下傾斜的直車道。車道每100 m下降2 m。為了使汽車 速度在s＝200 m的距離內(nèi)

11、減到v2＝10 m/s，駕駛員必須剎車。假定剎車時地面的摩擦阻力是恒力，且該力的70％作用于拖車B，30%作用于汽車A。已知A的質(zhì)量m1＝2000 kg，B的質(zhì)量m2＝6000 kg。求汽車與拖車的連接處沿運動方向的相互作用力。取重力加速度g＝10 m/s2。 。 ［變式訓(xùn)練4］如圖所示，在粗糙水平桌面上放有A、B兩個物體，A、B間用一根輕質(zhì)硬桿C 相連，已知物體A的質(zhì)量是m1＝5kg，B的質(zhì)量是m2＝3kg。A與桌面的動摩擦因數(shù)是 μ1=0.2，B與桌面間的動摩擦因數(shù)是μ2=0.5。現(xiàn)在A上施加水平向右的拉力F，使它們以v=10m/s的速度沿水平面向右勻速運動。已知g取10m/s

12、2，求： （1）水平向右的拉力F的大小及輕桿C上的彈力大?。? （2）若在某時刻突然撤去拉力F，則A、B在水平面上滑動的距離是多大？ B A C v 題型五：彈簧變化過程中運動分析 解決這類問題需要注意： 彈簧的彈力是一種由形變決定大小和方向的力，注意彈力的大小與方向時刻要與當(dāng)時的形變相對應(yīng)。一般應(yīng)從彈簧的形變分析入手，先確定彈簧原長位置、現(xiàn)長位置及臨界位置，找出形變量x與物體空間位置變的幾何關(guān)系，分析形變所對應(yīng)的彈力大小、方向，彈性勢能也是與原長位置對應(yīng)的形變量相關(guān)。從此來分析計算物體運動狀態(tài)的可能變化。 通過彈簧相聯(lián)系的物體，有運動過程中經(jīng)常涉及臨界極值問題：如物體

13、的速度達到最大；彈簧形變量達到最大；使物體恰好離開地面；相互接觸的物體恰好脫離等。此類問題的解題關(guān)鍵是利用好臨界條件，得到解題有用的物理量和結(jié)論。 A B ［例5］如圖所示，A、B兩木塊疊放在豎直輕彈簧上，已知木塊A、B質(zhì)量分別為0.42kg和0.40kg，彈簧的勁度系數(shù)k=100N/m，若在木塊A上作用一個豎直向上的力F，使A由靜止開始以0.5m/s2的加速度豎直向上做勻加速運動（g=10m/s2）。求： （1）使木塊A豎直做勻加速度運動的過程中，力F的最大值； （2）若木塊由靜止開始做勻加速運動，直到A、B分離的過程中，彈簧的彈性勢能減少了0.248J，求這一過程中F對木塊

14、做的功。 A B ［變式訓(xùn)練5］豎直放置的輕彈簧，上端與質(zhì)量為3kg的物塊B相連接。另一個質(zhì)量為1kg的物塊A放在B上。先向下壓A，然后釋放，A、B共同向上運動一段路程后將分離。分離后A又上升了0.2m到達最高點，此時B的速度方向向下，且彈簧恰好為原長。則從A、B分離到A上升到最高點過程中，彈簧彈力對B做功的大小及彈簧回到原長時B的速度大小。（取g=10m/s2） A．12J，2m/s B．0，2m/s C．0，0 D．4J，2m/s 【能力訓(xùn)練】 O U I R1 R2

15、1 3 2 1. 如圖甲所示，某一同學(xué)沿一直線行走，現(xiàn)用頻閃照相機記錄了他行走過程中連續(xù)9個位置的圖片，請你仔細(xì)觀察該圖片，則在圖乙中最能接近真實反映該同學(xué)運動的v－t圖象的是（ ） 甲 B v A v C v D v 乙 v 壓敏電阻 R E A （a） I t2 O （b） t1 t3 2. 壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，右位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷小車運動 狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖（a）所示，將壓敏電 阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣 重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數(shù)如圖 （b）所

16、示，下列判斷正確的是（ ） A．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運動 B．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動 C．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動 D．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動 3.在秋收的打谷場上，脫粒后的谷粒用傳送帶送到平地上堆積起來形 成圓錐體，隨著堆積谷粒越來越多，圓錐體體積越來越大，簡化如 圖所示。用力學(xué)知識分析得出圓錐體底角的變化情況應(yīng)該是（ ） A．不斷增大 B．保持不變 C．不斷減小 D．先增大后減小 a b ） ） L 4. 如圖所示實線表示處在豎直平面內(nèi)的勻強電場的電場線，與水平

17、 方向成a角，水平方向的勻強磁場與電場正交，有一帶電液滴沿斜 向上的虛線L做直線運動，L與水平方向成b角，且a＞b，則下列 說法中不正確的是（ ） A．液滴一定做勻速直線運動 B．液滴一定帶正電 C．電場線方向一定斜向上 D．液滴有可能做勻變速直線運動 5. 如圖所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m和2m的四個木塊，其中兩個質(zhì)量為m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連，木塊間的最大靜摩擦力是mg?，F(xiàn)用水平拉力F拉其中一個質(zhì)量為2m的木塊，使四個木塊以同一加速度運動，則輕繩對m的最大拉力為（ ） A． B． C． D． m 2m m

18、 2m F 6.球從空中自由下落，與水平地面相碰后彈到空中某一高度，其速 5 –3 O 0.4 0.8 v/m·s–1 t/s 度一時間圖象如圖所示，則由圖可知（ ） A．小球下落的最大速度為5m/s B．小球第一次反彈初速度的大小為5m/s C．小球能彈起的最大高度為0.45m D．小球能彈起的最大高度為1.25m 7.兩輛游戲賽車a、b在兩條平行的直車道上行駛。t＝0時兩車都在同一計時處，此時比賽開始。它們在四次比賽中的v－t圖如圖所示。哪些圖對應(yīng)的比賽中，有一輛賽車追上了另一輛（ ） 0

19、 5 10 15 20 25 5 10 t/s v/m·s–1 A b a 0 5 10 15 20 25 5 10 t/s v/m·s–1 B a b 0 5 10 15 20 25 5 10 t/s v/m·s–1 C a b 0 5 10 15 20 25 5 10 t/s v/m·s–1 D a b 8.如圖所示，水平地面上有兩塊完全相同的木塊AB，水平推力F作用在A上，用FAB代表A、B間的相互作用力，下列說法可能正確的是（ ） A B F A．若地面是完全光滑

20、的，則FAB=F B．若地面是完全光滑的，則FAB=F/2 C．若地面是有摩擦的，且AB未被推動，可能FAB=F/3 D．若地面是有摩擦的，且AB被推動，則FAB=F/2 k v m 9.如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊在水平面上撞向彈簧，當(dāng)滑塊將彈簧壓縮了x0時速度減小到零，然后彈簧又將滑塊向右推開。已知彈簧的勁度系數(shù)為k，滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，整個過程彈簧未超過彈性限度，則（ ） A．滑塊向左運動過程中，始終做減速運動 B．滑塊向右運動過程中，始終做加速運動 C．滑塊與彈簧接觸過程中最大加速度為 D．滑塊向右運動過程中，當(dāng)彈簧形變量時， 物體的加速度最大

21、 A E C B l l 10.如圖所示，在離坡底距離為l的斜面上的C點豎直固定一直桿， 桿高也是l．桿上A端到斜面底B之間有一絕緣光滑細(xì)繩，一個 帶電量為q、質(zhì)量為m的小球穿心于繩上，整個系統(tǒng)處在水平向 右的勻強電場中，已知qE/mg=3/4．若小球從A點由靜止開始沿 細(xì)繩無摩擦的滑下．若細(xì)繩始終沒有發(fā)生形變，則小球帶_____（選填“正”或“負(fù)”），小球滑到B點所用的時間____________． v0 11.如圖在平板小車上固定一個大的密繞的通電螺線管， 車上有一框架，通過框架上的絕緣線將一金屬桿放入 螺線管內(nèi)（通過直徑），金屬桿長L=0.1m

22、，質(zhì)量 m=0.2kg，電阻R=0.2Ω．現(xiàn)用電動勢E=1.5V，內(nèi)阻 r=0.1Ω的電源為其供電．若小車原初速度v0=4 m/s， 因受水平恒力作用，經(jīng)5 s小車向前移動10 m，在此 過程中金屬棒的懸線恰豎直，桿始終與v0垂直，從上 s/m t/s O A B C D E 往下看螺線管電流沿_________方向，其內(nèi)部磁感強度 B為_______T． 12.在實驗中得到小車做直線運動的s-t關(guān)系如圖所示。 （1）由圖可以確定，小車在AC段和DE段的運動 分別為_______ A．AC段是勻加速運動；DE段是勻速運動 B．AC段是加速運動；DE段是勻加

23、速運動 C．AC段是加速運動；DE段是勻速運動 D．AC段是勻加速運動；DE段是勻加速運動 （2）在與AB、AC、AD對應(yīng)的平均速度中，最接近小車在A點瞬時速度的是_________段中的平均速度。 13.某同學(xué)設(shè)計了一個探究加速度a與物體所受合力 紙帶 小車 電源插頭 電火花計時器 紙帶運動方向 v 6.19 6.70 7.21 7.72 單位：cm 圖（b） 圖（a） F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗，圖（a）為實驗裝置簡圖。（交流電的頻率為50Hz） （1）圖（b）為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_______m/s2。 （保留二位有效

24、數(shù)字） （2）保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m， 分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的1/m，數(shù)據(jù)如下表： 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 小車加速度a/m·s–2 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小車質(zhì)量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 O O a 圖（c） 請在方格坐標(biāo)紙中畫出a–1/m圖線，并從圖線求出小車

25、加速度a與質(zhì)量倒數(shù)1/m之間的關(guān)系式是 。 （3）保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線如圖（c）所示。該圖線不通過原點，其主要原因是 。 14.如圖所示，在光滑水平面AB上，水平恒力F推動質(zhì)量m=1kg的物體從A點由靜止開始作勻加速運動，物體到達B點時撤去F，物體經(jīng)過B點后又沖上光滑斜面（設(shè)經(jīng)過B點前后速度大小不變），最高能到達C點。用速度傳感器測量物體的瞬時速度，下表給出了部分測量數(shù)據(jù)。（重力加速度g＝10 m/s2） t（s） 0.0 0.2 0.4 … 2.

26、4 2.6 … v（m/s） 0.0 0.4 0.8 … 2.0 1.0 … 求：（1）恒力F的大?。唬?）斜面的傾角a；（3）t＝2.1s時的瞬時速度v。 α C B A 15.如圖甲所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌，間距為L，與水平面的夾角a=30°，上端接有電阻R；勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，現(xiàn)將一金屬桿垂直于兩導(dǎo)軌放置，并對金屬桿施加平行于導(dǎo)軌向下的恒力F，桿最終勻速運動；改變恒力F的大小，桿勻速運動速度v與拉力F的關(guān)系圖線，如圖乙所示。不計金屬桿和導(dǎo)軌的電阻，取重力加速度g=10m/s2，求： （1）金屬桿的質(zhì)量；

27、 （2）拉力F=12N時金屬桿勻速運動的速度和電路中的電功率。 0 2 4 6 8 10 12 14 4 8 12 16 20 F/N v/（m·s–1） R F a a 16.如圖是建筑工地常用的一種“深穴打夯機”示意圖，電動機帶動兩個滾輪勻速轉(zhuǎn)動將夯桿從深坑提上來，當(dāng)夯桿底端剛到達坑口時，兩個滾輪彼此分開，將夯桿釋放，夯桿只在重力作用下運動，落回深坑，夯實坑底，且不反彈。然后兩個滾輪再次壓緊，夯桿被提到坑口，如此周而復(fù)始。已知兩個滾輪邊緣的線速度恒為v=4m/s，滾輪對夯桿的正壓力FN=2×104N，滾輪與夯桿間

28、的動摩擦因數(shù)m=0.3，夯桿質(zhì)量m=1×103kg，坑深h=6.4m，假定在打夯的過程中坑的深度變化不大可以忽略，g=10m/s2。求： （1）夯桿被滾輪帶動加速上升的過程中，加速度的大?。徊⒃诮o出的坐標(biāo)圖中，定性畫出夯桿在一個打夯周期內(nèi)速度v隨時間t變化的圖象； （2）每個打夯周期中，電動機對夯桿做的功； （3）每個打夯周期中滾輪與夯桿間因摩擦產(chǎn)生的熱量。 地面 夯桿 深穴 O v t 17.如圖所示，在光滑桌面上疊放著質(zhì)量為mA=2.0kg薄木板A和質(zhì)量為mB=3kg的金屬塊B。A的長度L=2.0m。B上有輕線繞過定滑輪與質(zhì)量為mC=1.0kg的物塊C相連。B與A之間的滑動摩擦因數(shù)m=0.10，最大的靜摩擦力可視為等于滑動摩擦力。忽略滑輪質(zhì)量及與軸間的摩擦。起始時令各物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)，繩被拉直，B位于A的左端（如圖所示），然后放手，求經(jīng)過多長時間后B從A的右端脫離（設(shè)A的右端距滑輪足夠遠）（g取10m/s2） C B A