高考物理高频考点解密专题03牛顿运动定律教学案.docx

高考物理高频考点解密专题03牛顿运动定律教学案.docx

《高考物理高频考点解密专题03牛顿运动定律教学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理高频考点解密专题03牛顿运动定律教学案.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考物理高频考点解密专题03牛顿运动定律教学案

专题03牛顿运动定律

核心考点

考纲要求

牛顿运动定律及其应用

超重和失重

Ⅱ

Ⅰ

考点1动力学中的图象问题

物理公式与物理图象的结合是一种重要题型，也是高考的重点及热点。

1．常见的图象有：

v–t图象，a–t图象，F–t图象，F–x图象，F–a图象等。

2．图象间的联系：

加速度是联系v–t图象与F–t图象的桥梁。

3．图象的应用

（1）已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况。

（2）已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况。

（3）通过图象对物体的受力与运动情况进行分析。

4．解题策略

（1）弄清图象斜率、截距、交点、拐点的物理意义。

（2）应用物理规律列出与图象对应的函数方程式，进而明确“图象与公式”、“图象与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。

5．分析图象问题时常见的误区

（1）没有看清纵、横坐标所表示的物理量及单位。

（2）不注意坐标原点是否从零开始。

（3）不清楚图线的点、斜率、面积等的物理意义。

（4）忽视对物体的受力情况和运动情况的分析。

（2018·四川绵阳中学）水平地面上质量为m=6kg的物体，在大小为12N的水平拉力F的作用下做匀速直线运动，从x=2.5m位置处拉力逐渐减小，力F随位移x变化规律如图所示，当x=7m时拉力减为零，物体也恰好停下，取

，下列结论正确的是

A．物体与水平面间的动摩擦因数为0.5

B．合外力对物体所做的功为57J

C．物体在减速阶段所受合外力的冲量为12N•S

D．物体匀速运动时的速度为3m/s

【参考答案】D

【试题解析】匀速时应有：

F=f=μmg，解得动摩擦因数μ=0.2，故A错误；根据W=Fs可知，F–s图象与s轴所夹图形的面积即为F做的功，可求出力F对物体所做的功为，摩擦力做功为，所以合外力做的功为：

，故B错误；对全过程由动能定理应有：

，解得：

，故D正确；根据动量定理可得物体在减速阶段所受合外力的冲量为，故C错误。

1．如图1所示，一个静止在光滑水平面上的物块，在t=0时给它施加一个水平向右的作用力F，F随时间t变化的关系如图2所示，则物块速度v随时间t变化的图象是

A．B．

C．D．

【答案】C

考点2动力学中整体法与隔离法的应用

1．方法概述

（1）整体法是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法。

（2）隔离法是指从整个系统中隔离出某一部分物体，进行单独研究的方法。

2．涉及隔离法与整体法的具体问题类型

（1）涉及滑轮的问题

若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法。

例如，绳跨过定滑轮连接的两个物体虽然加速度大小相同，但方向不同，故采用隔离法。

（2）水平面上的连接体问题

①这类问题一般多是连接体（系统）中各物体保持相对静止，即具有相同的加速度。

解题时，一般采用先整体、后隔离的方法。

②建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度。

（3）斜面体与上面物体组成的连接体问题

当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止时，解题时一般采用隔离法分析。

3．解题思路

（1）分析所研究的问题适合应用整体法还是隔离法。

（2）对整体或隔离体进行受力分析，应用牛顿第二定律确定整体或隔离体的加速度。

（3）结合运动学方程解答所求解的未知物理量。

（2018·湖南溆浦圣达学校）如图，小球A的质量为2m，小球B和C的质量均为m，B、C两球到结点P的轻绳长度相等，滑轮摩擦不计。

开始系统处于静止状状，现让B、C两球以某角速度ω在水平面内做圆锥摆运动时，A球将

A．向上做加速运动

B．向下做加速运动

C．保持平衡状态

D．做匀速圆周运动

【参考答案】C

【试题解析】B球、C球和两根细线整体受重力和细线向上的拉力，设整体下降的加速度为a，根据牛顿第二定律，有：

2mg–T=2m·a；对A球受力分析，受重力和拉力，根据牛顿第二定律，有：

T–2mg=2ma；联立解得：

a=0，即A球将保持静止，处于平衡状态；故选C。

1．如图所示，倾角为θ的斜面体C置于水平面上，B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行，A、B、C都处于静止状态。

则

A．B受到C的摩擦力一定不为零

B．C受到水平面的摩擦力一定为零

C．不论B、C间摩擦力大小、方向如何，水平面对C的摩擦力方向一定向左

D．水平面对C的支持力与B、C的总重力大小相等

【答案】C

考点3用牛顿第二定律解决瞬时加速度问题

1．在分析瞬时对应关系时应注意区分动力学中的几种模型。

受外力时的形变量

力能否突变

产生拉力或压力

轻绳

微小不计

可以

只有拉力没有压力

轻橡皮绳

较大

不能

只有拉力没有压力

轻弹簧

较大

不能

既可有拉力；也可有压力

轻杆

微小不计

可以

既可有拉力；也可有压力

2．分析瞬时问题的注意要点:

（1）物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析。

（2）分析物体的瞬时问题，关键是分析瞬时前后的受力情况和运动情况，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。

（3）分析此类问题应特别注意绳或线类、弹簧或橡皮绳类模型的特点。

（4）加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过程的积累，不会发生突变。

如图所示，吊篮A、物体B、物体C的质量均为

，B和C分别固定在竖直弹簧两端，弹簧的质量不计。

整个系统在轻绳悬挂下处于静止状态。

现将悬挂吊篮的轻绳剪断，在轻绳刚断的瞬间

A．物体B的加速度大小为g

B．物体C的加速度大小为2g

C．吊篮A的加速度大小为3g

D．A、C间的弹力大小为0.5mg

【参考答案】D

【试题解析】在轻绳刚断的瞬间，弹簧的弹力不能突变，则物体B受力情况不变，故物体B的加速度大小为零，选项A错误。

将C和A看成一个整体，根据牛顿第二定律得，，即A、C的加速度均为1.5g，故B、C错误。

剪断细线的瞬间，A受到重力和C对A的作用力，对A：

FC+mg=ma。

得：

FC=ma–mg=0.5mg，故D正确。

1．（2018·福建泉州三中）如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻弹簧上端固定在框架上，下端固定一个质量为m的小球，小球上下振动时，框架始终没有跳起，当框架对地面压力为零瞬间，小球的加速度大小为

A．gB．

C．0D．

【答案】D

考点4动力学中的临界问题

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”等字眼，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。

3．产生临界问题的条件

（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=0。

（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，绳子松弛的临界条件是FT=0。

（4）加速度最大与速度最大的临界条件：

当物体在受到变化的外力作用下运动时，其加速度和速度都会不断变化，当所受合外力最大时，具有最大加速度；合外力最小时，具有最小加速度。

当出现速度有最大值或最小值的临界条件时，物体处于临界状态，所对应的速度便会出现最大值或最小值。

如图所示，质量均为m的A、B两物体叠放在竖直弹簧上并保持静止，用大小等于mg的恒力F向上拉B，运动距离h时，B与A分离，下列说法正确的是

A．B和A刚分离时，弹簧长度等于原长

B．B和A刚分离时，它们的加速度为g

C．弹簧的劲度系数等于

D．在B和A分离前，它们做匀加速直线运动

【参考答案】C

【试题解析】A、B分离前，A、B共同做加速运动，由于F是恒力，而弹力是变力，故A、B做变加速直线运动，当两物体要分离时，FAB=0

对B：

F–mg=ma

对A：

kx–mg=ma

即F=kx时，A、B分离，此时弹簧处于压缩状态

由F=mg，拉B前设弹簧压缩量为x0，则

2mg=kx0，h=x0–x

解以上各式得

综上所述，只有C项正确

1．如图所示，左右带有固定挡板的长木板放在水平桌面上，物体M放于长木板上静止，此时弹簧对物体的压力为3N，物体的质量为0.5kg，物体与木板之间无摩擦，现使木板与物体M一起以6m/s2的加速度向左沿水平方向做匀加速运动时

A．物体对左侧挡板的压力等于零

B．物体对左侧挡板的压力等于3N

C．物体受到4个力的作用

D．弹簧对物体的压力等于6N

【答案】A

考点5传送带模型问题

1．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。

（1）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，也就是分析物体在运动位移x（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。

（2）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．模型特征

（1）水平传送带模型

项目

图示

滑块可能的运动情况

情景1

（1）可能一直加速

（2）可能先加速后匀速

情景2

（1）v0>v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速

（2）v0

情景3

（1）传送带较短时，滑块一直减速达到左端

（2）传送带足够长时，滑块还要被传送带传回右端。

其中v0>v返回时速度为v，当v0

（2）倾斜传送带模型

项目

图示

滑块可能的运动情况

情景1

（1）可能一直加速

（2）可能先加速后匀速

情景2

（1）可能一直加速

（2）可能先加速后匀速

（3）可能先以a1加速后以a2加速

3．思维模板

4．分析传送带问题的关键是判断摩擦力的方向。

要注意抓住两个关键时刻：

一是初始时刻，根据物体速度v物和传送带速度v传的关系确定摩擦力的方向，二是当v物=v传时，判断物体能否与传送带保持相对静止。

（2018·山西临汾一中）倾角

的斜面底端与水平传送带平滑接触，传送带BC长L=6m，始终以

的速度顺时针运动。

一个质量m=1kg的物块从距斜面底端高度

的A点由静止滑下，物块通过B点时速度的大小不变。

物块与斜面、物块与传送带间动摩擦因数分别为

、

，传送带上表面在距地面一定高度处，g取

。

（sin37°=0.6，cos37°=0.8）

（1）求物块由A点运动到C点的时间；

（2）求物块距斜面底端高度满足什么条件时，将物块静止释放均落到地面上的同一点D。

【参考答案】

（1）4s

（2）1.8m

h

9m

【试题解析】

（1）A到B，由动能定理得：

得

由牛顿第二定律得：

得

根据运动学公式得：

B到C，由题可知，物块做匀速直线运动，则有

A到C总时间：

（2）要使物块落在地面上同一点，物块在C点速度

①当距传送带底端高度为

时，物块滑上传送带后一直做匀加速运动

A到C，由动能定理得：

得

②当距传送带底端高度为

时，物块滑上传送带后一直做匀减速运动

A到C，由动能定理得：

得

故

1．（2018·江西师大附中）如图是工厂流水生产线包装线示意图，质量均为m=2.5kg、长度均为l=0.36m的产品在光滑水平工作台AB上紧靠在一起排列成直线（不粘连），以v0=0.6m/s的速度向水平传送带运动，设当每个产品有一半长度滑上传送带时，该产品即刻受到恒定摩擦力Ff=μmg而做匀加速运动，当产品与传送带间没有相对滑动时，相邻产品首尾间距离保持2l（如图）被依次送入自动包装机C进行包装。

观察到前一个产品速度达到传送带速度时，下一个产品刚好有一半滑上传送带而开始做匀加速运动。

取g=10m/s2。

试求：

（1）传送带的运行速度v；

（2）产品与传送带间的动摩擦因数μ：

（3）满载工作时与空载时相比，传送带驱动电动机增加的功率∆P；

（4）为提高工作效率，工作人员把传送带速度调成v'=2.4m/s，已知产品送入自动包装机前已匀速运动，求第（3）问中的∆P′?

第（3）问中在相当长时间内的等效∆P′′?

【答案】

（1）1.8m/s

（2）μ=0.2（3）9W（4）18W

且x1–x2=3l

考点6滑块—木板模型

1．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；

（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。

2．模型特征

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。

3．思维模板

4．分析滑块—木板模型问题时应掌握的技巧

（1）分析题中滑块、木板的受力情况，求出各自的加速度。

（2）画好运动草图，找出位移、速度、时间等物理量间的关系。

（3）知道每一过程的末速度是下一过程的初速度。

（4）两者发生相对滑动的条件：

①摩擦力为滑动摩擦力。

②二者加速度不相等。

5．滑块—木板模型临界问题的求解思路

一质量为M的物体P静止与粗糙水平地面，其截面如图所示。

图中ab为粗糙的水平面，长度为L1，bc为一光滑斜面，斜面倾角为θ，斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接。

现有一质量为m的木块以一定的水平初速度从a点向左运动，在斜面上上升最大高度后下滑，返回后恰好停在a点，此过程中物体P运动状态始终不变。

已知水平地面与物体P之间动摩擦因数为μ1，物体P的水平面ab与木块之间动摩擦因数为μ2，重力加速度为g。

求：

（1）木块在ab段运动时，物体P受到地面的摩擦力f；

（2）木块在斜面上运动的加速度a；

（3）木块在ab水平面上运动的总时间。

【参考答案】

（1）

（2）

（3）

【试题解析】

（1）

（2）

（3）设木块以速度v0由a1减速运动到b，到达b时速度为v，用时t1；由b返回a用时t2

解得：

1．（2018·四川南充高中）长为1.5m的长木板B静止放在水平冰面上，小物块A以某一初速度从木板B的左端冲上长木板B，直到A、B的速度达到相同，此时A、B的速度为0.4m/s，然后A、B又一起在水平冰面上滑行了8.0cm。

若小物块A可视为质点，它与长木板B的质量相同，A、B间的动摩擦因数μ1=0.25。

求：

（取g=10m/s2）

（1）木板与冰面的动摩擦因数。

（2）小物块相对长木板滑行的距离。

（3）为了保证小物块不从木板的右端滑落，小物块滑上长木板时的初速度应满足什么条件。

【答案】

（1）

（2）

（3）

有

由上三式解得，为了保证小物块不从木板的右端滑落，小物块冲上长木板的初速度不大于最大初速度

1．（2018·新课标I卷）如图，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图象可能正确的是

A．B．

C．D．

【答案】A

2．（2018·浙江新高考）如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作，下列F–t图象能反应体重计示数随时间变化的是

A．B．C．D．

【答案】C

3．（2018·江苏卷）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，O点为弹簧在原长时物块的位置。

物块由A点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达B点。

在从A到B的过程中，物块

A．加速度先减小后增大

B．经过O点时的速度最大

C．所受弹簧弹力始终做正功

D．所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功

【答案】AD

【解析】本题考查力与运动的关系和功能关系，意在考查学生的综合分析能力。

物体从A点到O点过程，弹力逐渐减为零，刚开始弹簧弹力大于摩擦力，故可分为弹力大于摩擦力过程和弹力小于摩擦力过程：

弹力大于摩擦力过程，合力向右，加速度也向右，由于弹力减小，摩擦力不变，小球所受合力减小加速度减小，弹力等于摩擦力时速度最大，此位置在A点与O点之间；弹力小于摩擦力过程，合力方向与运动方向相反，弹力减小，摩擦力大小不变，物体所受合力增大，物体的加速度随弹簧形变量的减小而增加，物体作减速运动；从O点到B点的过程弹力增大，合力向左，加速度继续增大，选项A正确、选项B错误；从A点到O点过程，弹簧由压缩恢复原长弹力做正功，从O点到B点的过程，弹簧伸长，弹力做负功，故选项C错误；从A到B的过程中根据动能定理弹簧弹力做的功等于物体克服摩擦力做的功，故选项D正确。

4．（2016·新课标全国Ⅰ卷）一质点做匀速直线运动，现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则

A．质点速度的方向总是与该恒力的方向相同

B．质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直

C．质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同

D．质点单位时间内速率的变化量总是不变

【答案】BC

5．（2016·海南卷）沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度–时间图线如图所示。

已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在0~5s、5~10s、10~15s内F的大小分别为F1、F2和F3，则

A．F1F3

C．F1>F3D．F1=F3

【答案】A

【解析】由v–t图象可知，0~5s内加速度a1=0.2m/s2，沿斜面向下，根据牛顿第二定律有mgsinθ–f–F1=ma1，F1=mgsinθ–f–0.2m；5~10s内加速度a2=0，根据牛顿第二定律有mgsinθ–f–F2=ma2，F2=mgsinθ–f；10~15s内加速度a3=–0.2m/s2，沿斜面向上，根据牛顿第二定律有mgsinθ–f–F3=ma3，F3=mgsinθ–f+0.2m。

故可得：

F3>F2>F1，选项A正确。

6．（2016·上海卷）如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的

A．OA方向B．OB方向

C．OC方向D．OD方向

【答案】D

【解析】据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，故选D。

7．（2016·海南卷）沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度–时间图线如图所示。

已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在0~5s、5~10s、10~15s内F的大小分别为F1、F2和F3，则

A．F1F3

C．F1>F3D．F1=F3

【答案】A

8．（2016·全国新课标Ⅲ卷）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。

图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。

本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。

实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N–n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。

释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s–t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。

（3）对应于不同的n的a值见下表。

n=2时的s–t图象如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。

n

1

2

3

4

5

0.20

0.58

0.78

1.00

（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a–n图象。

从图象可以看出：

当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

（5）利用a–n图象求得小车（空载）的质量为_______kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8m/s2）。

（6）若以“保持木板水平”来代替步骤

（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项前的标号）

A．a–n图线不再是直线

B．a–n图线仍是直线，但该直线不过原点

C．a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

【答案】（3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）BC

（5）根据牛顿第二定律可得，代入m=0.010kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得。

（6）因为如果不平衡摩擦力，则满足

的形式，所以故直线不过原点，但仍是直线，A错误，B正确；随着n的增大，小车的总质量在减小，故直线的斜率变大，故C正确。

9．（2017·新课标全国Ⅲ卷）如图，两个滑块A和B的质量分别为mA=1kg和mB=5kg，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为μ1=0.5；木板的质量为m=4kg，与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1。

某时刻A、B两滑块开始相向滑动，初速度大小均为v0=3m/s。

A、B相遇时，A与木板恰好相对静止。

设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2。

求：

（1）B与木板相对静止时，木板的速度；

（2）A、B开始运动时，两者之间的距离。

【答案】

（1）1m/s

（2）1.9m