高三物理一轮复习精品教案第三章 力与运动.docx
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高三物理一轮复习精品教案第三章力与运动
第三章力与运动
第一讲牛顿第一定律牛顿第三定律
一、基本概念
(一)牛顿第一定律
(1)内容:
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.
(二)牛顿第三定律
(1)作用力和反作用力:
两个物体之间的作用总是相互的,一个物体对另一个物体施加了力,另一个物体一定同时对这个物体也施加了力.(口诀:
等大、反向、共线)
(三)一对作用力反作用力与一对平衡力的区分
内容
一对作用力反作用力
一对平衡力
作用对象
两个物体
同一物体
作用时间
同时产生,同时消失
不一定同时产生或消失
力的性质
一定是同性质的力
不一定是同性质的力
力的大小关系
大小相等
大小相等
力的方向关系
方向相反且共线
方向相反且共线
二、例题
【例1】下列说法正确的是( )
A.运动得越快的汽车越不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大
B.把一物体竖直向上抛出后能继续上升,是因为物体仍受到一个向上的推力
C.小球在做自由落体运动时,惯性不存在了
D.物体的惯性仅与质量有关,质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小
【解析】有的同学错误地认为惯性大小与速度大小有关,“速度越大,惯性越大”.理由是运动物体速度大时比速度小时难得停下来.产生这种错误认识的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”.事实上,在受到了相同阻力的情况下,速度不同、质量相同的物体,在相同的时间内速度的减小量是相同的.这说明质量相同的物体,它们改变运动状态的难易程度——惯性是相同的,与它们的速度无关.故A错.
【例2】如图所示,一个劈形物体M放在固定的斜面上,上表面水平,在水平面上放有光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()
A.沿斜面向下的直线
B.抛物线
C.竖直向下的直线
D.无规则的曲线
【解析】C 因小球在水平方向不受外力作用,水平方向的加速度为零,且初速度为零,故小球将沿竖直向下的直线运动,即C选项正确.
【例3】汽车拉着拖车在水平道路上沿直线加速行驶,根据牛顿运动定律可知( )
A.汽车拉拖车的力大于拖车拉汽车的力
B.汽车拉拖车的力等于拖车拉汽车的力
C.汽车拉拖车的力大于拖车受到的阻力
D.汽车拉拖车的力等于拖车受到的阻力
【解析】汽车拉拖车的力与拖车拉汽车的力是一对作用力与反作用力,根据牛顿第三定律可知,这对力必然大小相等,故B对.汽车拉拖车的力与拖车受到的阻力是作用在拖车上,由于拖力跟汽车一样做加速运动,故汽车拉拖车的力大于拖车受到的阻力,并不是平衡力,故C对.
答案:
BC
三、练习
1.(2005年广东高考)(双选)一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶,下面关于车速.惯性.质量和滑行路程的讨论,正确的是( )
A.车速越大,它的惯性越大
B.质量越大,它的惯性越大
C.车速越大,刹车后滑行的路程越长
D.车速越大,刹车后滑行的路程越长,所以惯性越大
2.下列关于牛顿第三定律的说法,正确的是( )
A.牛顿第三定律与牛顿第一定律一样,都是研究二力平衡的规律
B.两个相互作用的物体只有都处于平衡状态时,作用力与反作用力才是大小相等的,否则不相等
C.两个物体通过连接双方的中间的轻质绳子作用到对方上的力可看作是作用力与反作用力
D.两个物体作用于连接双方的中间的轻质绳子上的力可看作是作用力与反作用力
3.如图所示,甲运动员在球场上得到篮球后,甲、乙运动员想组织一次快速反击,甲、乙以相同的速度并排向同一方奔跑,甲运动员要将球传给乙运动员,不计空气阻力,则甲应将球向什么方向抛出()
A.抛出方向与甲奔跑方向成45°角,如图中箭头1的方向
B.抛出方向与甲奔跑方向成60°角,如图中箭头2的方向
C.抛出方向指向乙,如图箭头3的方向
D.抛出方向指向乙的后方,如图中箭头4的方向
4.水平笔直的高速公路上,一辆汽车正加速启动,则汽车和地球构成的系统间存在的作用力与反作用力共有( )
A.一对 B.二对 C.三对D.四对
5.(双选)甲、乙双方同学在水平地面上进行拔河比赛,正僵持不下,如图所示。
如果地面对甲方所有队员的总的摩擦力为6000N,同学甲1和乙1对绳子的水平拉力均为500N。
绳上的A、B两点分别位于甲1和乙1、乙1和乙2间。
不考虑绳子的质量。
下面说法正确的是( )
A.地面对乙方队员的总的摩擦力是6000N B.A处绳上的张力为0
C.B处绳上的张力为500N D.B处绳上的张力为5500N
第二讲牛顿第二定律 两类动力学问题
一、知识导航
(一)牛顿第二定律
(1)内容:
物体的加速度与所受合外力成正比,跟物体的质量成反比。
(2)表达式:
F=ma。
(3)力的单位:
当质量m的单位是kg、加速度a的单位是m/s2时,力F的单位就是N,即1kg•m/s2=1N。
(二)单位制
(1)单位制:
由基本单位和导出单位一起组成了单位制.
①基本单位:
基本物理量的单位.力学中的基本物理量有三个,它们是长度、质量、时间;它们的国际单位分别是米、千克、秒。
②导出单位:
由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.
(三).用牛顿第二定律解题的一般步骤
1.当物体只受两个力作用而做变速运动时,通常根据加速度和合外力方向一致,用平行四边形定则先确定合外力后求解,称为合成法.
2.当物体受多个力作用时,通常采用正交分解法.
为减少矢量的分解,建立坐标系,确定x轴正方向有两种方法:
(1)分解力不分解加速度,此时一般规定a方向为x轴正方向.
(2)分解加速度不分解力,此种方法以某种力的方向为x轴正方向,把加速度分解在x轴和y轴上.
二、例题
【已知物体的受力情况确定运动情况】
【例1】(2007年广东月考题)风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力.现将一套有一小球的细直杆放入风洞实验室.小球孔径略大于细杆直径.如图所示.
(1)当杆在水平方向上固定时,调节风力的大小,使小球在杆上匀速运动.这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍,求小球与杆间的滑动摩擦因数.
(2)保持小球所受风力不变,使杆与水平方向间夹角为37°并固定,则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少?
(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
【解析】
(1)设小球所受的风力为F,如图(a),小球质量为m,因为小球匀速运动,由平衡条件有:
FN=mg
F=Ff
又 Ff=μFN
解上述三式得:
μ=0.5.
(2)设杆对小球的支持力为N,摩擦力为f,如图(b)所示,对这些力进行正交分解,再由牛顿第二定律,有:
沿杆方向:
垂直杆方向:
又Ff1=μFN1
解上述三式得:
又由运动学公式s=
at2,
可得小球从静止出发在细杆上滑下距离S所需时间为:
由以上各式解得a=
g,t=
【已知物体的运动情况求物体的受力情况】
说明:
无论是哪种情况,联系力和运动的“桥梁”是加速度.
【例2】(2007年海南模拟题)如图所示,质量M=10kg的木楔ABC静置于粗糙水平地面上,滑动摩擦系数μ=0.02。
在木楔的倾角θ为30°的斜面上,有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑。
当滑行路程s=1.4m时,其速度v=1.4m/s。
在这过程中木楔没有动,求地面对木楔的摩擦力的大小和方向。
(重力加速度取g=10m/s2)
【解析】由匀变速运动的公式v2=v02+2as,得物块沿斜面下滑的加速度为:
a=v2/(2s)=1、42/(2×1、4)=0.7m/s2
由于a 分析物块受力,它受三个力,如图所示,对于沿斜面的方向和垂直于斜面的方向,由牛顿定律,有: mgsinθ-f1=ma mgcosθ-N1=0 分析木楔受力,它受五个力作用,如图所示,对于水平方向,由牛顿定律,有: f2+f1cosθ-N1sinθ=0, 由此可解得地面作用于木楔的摩擦力: f2=N1sinθ-f1cosθ =mgcosθsinθ-(mgsinθ-ma)cosθ =macosθ=1×0.7× =0.61N 此力的方向与图中所设的一致(由C指向B的方向) 【点评】解决动力学问题时,受力分析是关键,对物体运动情况的分析同样重要. 题型三 牛顿运动定律在传送带问题中的应用 【例3】如图所示,传送带与地面的倾角θ=37o,从A到B的长度为16m,传送带以v0=10m/s的速度逆时针转动.在传送带上端无初速的放一个质量为m=0.5㎏的物体,它与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,求物体从A运动到B所需的时间是多少? (sin37o=0.6,cos37o=0.8) 【解析】 开始阶段由牛顿第二定律得: mgsinθ+μmgcosθ=ma1 所以: a1=gsinθ+µgcosθ=10m/s2 物体加速至与传送带速度相等时需要的时间t1=v/a1=1s 发生的位移: s= a1t12=5m<16m 物体加速到10m/s时仍未到达B点. 第二阶段,有: mgsinθ-µmgcosθ=ma2;所以: a2=2m/s2 设第二阶段物体滑动到B的时间为t2则: LAB-S=vt2+ a2t22 解得: t2=1s,t2/=-11s(舍去) 故物体经历的总时间t=t1+t2=2s. 【例4】如图所示,有一水平传送带以2m/s的速度匀速运动,现将一物体轻轻放在传送带上,若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少? 【解析】以传送带上轻放物体为研究对象,如图在竖直方向受重力和支持力,在水平方向受滑动摩擦力,做v0=0的匀加速运动. 据牛顿第二定律: F=ma 即水平方向: f=ma① 竖直方向: N-mg=0② f=μN③ 由式①,②,③解得a=5m/s2 设经时间tl,物体速度达到传送带的速度vt, 由运动学公式: vt=v0+at④ 解得t1=0.4s 物体位移为0.4m时,物体的速度与传送带的速度相同,物体0.4s后无摩擦力,开始做v2=2m/s匀速运动,其位移S2=S-S1=10-0.4=9.6(m), 由运动学公式: S2=v2t2⑤ 代入式⑤解得: t2=4.8s 传送10m所需时间为: t=0.4+4.8=5.2s 【例5】一物体在光滑水平面上,初速度为零,物体先受一向东恒力F,历时1s;随即该力改向西,大小不变,历时1s;接着再把力改向东,大小不变,历时1s……如此反复,共历时1min,则在这1min内() A.物体时而向东运动,时而向西运动,1分钟后停在初始位置之东 B.物体时而向东,时而向西运动,1分钟后停在初始位置之西 C.物体时而向东,时而向西运动,1分钟后恰停在初始位置上 D.物体一直向东运动,1分钟后停在初始位置之东侧 【解析】取向东为正。 ⑴在第1s内,由牛顿第二定律可得加速度恒定 ,由 ,得t=1s末速度 .⑵在第2s内,力反向为-F,加速度 说明加速度与第1s内大小相等,方向相反,但由于速度不会突变,故物体做匀减速运动,到第2s末速度为 。 第2s内没有反向运动.⑶接着每2s内运动情况与前2s内运动情况一模一样,物体一直向东运动.因此,在1min末物体静止于初始位置之东,D正确.本题时间和速度的图象可看到,物体时而向东运动,时而向西运动,因加速度大小相同,图象具有对称性,每经过2s就重复一次,故在1min末静止于初始位置之东。 答案: D 三、练习 1.(2008年深圳调考)关于力学单位制说法中正确的是( ) A.kg、m/s、N是导出单位 B.在国际单位制中,质量的基本单位是kg,也可以是g C.在力学中,力是基本概念,所以力的单位“牛顿”是力学单位制中的基本单位 D.只有在国际单位制中,牛顿第二定律的表达式才是F=ma 2.(双选)用一水平恒力F作用于放在水平面上质量为m的物体上时,物体获得的加速度为a;当把作用的水平恒力改变为2F时,物体获得的加速度( ) A.可能为2a B.可能大于2a C.可能小于2a D.无法判断 3.(2008年深圳调考)如图所示,物体A放在斜面上,与斜面一起向右做匀加速运动,物体A受到斜面对它的支持力和摩擦力的合力方向可能是( ) A.向右斜上方 B.竖直向上 C.向右斜下方 D.上述三种方向均不可能 4.(双选)如图所示,一水平方向足够长的传送带以恒定的速度v1沿顺时针方向转动,传送带右端有一与传送带等高的光滑水平面,一物体以恒定的速度v2沿直线向左滑上传送带后,经过一段时间又返回光滑水平面,速率为v2',下列说法正确的是( ) A.若v1<v2,则v2'=v1 B.若v1>v2,则v2'=v2 C.不管v2多大,总有v2'=v2D.只有v1=v2时,才有v2'=v1 5.静止在水平地面上的物体的质量为2kg,在水平恒力F推动下开始运动,4s末它的速度达到4m/s,此时将F撤去,又经6s物体停下来,如果物体与地面的动摩擦因数不变,求F的大小. 第三讲牛顿运动的综合应用 一、基本概念 (一)超重与失重和完全失重 (1)实重和视重 ①实重: 物体实际所受的重力,它与物体的运动状态无关. ②视重: 当物体在竖直方向上有加速度时,物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力.此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重. (2)超重、失重和完全失重的比较(口诀: 上超下失) 现象 实质 超重 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力 大于 自身重力的现象 系统具有竖直向上的加速度或加速度有竖直向上的分量 失重 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力 小于 自身重力的现象 系统具有竖直向下的加速度或加速度有竖直向下的分量 完全失重 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力 等于零 的现象 系统具有竖直向下的加速度,且 a=g (二)整体、隔离法 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将单个物体作为研究对象与周围物体分隔开的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力 注意问题 受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用力 一般隔离受力较少的物体 二、例题 【例1】用质量为m、长度为L的绳沿着光滑水平面拉动质量为M的物体,在绳的一端所 施加的水平拉力为F,如图所示,求: (1)物体与绳的加速度; (2)绳中各处张力的大小.(假定绳的质量分布均匀,下垂度可忽略不计) 【解析】 (1)以物体和绳整体为研究对象,根据牛顿第二定律可得: F=(M+m)a, 解得a=F/(M+m). (2)以物体和靠近物体x长的绳为研究对象,如图(a)所示.根据牛顿第二定律可得: Fx=(M+mx/L)a=(M+ ) 由此式可以看出: 绳中各处张力的大小是不同的,当x=0时,绳施于物体M的力的大小为 【例2】如图所示,A、B两个木块之间用轻质杆(质量不计)连接,沿一倾角为 的斜面匀加速下滑。 若A和B与斜面间的滑动摩擦系数分别为μ1和μ2,则下列说法错误的是() A.当μ1>μ2时,轻杆对A、B施与推力 B.当μ1<μ2时,轻杆对A、B施与拉力 C.当μ1=μ2时,轻杆对A、B不施力 D.当μ1=μ2时,轻杆对A、B也可能施力 提示与答案: D 【例3】(2007年上海高考)固定光滑细杆与地面成一定倾角,在杆上套有一个光滑小环,小环在沿杆方向的推力F作用下向上运动,推力F与小环速度v随时间变化规律如图所示,取重力加速度g=10m/s2。 求: (1)小环的质量m; (2)细杆与地面间的倾角。 【解析】由v-t图得: 根据牛顿第二定律, 前2s对小环有: F2-mgsin=ma 2s后对小环有: F2=mgsin 代入数据可解得: m=1kg,=30 【例4】(2004年湖北理综)如图所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同: 中弹簧的左端固定在墙上, 中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用, 中弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动, 中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动。 若认为弹簧的质量都为零,以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量,则有: A.L2>L1B.L4>L3C.L1>L3D.L2=L4 【解析】本题实际上就是判断四种情景下弹簧所受弹力的大小。 由于弹簧的质量不计,所以不论弹簧做何种运动,弹簧各处的弹力大小都相等。 因此这四种情况下弹簧的弹力是相等,即四个弹簧的伸长量是相等。 只有D选项正确。 【例5】(2007年高考科研测试)如图所示,在光滑的桌面上叠放着一质量为mA=2.0kg的薄木板A和质量为mB=3kg的金属块B.A的长度L=2.0m,B上有轻线绕过定滑轮与质量为mC=1.0kg的物块C相连.B与A之间的滑动摩擦因数µ=0.10,最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力.忽略滑轮质量及与轴间的摩擦.起始时令各物体都处于静止状态,绳被拉直,B位于A的左端(如图),然后放手,求经过多长时间t后B从A的右端脱离(设A的右端距滑轮足够远)(取g=10m/s2) 【解析】以桌面为参考系,令aA表示A的加速度,aB表示B、C的加速度,sA和sB分别表示t时间A和B移动的距离,则由牛顿定律和匀加速运动的规律可得 mCg-µmBg=(mC+mB)aB ① µmBg=mAaA ② sB= aBt2 ③ sA= aAt2 ④ 又sB-sA=L ⑤ 由以上各式,代入数值,可得t=4.0s 三、练习 1. (2008年韶关二模)某科技兴趣小组用实验装置模拟火箭发射卫星.火箭点燃后从地面竖直升空,燃料燃尽后火箭的第一级第二级相继脱落,实验中测得卫星竖直方向的速度—时间图象如图所示,设运动中不计空气阻力,燃料燃烧时产生的推力大小恒定.下列判断正确的是( ) A.t2时刻卫星到达最高点,t3时刻卫星落回地面 B.卫星在0~t1时间内的加速度大于t1~t2时间内的加速度 C.t1~t2时间内卫星处于超重状态,t2~t3时间内卫星处于失重状态 D.卫星在t2~t3时间内的加速度等于重力加速度 2.(2008年韶关一模)如图,在光滑地面上,水平外力F拉动小车和木块一起作无相对滑动的加速运动.小车质量是M,木块质量是m,力大小是F,加速度大小是a,木块和小车之间动摩擦因数是μ,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是( ) A.μmg B.maC. D.F-Ma 3.(2008年广州二模)如图所示,倾角为α的斜面静止不动,滑轮的质量和摩擦不计,质量为M的物体A与斜面的动摩擦因素为μ(设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等),质量为m的物体B通过定滑轮用细线与M相连接.则( ) A.当m>M(sinα+μcosα)时,m一定有向下的加速度 B.当m C.当m>M(sinα一μcosα)时,m一定有向下的加速度 D.当m 4.某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一根弹簧秤,使其测量挂钩向下,并在钩上悬挂一个重为10N的钩码.弹簧秤弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出,如图所示.则下列分析正确的是( ) A.从时刻t1到t3,钩码处于失重状态 B.从时刻t5到t6,钩码处于失重状态 C.电梯可能从15楼开始,最后停在1楼 D.电梯可能在1楼开始,最后停在15楼 5.(2008汕头一模)在静止的小车内,用细绳a和b系住一个小球,绳a处于斜向上的方向,拉力为Fa,绳b处于水平方向,拉力为Fb,如图所示.现让小车从静止开始向右做匀加速运动,此时小球相对于车厢的位置仍保持不变,则两根细绳的拉力变化情况是( ) A.Fa变大,Fb不变 B.Fa变大,Fb变小 C.Fa变大,Fb变大 D.Fa不变,Fb变小 6.(2008年深圳二模)如图所示,质量为M的小车放在光滑的水平面上.小车上用细线悬吊一质量为m的小球,M>m.现用一力F水平向右拉小球,使小球和车一起以加速度a向右运动时,细线与竖直方向成α角,细线的拉力为T;若用一力F/水平向左拉小车,使小球和车一起以加速度a/向左运动时,细线与竖直方向也成α角,细线的拉力为T/.则( ) A.a/=a,T/=T B.a/>a,T/=T C.a/<a,T/=T D.a/>a,T/>T 7.在倾角为θ的光滑斜面上端系有一劲度系数为k的弹簧,弹簧下端连一个质量为m的小球,球被一垂直斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变,若A以加速度α(α (1)从挡板开始运动到球板分离所经历的时间t; (2)从挡板开始运动到小球速度最大时,球的位移s。 第三章答案 【一】1.BC2.C3.C4.C5.AD 【二】1.D2.AB3.A4.AB 5.【解析】物体的整个运动过程分为两段,前4s物体做匀加速运动,后6s物体做匀减速运动. 前4s内物体的加速度为 ① 设摩擦力为Fμ,由牛顿第二定律得 ② 后6s内物体的加速度为 ③ 物体所受的摩擦力大小不变,由牛顿第二定律得 ④ 由②④可求得水平恒力F的大小为 【三】1.CD2.BD3.AD4.AC5.D6.B 7【解析】 (1)设球与挡板分离时位移为s,经历的时间为t,从开始运动到分离过程中,m受竖直向下的重力,垂直斜面向上的支持力FN,沿斜面向上的挡板支持力FN1和弹簧弹力 ,根据牛顿第二定律有: 而 随着x的增大, 增大,FN1减小,保持a不变,当m与挡板分离时,x增大到等于s,FN1减小到零,则有: 根据牛顿第二定律有: 联立解得: (2)分离后继续做加速度减小的加速运动, v最大时,m受合力为零,即 ,位移是
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