2021高考物理二轮复习专题三牛顿运动定律课件 113页

专题三 　 牛顿运动定律 - 2 - 高考命题 规律 A. 当 θ = 60 ° 时 , 运动员单手对地面的正压力大小 为 B. 当 θ = 120 ° 时 , 运动员单手对地面的正压力大小为 G C. 当 θ 不同时 , 运动员受到的合力不同 D. 当 θ 不同时 , 运动员与地面之间的相互作用力不相等 - 3 - 牛顿运动定律的理解 命题角度 1( 储备 ) 应用牛顿第三定律转换研究对象 　 【典题】 重力 为 G 的体操运动员在进行自由体操比赛时 , 有如图所示的比赛动作 , 当运动员竖直倒立保持 静止状态时 , 两手臂对称支撑 , 夹角为 θ , 则 ( 　　 ) - 4 - 答案 : A 解析 : 以运动员为研究对象 , 受到重力和地面对两只手的支持力 , 运动 正确 ,B 错误 ; 运动员受到的合力始终为零 ,C 错误 ; 由牛顿第三定律知两物体间的相互作用力大小永远相等 ,D 错误 . 转换研究对象的解题方法 如果不能直接求解物体受到的某个力时 , 可先求它的反作用力 , 即利用牛顿第三定律转换研究对象 , 转换研究对象后所求的力与待求力是 “ 等大 ” 的 , 因此问题得以巧妙地解决 . 如求压力时可先求支持力 ; 在许多问题中 , 摩擦力的求解亦是如此 . - 5 - 命题角度 2 加速度与力的关系 　 高考真题体验 · 对方向 1 . ( 多选 )(2016 全国 Ⅰ ·18) 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 - 6 - 答案 : BC 解析 : 匀速直线运动的质点加一恒力后 , 合力即该恒力 , 质点做匀变速运动 , 根据牛顿第二定律 F=ma , 可知 C 选项正确 ; 由加速度定义式 a = 可知 单位时间内速度的变化量总是不变 , 速率的变化量不一定相等 , 选项 D 错误 ; 质点的速度方向不一定与该恒力的方向相同 , 选项 A 错误 ; 某一时刻恒力方向与速度方向垂直时 , 速度方向立即改变 , 而恒力方向不会改变 , 所以速度方向不可能总是与该恒力的方向垂直 , 选项 B 正确 . - 7 - 2 . ( 多选 )(2016 全国 Ⅲ ·20) 如图 , 一固定容器的内壁是半径为 R 的半球面 ; 在半球面水平直径的一端有一质量为 m 的质点 P. 它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中 , 克服摩擦力做的功为 W. 重力加速度大小为 g. 设质点 P 在最低点时 , 向心加速度的大小为 a , 容器对它的支持力大小为 F N , 则 ( 　　 ) - 8 - 答案 : AC 解析 : 质点 P 由静止滑到最低点过程由动能定理得 - 9 - 合力、加速度、速度之间的关系判定 (1) 不管速度是大还是小 , 只要合力不为零 , 物体一定有加速度 . (3) 合力与速度同向时 , 物体加速运动 ; 合力与速度反向时 , 物体减速运动 . - 10 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . 如 图所示 , 小明将叠放在一起的 A 、 B 两本书抛给小强 , 已知 A 的质量为 m , 重力加速度为 g , 两本书在空中不翻转 , 不计空气阻力 , 则 A 、 B 在空中运动时 ( 　　 ) A .A 的加速度等于 g B .B 的加速度大于 g C .A 对 B 的压力等于 mg D .A 对 B 的压力大于 mg 答案 : A 解析 : A 、 B 在空中运动时 , A 、 B 处于完全失重状态 , A 、 B 之间没有作用力 , A 、 B 的加速度均为重力加速度 , 故 A 正确 ,BCD 错误 . - 11 - 2 . 在 向右匀速运动的小车内 , 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 F a , 绳 b 处于水平方向 , 拉力为 F b , 如图所示 . 现让小车向右做匀减速运动 , 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. F a 变大 , F b 不变 B. F a 变小 , F b 变小 C. F a 不变 , F b 变大 D. F a 不变 , F b 变小 答案 : C 解析 : 小车向右做匀减速运动时 , 小球相对于车厢的位置仍保持不变 , 故对小球受力分析可知 , F a 的竖直分量大小仍等于 mg , F a 不变 , F a 的水平分量也不变 , 而加速度水平向左 , 故 F b 变大 ,C 正确 . - 12 - 3 . 如 图所示 , 小车在水平地面上向右做匀速直线运动 , 车内 A 、 B 两物体叠放在一起 , 因前方有障碍物 , 为避免相撞 , 小车刹车制动 , 在小车整个运动的过程中 , A 、 B 两物体始终保持相对静止且随小车一起运动 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 在小车匀速运动过程中 , A 、 B 两物体间存在摩擦力 B. 在小车匀速运动过程中 , B 物体相对小车有向右运动的趋势 C. 在小车刹车制动过程中 , A 相对 B 一定有沿斜面向上运动的趋势 D. 在小车刹车制动过程中 , A 、 B 两物体间一定存在着沿斜面方向上的摩擦力 - 13 - 答案 : A 解析 : 小车匀速运动时 , A 、 B 处于平衡状态 , B 相对小车无运动趋势 , 且由受力分析可知 , A 、 B 两物体间一定存在摩擦力 , 故 A 对 ,B 错 ; 小车刹车制动过程中由于加速度大小未知 , A 、 B 间相对运动趋势方向不能确定 , 所以 C 、 D 错误 . - 14 - 命题角度 3( 储备 ) 牛顿第二定律瞬时性的理解 　 【典题】 ( 多选 ) 如 图所示 , 质量为 2 kg 的物体 A 静止在竖直的轻弹簧上面 , 质量为 3 kg 的物体 B 用细线悬挂并恰好与 A 物体相互接触 .g 取 10 m/s 2 . 某时刻将细线剪断 , 则细线剪断瞬间 ( 　　 ) A. 弹簧的弹力大小为 30 N B. 物体 B 的加速度大小为 10 m/s 2 C. 物体 A 的加速度大小为 6 m/s 2 D. 物体 A 对物体 B 的支持力大小为 12 N - 15 - 答案 : CD 解析 : 弹簧的弹力大小不会瞬间变化 , 故剪断细线的瞬间 , 弹力大小 不 m/s 2 = 6 m/s 2 ,B 错误 ,C 正确 ; 以 B 为研究对象 , m B g-F N =m B a , F N =m B ( g-a ) = 3 × 4 N = 12 N,D 正确 . - 16 - 瞬时问题的分析方法 (1) 分析物体的瞬时问题 , 关键是弄清瞬时前后的受力情况和运动状态的变化情况 , 正确分析该时刻的受力 , 然后再由牛顿第二定律求出瞬时加速度 . (2) 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 . ① 轻绳、轻杆或接触面 —— 不发生明显形变就能产生弹力的物体 , 剪断 ( 或脱离 ) 后 , 其弹力立即消失 , 不需要形变恢复时间 ; ② 轻弹簧、轻橡皮绳 —— 两端同时连接 ( 或附着 ) 有物体的弹簧或橡皮绳 , 特点是形变量大 , 其形变恢复需要较长时间 , 在瞬时性问题中 , 其弹力的大小往往可以看成保持不变 . - 17 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . 如 图所示 , 质量为 m 的小球被非弹性绳 A 和 B 系住 , 其中 B 绳水平 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 平衡时水平绳的拉力为 mg sin α B. 剪断水平绳 , 斜绳的拉力不变 C. 剪断水平绳 , 小球的加速度为 g sin α D. 剪断斜绳 , 小球的加速度为 g tan α - 18 - 答案 : C 解析 : 对小球受力分析 , 平衡时水平绳的拉力为 mg tan α ,A 错误 ; 平衡 只受重力 , 小球的加速度为 g , 故 D 错误 . - 19 - 2 . 如 图所示 , 水平面上放有三个木块 A 、 B 、 C , 质量均为 m= 1 kg, A 、 C 与地面间的接触面光滑 , B 与地面间的动摩擦因数 μ = 0 . 1, A 、 B 之间用轻弹簧相连 , B 、 C 之间用轻绳相连 . 现在给 C 一个水平向右的大小为 4 N 的拉力 F , 使 A 、 B 、 C 三个木块一起以相同的加速度向右做匀加速直线运动 . 某一时刻撤去拉力 F , 则撤去力 F 的瞬间 , 轻绳中的张力 F T 为 ( 重力加速度 g 取 10 m/s 2 )( 　　 ) A.0 B.1 N C.2 N D.3 N - 20 - 答案 : B 解析 : 在拉力作用下对整体由牛顿第二定律可得 F- μ mg= 3 ma 解得 a= 1 m/s 2 . 弹簧上的弹力不能瞬间变化 , 设弹力大小为 F' , 对 A 由牛顿第二定律可得 F'=ma= 1 × 1 N = 1 N 当撤去外力后 , 把 B 、 C 作为整体由牛顿第二定律可知 F'+ μ mg= 2 ma' 解得 a'= 1 m/s 2 , 方向向左 . 对 C 受力分析由牛顿第二定律可得 F ″ =ma'= 1 N, 故 B 正确 . - 21 - 3 . ( 多选 ) 如 图所示 , 一辆平板小车静止在光滑水平面上 , 车上固定由正六边形的三边构成的槽型容器 ABCD , 光滑小球静止在容器内且与 AB 、 BC 和 CD 边都接触 . 现使小车以加速度 a 向左做匀加速直线运动 .g 为重力加速度 . 则 ( 　　 ) C. 若 AB 边对小球的作用力为零 , 则 BC 和 CD 边对球的作用力大小相等 D. 若 AB 边对小球的作用力为零 , 则 BC 和 CD 边对球的作用力大小之差为一定值 - 22 - 答案 : AD 解析 : 当 AB 、 CD 边对小球的作用力都为零时 , 对小球进行受力 分析 零时 , 对小球进行受力分析可知 , 竖直方向上 F BC cos 60 ° -F CD cos 60 ° =mg , 故 D 正确 ,C 错误 . - 23 - 4 . ( 多选 ) 如 图所示 , 在动摩擦因数 μ = 0 . 2 的水平面上有一个质量 m= 1 kg 的小球 , 小球一端与水平轻弹簧相连 , 另一端与竖直方向成 θ = 45 ° 角的不可伸长的轻绳相连 , 此时小球处于静止状态 , 且水平面对小球的弹力恰好为零 . 在剪断轻绳的瞬间 ( g 取 10 m/s 2 ) . 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 小球受力个数不变 B. 小球立即向左运动 , 且 a= 8 m/s 2 C. 小球立即向左运动 , 且 a= 10 m/s 2 D. 若剪断的是弹簧 , 则剪断瞬间小球加速度为零 - 24 - 答案 : BD 解析 : 在剪断轻绳前 , 小球受重力、绳子的拉力以及弹簧的弹力处于平衡状态 , 根据共点力平衡得 , 弹簧的弹力 F=mg tan 45 ° = 10 × 1N = 10 N, 弹簧处于伸长状态 . 剪断轻绳的瞬间 , 弹簧的弹力仍然为 10 N, 小球此时受重力、支持力、弹簧弹力和摩擦力四个力作用 , 小球的受力个数发生改变 , 故 A 错误 ; 剪断轻绳时 , 小球所受的最大静摩擦力为 F f = μ mg= 0 . 2 × 10 N = 2 N, 根据牛顿第二定律得 , 运动 , 故 B 正确 ,C 错误 . 若剪断弹簧 , 则在剪断的瞬间 , 轻绳对小球的拉力瞬间为零 , 此时小球受重力和支持力作用 , 所受的合力为零 , 则小球的加速度为零 , 故 D 正确 . - 25 - 两类动力学问题 命题角度 1 已知运动 ( 受力 ) 求受力 ( 运动 ) 　 高考真题体验 · 对方向 1 . ( 多选 )(2019 全国 Ⅲ ·20) 如图 (a), 物块和木板叠放在实验台上 , 物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连 , 细绳水平 .t= 0 时 , 木板开始受到水平外力 F 的作用 , 在 t= 4 s 时撤去外力 . 细绳对物块的拉力 f 随时间 t 变化的关系如图 (b) 所示 , 木板的速度 v 与时间 t 的关系如图 (c) 所示 . 木板与实验台之间的摩擦可以忽略 . 重力加速度取 10 m/s 2 . 由题给数据可以得出 ( 　　 ) - 26 - A. 木板的质量为 1 kg B.2 s ~ 4 s 内 , 力 F 的大小为 0 . 4 N C.0 ~ 2 s 内 , 力 F 的大小保持不变 D. 物块与木板之间的动摩擦因数为 0 . 2 答案 : AB 解析 : 对物块受力分析可知 , 细绳对物块的拉力 f 等于木板与物块间的摩擦力 . 由题图 (b) 可知 , 滑动摩擦力 F f = 0 . 2 N, 设木板质量为 m 木 , 对木板 :4 ~ 5 s 内的 加速度 =- 0 . 2 m/s 2 , -F f =m 木 a 2 , 可求得 m 木 = 1 kg,A 正确 . 对木板 :2 ~ 4 s 内 , F-F f =m 木 a 1 , a 1 = 0 . 2 m/s 2 , 求得 F= 0 . 4 N,B 正确 . 对木板 :0 ~ 2 s, 拉力 F 与静摩擦力 F f 静 平衡 , F=F f 静 =kt ,C 错误 . 物块质量未知 , 无法求正压力 , 无法求动摩擦因数 μ ,D 错误 . - 27 - 2 . ( 2018 全国 Ⅰ ·15) 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 ( 　　 ) - 28 - 答案 : A 解析 : 选 物块 P 为研究对象进行受力分析 , 根据牛顿第二定律 F+F N -mg=ma , 系统原处于静止状态 , 则 F 0 =ma , F 由开始随 x 增加 , F N 变小 , F 变大 , 选项 A 正确 . - 29 - 3 . ( 2017 全国 Ⅱ ·24 ) 为 提高冰球运动员的加速能力 , 教练员在冰面上与起跑线相距 s 0 和 s 1 ( s 1 3 N 时 , A 、 B 发生相对滑动 , 对 B , 根据牛顿第二定律得 : F- μ mg=Ma 则 F=Ma+ μ mg , 图线的斜率 k= 1 kg =M , 故小滑块 A 的质量 m= 2 kg,C 正确 . - 80 - 2 . 如 图所示 , 长木板静止于光滑水平地面上 , 滑块叠放在木板右端 , 现对木板施加水平恒力 , 使它们向右运动 . 当滑块与木板分离时 , 滑块相对地面的位移为 x 、速度为 v. 若只减小滑块质量 , 再次拉动木板 , 滑块与木板分离时 ( 　　 ) A. x 变小 , v 变小 B. x 变大 , v 变大 C. x 变小 , v 变大 D. x 变大 , v 变小 - 81 - 答案 : A 解析 : 长木板和滑块做初速度为 0 的匀加速直线运动 , 根据牛顿第二 小 , 滑块相对地面的速度为 v=a 1 t 变小 , 故 A 正确 ,BCD 错误 . 故选 A . - 82 - 3 . 如 图所示 , 质量为 M= 3 kg 的足够长的木板放在光滑水平地面上 , 质量为 m= 1 kg 的物块放在木板上 , 物块与木板之间有摩擦 , 两者都以大小为 4 m/s 的初速度向相反方向运动 . 当木板的速度为 3 m/s 时 , 物块处于 ( 　　 ) A. 匀速运动阶段 B. 减速运动阶段 C. 加速运动阶段 D. 速度为零的时刻 - 83 - 答案 : B 解析 : 物块和木板相对运动 , 物块和木板间有摩擦力 F f , 所以物块做 故当木板速度为 3 m/s 时 , 物块速度为 1 m/s, 两者的速度方向不变 , 之后木板继续做减速运动 , 物块速度先减到零后反向做匀加速运动 , 木板继续减速 , 当木板和物块速度相同后 , 两者一起做匀速运动 . 故当木板的速度为 3 m/s 时 , 物块必处于匀减速运动阶段 , 所以 B 正确 ,ACD 错误 . - 84 - 4 . 一 长轻质薄硬纸片置于光滑水平地面上 , 其上放质量均为 1 kg 的 A 、 B 两物块 , A 、 B 与薄硬纸片之间的动摩擦因数分别为 μ 1 = 0 . 3, μ 2 = 0 . 2, 水平恒力 F 作用在 A 物块上 , 如图所示 . 已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力 , g 取 10 m/s 2 . 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 若 F= 1 . 5 N, 则 A 物块所受摩擦力大小为 1 . 5 N B. 若 F= 8 N, 则 B 物块的加速度为 4 . 0 m/s 2 C. 无论力 F 多大 , A 与薄硬纸片都不会发生相对滑动 D. 无论力 F 多大 , B 与薄硬纸片都不会发生相对滑动 答案 : C - 85 - 解析 : 物块 A 与硬纸片间的最大静摩擦力为 F f A = μ 1 m A g= 0 . 3 × 1 × 10 N = 3 N, 物块 B 与硬纸片间的最大静摩擦力为 F f B = μ 2 m B g= 0 . 2 × 1 × 10 N = 2 N . 若 F= 1 . 5 N F f1 , 所以木块运动时 , 木板静止不动 . 木块在左边第一块木板上的加速度为 a 1 , 由牛顿第二定律得 μ 1 mg=ma 1 . 设小木块滑上第二块木板的瞬时速度为 v , 代入 数据解得 : v= 1 m/s - 88 - (2) 木块滑上第二块木板后 , 设木板的加速度为 a 2 , 由牛顿第二定律得 : μ 1 mg- μ 2 ( M+m ) g=Ma 2 设木块与木板达到相同速度 v 1 时 , 运动时间为 t 对木块 : v 1 =v-a 1 t , 对木板有 : v 1 =a 2 t 解得 : v 1 = 0 . 1 m/s, t= 0 . 3 s 木块 在木板上滑动的长度为 s 1 -s 1 '