2020版高考物理一輪復習全突破考點08牛頓第一定律的應用（二）解決動力學的兩類問題（含解析）.docx

考點08 牛頓運動定律應用（二）解決動力學的兩類問題1.理解牛頓第二定律的四性，能分析加速度的方向、大小既動態(tài)變化。2.掌握兩類動力學問題的解決方法牛頓第二定律是處理非平衡狀態(tài)下相關的動力學問題的核心定律，是解決動力學兩類問題的關鍵，是連接力學與運動學的橋梁，在高中物理中有著舉足輕重的地位。1. 牛頓第二定律（1）內(nèi)容：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比（2）理解：因果性：力是使物體產(chǎn)生加速度a的原因，而加速a是力改變物體運動狀態(tài)的一種體現(xiàn)，兩者互為因果關系。有加速，在加速度所在的方向上必定存在力的作用，比如向心加度與向心力；有力，物體的運動狀態(tài)必定會改變，可能是速度的大小改變，可能是速度的方向改變。拓展延伸：深刻理解力的作用效果對后期的動能和動量等內(nèi)容的學習有很大的幫助，力改變物體的動能是合外力在空間在累計出來的效果，力改變物體的動量是合外力在時間上累計出來的效果，力這種相互作用是物體間進行動量交換的途徑。瞬時性：物體的加速度由零增加到某個值的過程不需要時間的積累，這種特性有別于速度和位移，速度和位移的改變均需要一定的時間，但加速度只要物體受到力，會立即產(chǎn)生一個加速度，力消失，加速度也立即減小為零。這種性質(zhì)稱為加速度a的瞬時性問題，如輕繩、輕彈簧被剪斷瞬間，a的變化情況。 同體性：合力與加速度對應的物體須為同一物體，若題目中只有單一物體時學生不容易混淆，但是當題目中有多個研究對象時（比如板塊模型），有同學通過受力分析去求某個物體的加速度時，會出現(xiàn)加速度對應的物體與力對應的物體不同體的現(xiàn)象。所以應引導學生在分析物理問題前，先明確研究目標。矢量性：a的方向與合力方向相同，可以利用加速度的方向去分析合力方向（運動力），也可以利用合力方向判斷加速度的方向（力運動）2.兩類動力學問題（1）類型： 通過運動情況分析受力情況；通過受力情況分析運動情況（2）解決思路該定律提供了一種求解加速度的思路，結合運動學內(nèi)容，求解加速度a的方法就有兩種：受力分析合力牛頓第二定律a運動情況分析運動學公式a兩種情況下求出的加速度應相等，可以利用兩種途徑表示出的加速度列出一個方程式解決動力學中的物理量，所以我們可以由此歸納出解決動力學問題的基本思路：分析物體的受力情況，表示出物體的合力分析物體運動情況，選擇適當?shù)倪\動學公式表示出加速度，利用牛頓第二定律表示出合力兩者聯(lián)立列出方程式求解上述方法作者把它稱為三步法解決動力學問題，包括圓周運動中的動力學問題的解決思路也大致相同。第一步通過受力分析求合力時用好正交分解法是關鍵，第二部通過運動情況求加速時，正確選擇運動學公式是關鍵。（3）適用條件：勻變速直線運動、圓周運動3.熱點整合（1）牛頓第二定律的瞬時性問題（2）傳動帶動力學問題（3）電梯類動力學問題（4）機車啟動類動力學問題 牛頓第二定律的瞬時性題 組 1例1（2019江蘇省南通市2018-2019高二下期末測試）如圖所示，在動摩擦因數(shù)為0.2的水平面上有一個質(zhì)量為1kg的小球，小球與水平輕彈簧及與豎直方向成45角的不可伸長的輕繩一端相連，此時小球處于靜止狀態(tài)，且水平面對小球的彈力恰好為零，當剪斷輕繩的瞬間，取g10m/s2，則（）A水平面對小球的彈力仍為零 B小球的加速度為0C小球的加速度為8m/s2 D小球的加速度為10m/s2【答案】C【解析】本題考查牛頓第二定律的瞬時性及輕繩輕彈簧的力學特性在未剪斷繩前，其受力示意圖如下：TGFKfFKFNG由平衡條件可知T=，F(xiàn)K=mg，剪斷繩后T立即消失，而彈力和重力不變，地面會立即產(chǎn)生支持力和摩擦力，物體新的受力示意圖如圖2，物體最大靜摩擦力fm=mg=0.2mg，F(xiàn)Kfm，所以摩擦力為滑動摩擦力，此時物體合力為F合=Ff，加速度a=0.8g=8m/s2 ，方向與彈簧彈力方向相同，向左，所以應選C 力運動題 組 2例2.（2019原創(chuàng)經(jīng)典）如圖為某機場安全檢查入口旅客的行李的傳送裝置，圖中傳送帶AB始終保持v=6m/s的恒定速率運行，一質(zhì)量為m=4kg的行李無初速度地放在A處，行李與傳送帶間的動摩擦因數(shù)=0.2，AB間的距離為7m，g取10 m/ s2，則；（1）求行李滑到B點的時間（2）若傳送帶的長度為12m，則行李在傳送帶上運動的時間又是多少【答案】（1）2s；（2）4s【解析】（1）F合=mg，a=F合/m=2m/s2。當v=6m/s時，由vt2v02=2ax得x=9mx4m在該過程中物體一直勻加速直線運動，由x=v0tat2/2得，t=2s（2）當v=6m/s時，x12m物體在04m，做勻加速直線運動，t1=2s在412m，物體所受合力為0，將做勻速直線運動當t=2s時（或x=4m），v=at1=4m/s，t2=x/v=2s所以t總=t1t2=4s變式訓練：（2019原創(chuàng)經(jīng)典）一質(zhì)量m =35kg的的重物放在豎直電梯內(nèi)的體重計上。電梯從t=0時刻由靜止開始啟動，在0到7s內(nèi)體重計示數(shù)F的變化如圖所示，求在這段時間內(nèi)電梯運動的距離是多少？【答案】20m【解析】02s：重物向下做勻加速直線運動，a=（mgFN）/m=2m/s2x1=v0tat2/2=4m，由v=v0at得當t=2s時，v=4m/s25s：重物向下做勻速直線運動，當t=2s時，由v=v0at得v=4m/sx2=vt=12m57s：重物向下做勻減速直線運動，a=（FNmg）/m=2m/s2在該過程中：v0=4m/s，a=2m/s2x3=v0tat2/2=4m所以x總=x1x2x3=20m 運動力題 組 3例2.（2019原創(chuàng)經(jīng)典）下圖中截面為直角三角形的三棱柱的質(zhì)量為m1Kg，用推力F垂直作用在斜邊上使其緊貼豎直墻壁由靜止開始向上運動，上升2m時速度增至4m/s，已知三棱柱斜邊與墻的夾角=53，它與墻面的動摩擦因數(shù)為0.5，求：（1）推力F的大?。?）若在1s時撤去推力F，則物體還能繼續(xù)向上運動多遠?【答案】 【解析】（1）物體受力示意圖如下，建立直角坐標系，物體對應的力學方程為：xyFNfFG在x軸：Fcos53FN=0在y軸：Fsin53FNmg=ma，由v2v02=2ax得a=4m/s2解F=28N（2）撤去力F后，物體只受重力，a=g=10m/s2，由x=（v2v02）/2a得x=0.8m變式訓練：（2019原創(chuàng)經(jīng)典）如圖甲所示，質(zhì)量為2kg的物體以20m/s的速度沖上足夠長的斜面，之后的速度時間圖像如圖乙所示，求：204o24t（s）v（m/s）（1）斜面的傾角（2）物體與斜面的動摩擦因素【答案】 【解析】（1）上滑時，物體受力示意圖如圖：yxfFNG在y軸：mgcosFN=0在x軸：mgsinFN=ma，由v-t可知a的大小為10m/s2即：20sin20cos=20 下滑時，在y軸：mgcosFN=0在x軸：mgsinFN=ma，由v-t可知a=2m/s2即：20sin20cos=4 聯(lián)立可解得=0.5，=37專題訓練8 牛頓運動定律應用（二）1（2019重慶南開中學高三月考改編）如圖所示，質(zhì)量為m的小球套在傾斜放置的固定光滑桿上，一根輕質(zhì)彈簧一端固定于O點，另一端與小球相連。將小球沿桿拉到彈簧水平位置（彈簧處于拉伸狀態(tài)）靜止釋放，若整個過程中彈簧始終處于伸長狀態(tài)且處于彈性限度范圍內(nèi)，則關于小球的運動性質(zhì)的分析，下列說法正確的是()A小球?qū)⑾蛳伦黾铀龠\動，加速度a將增大 B小球?qū)⑾蛳伦黾铀龠\動，a將減小C小球?qū)⑾蛏献黾铀龠\動，加速度a將減小 D彈簧與桿垂直時，小球速度最大2.（2019河南開封三模）如圖所示，質(zhì)量都為m的A、B兩物體疊放在豎直彈簧上并保持靜止，用大小等于mg的恒力F向上拉B，運動距離h時B與A分離。則下列說法中正確的是（）AB和A剛分離時，彈簧為原長 BB和A剛分離時，它們的加速度為gC彈簧的勁度系數(shù)等于 D在B與A分離之前，它們做勻加速運動【答案】 C【解析】B和A剛分離時，B受到重力mg和恒力F，B的加速度為零，A的加速度也為零，說明彈力對A有向上的彈力，與重力平衡，彈簧處于壓縮狀態(tài)。故AB錯誤。B和A剛分離時，彈簧的彈力大小為mg，原來靜止時彈力大小為2mg，則彈力減小量F=mg兩物體向上運動的距離為h，則彈簧壓縮量減小x=h，由胡克定律得：kF/Xmg/h故C正確。對于在B與A分離之前，對AB整體為研究對象，重力2mg不變，彈力在減小，合力減小，整體做變加速運動。故D錯誤。3. 如圖所示，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為，在斜桿下端固定有質(zhì)量為m的小球，當小車向右以加速度a運動時，桿對球的作用力F大小為（ ）A B C D【答案】 C【解析】本題考查動力學兩類問題之：運動求力小車向右以加速度a運動時，只有當agtan 時，才有F，如圖所示，故選C4（2019原創(chuàng)經(jīng)典）在水平面上，一個質(zhì)量m=2kg的物體在拉力作用下向右加速運動，1s后撤去拉力F，物體的vt圖象如圖所示，下列表述正確的是()v甲A動摩擦因素=1 B動摩擦因素=0.1 C拉力F=4N DF做的功W=6J【答案】 BD【解析】在34 s內(nèi)，物體只受摩擦力，由v-t可得a=1m/s2，由牛頓第二定律得mg=ma，,=0.1，B對；在01s內(nèi)，由v-t可得a=2m/s2，由力學方程：Fmg=ma可得F=6N，C錯；在01s內(nèi)，v-t圖所圍面積S=1m，所以位移x=1m，WF=Fx=61J，D對。5如圖甲所示，傾角為的足夠長的傳送帶以恒定的速率v0沿逆時針方向運行，t0時，將質(zhì)量m1 kg的物體(可視為質(zhì)點)輕放在傳送帶上，物體相對地面的vt圖象如圖乙所示設沿傳送帶向下為正方向，取重力加速度g10 m/s2，則()A傳送帶的速率v010 m/s B傳送帶的傾角30C物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)0.5 D02.0 s內(nèi)摩擦力對物體做功Wf24 J【答案】 ACD【解析】本題考查動力學兩類問題之：運動求力當物體的速率超過傳送帶的速率后，物體受到的摩擦力的方向發(fā)生改變，加速度也發(fā)生改變，根據(jù)vt圖象可得，傳送帶的速率為v010 m/s，選項A正確；1.0 s之前的加速度a110 m/s2，1.0 s之后的加速度a22 m/s2，結合牛頓第二定律，gsin gcos a1，gsin gcos a2，解得sin 0.6，37，0.5，選項B錯誤，C正確；摩擦力大小Ffmgcos 4 N，在01.0 s內(nèi)，摩擦力對物體做正功，在1.02.0 s內(nèi)，摩擦力對物體做負功，01.0 s內(nèi)物體的位移為5 m，1.02.0 s內(nèi)物體的位移是11 m，02.0 s內(nèi)摩擦力做的功為4(115) J24 J，選項D正確6.科研人員乘氣球進行科學考察氣球、座艙、壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為900 kg，在空中停留一段時間后，科