高考試題分類(lèi) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律1

1、 1 FN FN FN FN B A Ff Ff Ff Ff G G G G （A） （B） （C） （D） F 圖1 1 高考物理試題分類(lèi)-牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 一、內(nèi)容說(shuō)明 牛頓運(yùn)動(dòng)定律是高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容，每年在高考中都會(huì)出現(xiàn)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律可將力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合起來(lái)，與直線運(yùn)動(dòng)的綜合應(yīng)用問(wèn)題常見(jiàn)的模型有連接體、傳送帶、圖像、彈簧類(lèi)問(wèn)題等，一般為多過(guò)程問(wèn)題，也可以考查臨界問(wèn)題、周期性題等內(nèi)容，綜合性較強(qiáng). 二、思維模板：以牛頓第二定律為橋梁，將力和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，可以根據(jù)力來(lái)分析運(yùn)動(dòng)情況，也可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分析力.對(duì)于多過(guò)程問(wèn)題一般應(yīng)根據(jù)物體的受力一步一步分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，直到求出結(jié)果或找出

2、規(guī)律. 三、高考題型與方法 （一）連接體 思維要點(diǎn)與方法：?jiǎn)栴}類(lèi)型判斷與確定、整體與隔離相結(jié)合（個(gè)體與系統(tǒng)相結(jié)合）、各類(lèi)矢量關(guān)系圖（加速度、力）、牛頓第二定律方程等 例題1（2012上海）如圖，光滑斜面固定于水平面，滑塊A、B疊放后一起沖上斜面，且始終保持相對(duì)靜止，A上表面水平。則在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，B受力的示意圖為（ ） （二）臨界、極值問(wèn)題 思維要點(diǎn)與方法：在動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，常常會(huì)出現(xiàn)臨界狀態(tài)，對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的解法一般有以下三種方法：極限法、假設(shè)法、數(shù)學(xué)函數(shù)法。 1極限法： 在題目中如果出現(xiàn)“最大”、“最小”、“剛好”等關(guān)鍵詞時(shí)，一般隱藏著臨界問(wèn)題，處理這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，常常把物理問(wèn)題或過(guò)程推向極端，從

3、而將臨界狀態(tài)及臨界條件顯露出來(lái)，達(dá)到盡快求解的目的。 例題2、如圖11所示，質(zhì)量為m的物體放在水平地面上，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為?，對(duì)物體施加一個(gè)與水平方向成?角的力F，試求： （1）物體在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)力F的值； （2）物體在水平面上運(yùn)動(dòng)所獲得的最大加速度。 例題3、如圖甲，質(zhì)量為m=1Kg的物塊放在傾角為的斜面上，斜面體質(zhì)量為M=2Kg，斜面與物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2，地面光滑，=370，現(xiàn)對(duì)斜面體施一水平推力F，要使物體m相對(duì)斜面靜止，力F應(yīng)為多大？（設(shè)物體與斜面間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10m/s2） 2假設(shè)法： 有些物理過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)明顯的臨界問(wèn)題的線索，但在變化過(guò)程中

4、可能出現(xiàn)臨界狀態(tài)，也可能不會(huì)出現(xiàn)臨界狀態(tài)，解答此類(lèi)問(wèn)題，一般用假設(shè)法，即假設(shè)出現(xiàn)某種臨界狀態(tài)，物體的受力情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與題設(shè)是否相符，最后再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。 2 a 圖31 例題4、一斜面放在水平地面上，傾角為?= 53°，一個(gè)質(zhì)量為kg2.0的小球用細(xì)繩吊在斜面頂端，如圖31所示。斜面靜止時(shí)，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行，不計(jì)斜面與水平面的摩擦，當(dāng)斜面以2/10sm的加速度向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，求細(xì)繩的拉力及斜面對(duì)小球的彈力。 3數(shù)學(xué)函數(shù)法： 將物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達(dá)式，然后根據(jù)數(shù)學(xué)中求極值的方法，求出臨界條件。如二次函數(shù)、不等式、三角函數(shù)等等。 例題5、如圖41所示，質(zhì)量為M的木塊與

5、水平地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為?，用大小為F的恒力使木塊沿地面向右作直線運(yùn)動(dòng)，木塊M可視為質(zhì)點(diǎn)，則怎樣施力才能使木塊產(chǎn)生最大的加速度？最大加速度為多少？ （三）結(jié)合圖像類(lèi)問(wèn)題 思維要點(diǎn)與方法：明確圖像意義，挖掘圖中信息，分清問(wèn)題類(lèi)型，把握題目條件，不忘數(shù)理結(jié)合，準(zhǔn)確推理判斷。 例題6、（2012海南）如圖，表面處處同樣粗糙的楔形木塊abc固定在水平地面上，ab面和bc面與地面的夾角分別為?和?，且?>?,一初速度為v0的小物塊沿斜面ab向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t0后到達(dá)頂點(diǎn)b時(shí)，速度剛好為零；然后讓小物塊立即從靜止開(kāi)始沿斜面bc下滑.在小物塊從a運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中，可能正確描述其速度大小v與時(shí)間t的關(guān)系的

6、圖像是（ ） （四）物理學(xué)史、思想、方法、現(xiàn)象等 思維要點(diǎn)與方法：仔細(xì)研究教材，準(zhǔn)確記憶理解相關(guān)內(nèi)容，看清題目問(wèn)題，聯(lián)想對(duì)照判斷。 四、例題參考答案 例題1、本題結(jié)合牛頓第二定律考查物體的受力分析 【解析】以滑塊A、B整體為研究對(duì)象，整體加速度沿斜面向下，以滑塊B為研究對(duì)象，沿水平和豎直方向分解滑塊 B的加速度可知，滑塊B受到水平向左的摩擦力，豎直向下的重力，豎直向上的支持力，選項(xiàng)A正確。 例題2、解析：要使物體能夠運(yùn)動(dòng)，水平方向的力必須要大于最大靜摩擦力（近似等于此時(shí)的滑動(dòng)摩擦力），當(dāng)力 F有極小值時(shí)，物體恰好在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)物體的受力如圖12所示，由圖示得： NF?cosmin

7、 mgN F?sinmin F 圖41 圖1 2 FX F Fy G N 3 a 圖 31 G T ma 圖32 解得：?sincosmin?mgF 當(dāng)力F有最大值時(shí)，物體將脫離水平面，此時(shí)地面對(duì)物體的支持力恰好為零，根據(jù)受力分析得： maF?cosmax mgF?sinmax 解得： ?sinmaxmgF? 物體在水平面上運(yùn)動(dòng)所獲得的最大加速度： ? gctga? 則物體在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)F的范圍應(yīng)滿足：?sincos?mgF?sinmg 例題3、解析：現(xiàn)采用極限法把F推向兩個(gè)極端來(lái)分析：當(dāng)F較大時(shí)（足夠大），物塊將相對(duì)斜面上滑；當(dāng)F較小時(shí)（趨于零），物塊將沿斜面加速下滑；因此F不能太小，也不

8、能太大，F(xiàn)的取值是一個(gè)范圍 （1）設(shè)物塊處于相對(duì)斜面向下滑的臨界狀態(tài)時(shí)，推力為F1，此時(shí)物塊受力如圖乙，取加速度a的方向?yàn)閤軸正方向。 對(duì)m：x方向：NSin-NCos=ma1 y方向：NCos+NSin-mg=0 對(duì)整體：F1=（M+m）a1 把已知條件代入，解得：a1=4.78m/s2，F(xiàn)1=14.34N （2）設(shè)物塊處于相對(duì)斜面向上滑的臨界狀態(tài)時(shí)，推力為F2，此時(shí)物塊受力如圖丙， 對(duì)m：x方向：NSin+NCos=ma2 y方向：NCos-NSin-mg=0 對(duì)整體：F2=（M+m）a2 把已知條件代入，解得：a2=11.2m/s2，F(xiàn)2=33.6N 則力F的范圍：14.34NF33.6

9、N 例題4、解析：根據(jù)題意，先分析物理情景：斜面由靜 止向右加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，斜面對(duì)小球的支持力將會(huì) 隨著a的增大而減小，當(dāng)a較小時(shí)（a0），小球受 到三個(gè)力（重力、細(xì)繩拉力和斜面的支持力）作用，此時(shí)細(xì)繩平行于斜面；當(dāng)a足夠大時(shí)，斜面對(duì)小球的支持力將會(huì)減少到零，小球?qū)?huì)“飛離”斜面，此時(shí)繩與水平方向的夾角將會(huì)大于?角。而題中給出的斜面向右的加速度2/10sma?，到底是屬于上述兩種情況的哪一種，必須先假定小球能夠脫離斜面，然后求出小球剛剛脫離斜面的臨界加速度才能斷定，這是解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。 設(shè)小球剛剛脫離斜面時(shí)斜面向右的加速度為0a，此時(shí)斜面對(duì)小球的支持力恰好為零，小球只受到重力和細(xì)繩的拉

10、力，且細(xì)繩仍然與斜面平行。對(duì)小球受力分析如圖32所示。 易知：0mamgctg? 20/5.7smgctga? 2/10sma?0a 小球已離開(kāi)斜面，斜面的支持力 N = 0， 同理，由圖32的受力分析可知（注意：此時(shí)細(xì)繩與斜面的夾角小于?）,細(xì)繩的拉力： T = ?22)()(22mamg2.83牛 方向沿著細(xì)繩向上。 4 例題5、解析：設(shè)當(dāng)力F與水平方向成角?時(shí)，M的加速度最大， 圖42所示，對(duì)M有， MaFMgF?)sin(cos? 整理得：gMFa?)sin(cos 由上式可知，當(dāng)?sincos?取最大值時(shí)，a最大。 令A(yù)?sincos 則：)sin(1)sin1cos11(12222

11、?A 其中)11arcsin(2? 而?max A21?，與此相對(duì)應(yīng)的角? 為：)11arcsin(22? 加速度a的最大值： gMFa?2max1 說(shuō)明：此題并非在任何條件下都能達(dá)到上述最大加速度的，因?yàn)楫?dāng)?達(dá)到一定值時(shí)，就有可能使物體脫離地面，因此，F(xiàn)、M、?必須滿足一定的取值，即?sinFMg。 例題6、本題為牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)圖像結(jié)合題型，【答案】C。 由于阻力做功，物體下滑到地面時(shí)速度v小于初始速度v0，物塊在斜面上做勻變速運(yùn)動(dòng)，但前后兩段受 力不同，加速度不同，平均速度不同，上升階段平均速度012vv? ，下降階段平均速度22vv? 則12vv?，且?，sinsin?，abbcxx

12、? 上滑時(shí)間11abxtv? ，下滑時(shí)間22bcxtv?，12tt?，綜上可知正確選項(xiàng)為C。 五、自主練習(xí) （一）練習(xí)訓(xùn)練體驗(yàn) 1、(2013年高考福建)在國(guó)際單位制（簡(jiǎn)稱(chēng)SI）中，力學(xué)和電學(xué)的基本單位有：m（米）、kg（千克）、s（秒）、A（安培）。導(dǎo)出單位V（伏特）用上述基本單位可表示為（ ） A241mkgsA? B231mkgsA? C221mkgsA? D211mkgsA? 2、2014·北京卷 應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入例如平伸手掌托起物體，由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是( ) A手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物

13、體始終處于超重狀態(tài) B手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于失重狀態(tài) C在物體離開(kāi)手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度 D在物體離開(kāi)手的瞬間，手的加速度大于重力加速度 F 圖42 G f N 5 F F/N 5 0 5 t/s Ff/N 4 3 0 4 t/s 3、2014·北京卷 伽利略創(chuàng)造的把實(shí)驗(yàn)、假設(shè)和邏輯推理相結(jié)合的科學(xué)方法，有力地促進(jìn)了人類(lèi)科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展利用如圖所示的裝置做如下實(shí)驗(yàn)：小球從左側(cè)斜面上的O點(diǎn)由靜止釋放后沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，并沿右側(cè)斜面上升斜面上先后鋪墊三種粗糙程度逐漸降低的材料時(shí)，小球沿右側(cè)斜面上升到的最高位置依次為1、2、3.根據(jù)三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，可以得到的最

14、直接的結(jié)論是( ) A如果斜面光滑，小球?qū)⑸仙脚cO點(diǎn)等高的位置 B如果小球不受力，它將一直保持勻速運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài) C如果小球受到力的作用，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將發(fā)生改變 D小球受到的力一定時(shí)，質(zhì)量越大，它的加速度越小 4、（2012 山東）將地面上靜止的貨物豎直向上吊起，貨物由地面運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)的過(guò)程中，vt?圖像如圖所示。以下判斷正確的是（ ） A前3s內(nèi)貨物處于超重狀態(tài) B最后2s內(nèi)貨物只受重力作用 C前3s內(nèi)與最后2s內(nèi)貨物的平均速度相同 D第3s末至第5s末的過(guò)程中，貨物的機(jī)械能守恒 5、(2013年浙江) 如圖所示，水平板上有質(zhì)量m=1.0kg的物塊，受到隨時(shí)間t變化的水平拉力F作用，用力傳

15、感器測(cè)出相應(yīng)時(shí)刻物塊所受摩擦力Ff的大小。取重力加速度g=10m/s2。下列判斷正確的是（ ） A5s內(nèi)拉力對(duì)物塊做功為零 B4s末物塊所受合力大小為4.0N C物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4 D6s-9s內(nèi)物塊的加速度的大小為2.0m/s2 6、【2014·福建卷】如右圖，滑塊以初速度v0沿表面粗糙且足夠長(zhǎng)的固定斜面，從頂端下滑，直至速度為零。對(duì)于該運(yùn)動(dòng)過(guò)程，若用h、s、v、a分別表示滑塊的下降高度、位移、速度和加速度的大小，t表示時(shí)間，則下列圖像最能正確描述這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律的是（ ） 7、2014·江蘇卷 如圖所示， A、B兩物塊的質(zhì)量分別為2m和m，靜止疊放在水平地面

16、上A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為12.最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g.現(xiàn)對(duì)A施加一水平拉力F，則( ) A 當(dāng) F 2mg 時(shí)，A、B都相對(duì)地面靜止 B當(dāng)F52mg時(shí)，A的加速度為13g C當(dāng)F3mg時(shí)，A相對(duì)B滑動(dòng) D無(wú)論F為何值，B的加速度不會(huì)超過(guò)12g 6 8、2014·四川卷 如圖所示，水平傳送帶以速度v1勻速運(yùn)動(dòng)，小物體P、Q由通過(guò)定滑輪且不可伸長(zhǎng)的輕繩相連，t0時(shí)刻P在傳送帶左端具有速度v2，P與定滑輪間的繩水平，tt0時(shí)刻P離開(kāi)傳送帶不計(jì)定滑輪質(zhì)量和滑輪與繩之間的摩擦，繩足夠長(zhǎng)正確描述小物體P速度隨時(shí)間變化的圖像可能是( ) A B C D

17、 9、【2014·重慶卷】以不同初速度將兩個(gè)物體同時(shí)豎直向上拋出并開(kāi)始計(jì)時(shí)，一個(gè)物體所受空氣阻力可忽略，另一個(gè)物體所受空氣阻力大小與物體速率成正比。下列用虛線和實(shí)線描述兩物體運(yùn)動(dòng)的-t圖象可能正確的是（ ） 10、如圖21所示，質(zhì)量均為M的兩個(gè)木塊A、B在水平力F的作用下，一起沿光滑的水平面運(yùn)動(dòng)，A與B的接觸面光滑，且與水平面的夾角為60° ，求使A與B一起運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平力F的范圍。 11、如圖1所示，光滑小球恰好放在木塊的圓弧槽中，它左邊的接觸點(diǎn)為A，槽的半徑為R，且OA與水平線成角，通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道，當(dāng)木塊的加速度過(guò)大時(shí)，小球可以從槽中滾出來(lái)，圓球的質(zhì)量為m，木塊的質(zhì)量為 M

18、，各種摩擦及繩和滑輪的質(zhì)量不計(jì)，則木塊向右的加速度最小為多大時(shí)，小球恰好能滾出圓弧槽。 圖1 A B 60° 圖21 F 7 12、 一個(gè)物塊由靜止開(kāi)始沿不同長(zhǎng)度的光滑斜面滑到水平地面上的定點(diǎn)B，這些斜面的起點(diǎn)都靠在豎直墻上，如圖1所示，已知B點(diǎn)距墻角距離為b，要使小物塊從斜面的起點(diǎn)滑到B點(diǎn)所用的時(shí)間最短，求斜面的起點(diǎn)（如圖中P點(diǎn)）距地面的高度是多少？所用的時(shí)間又是多少？ （二）練習(xí)訓(xùn)練參考答案 1、B 2、D 3、A 4、AC 5、D 6、B 解析 設(shè)滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，斜面傾角為，滑塊在表面粗糙的固定斜面上下滑時(shí)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度不變，其加速度的大小為agcosgs

19、in ，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；由速度公式vv0at可知，v-t圖像應(yīng)為一條傾斜的直線，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；由位移公式sv0t12at2可知，B項(xiàng)正確；由位移公式及幾何關(guān)系可得hssin?v0t12at2sin，故A項(xiàng)錯(cuò)誤 7、BCD 解析 設(shè)B對(duì)A的摩擦力為f1，A對(duì)B的摩擦力為f2，地面對(duì)B的摩擦力為f3，由牛頓第三定律可知f1與f2大小相等，方向相反，f1和f2的最大值均為2mg，f3的最大值為32mg.故當(dāng)0<F32mg時(shí)，A、B均保持靜止；繼續(xù)增大F，在一定范圍內(nèi)A、B將相對(duì)靜止以共同的加速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，設(shè)當(dāng)A、B恰好發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的拉力為F，加速度為a，則對(duì)A，有F2mg2ma，對(duì)A、B整體，有F

20、32mg3ma，解得F3mg，故當(dāng)32mg<F3mg時(shí)，A相對(duì)于B靜止，二者以共同的加速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F>3mg時(shí)，A相對(duì)于B滑動(dòng)由以上分析可知A錯(cuò)誤，C正確當(dāng)F5 2mg時(shí)，A、B以共同的加速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，將A、B看作整體，由牛頓第二定律有F32mg3ma，解得ag 3，B正確對(duì)B來(lái)說(shuō)，其所受合力的最大值Fm2mg32mg12mg，即B的加速度不會(huì)超過(guò)12g，D正確 8、BC 解析 若P在傳送帶左端時(shí)的速度v2小于v1，則P受到向右的摩擦力，當(dāng)P受到的摩擦力大于繩的拉力時(shí)，P做加速運(yùn)動(dòng)，則有兩種可能：第一種是一直做加速運(yùn)動(dòng)，第二種是先做加速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度達(dá)到v1后做勻速運(yùn)動(dòng)，所以B

21、正確；當(dāng)P受到的摩擦力小于繩的拉力時(shí)，P做減速運(yùn)動(dòng)，也有兩種可能：第一種是一直做減速運(yùn)動(dòng)，從右端滑出；第二種是先做減速運(yùn)動(dòng)再做反向加速運(yùn)動(dòng)，從左端滑出若P在傳送帶左端具有的速度v2大于v1，則小物體P受到向左的摩擦力，使P做減速運(yùn)動(dòng)，則有三種可能：第一種是一直做減速運(yùn)動(dòng)，第二種是速度先減到v1，之后若P受到繩的拉力和靜摩擦力作用而處于平衡狀態(tài)，則其以速度v1做勻速運(yùn)動(dòng)，第三種是速度先減到v1，之后若P所受的靜摩擦力小于繩的拉力，則P將繼續(xù)減速直到速度減為0，再反向做加速運(yùn)動(dòng)并且摩擦力反向，加速度不變，從左端滑出，所以C正確 9、D 解析 本題考查v-t圖像當(dāng)不計(jì)阻力上拋物體時(shí)，物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，圖像為一傾斜直線，因加速度ag，故該傾斜直線的斜率的絕對(duì)值等于g.當(dāng)上拋物體受空氣阻力的大小與速率成正比時(shí)，對(duì)上升過(guò)程，由牛頓第二定律得mgkvma，可知物體做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)圖像的斜率比較，A錯(cuò)誤從