高考核動力屆高考物理一輪復(fù)習(xí)微專題（三）利用牛頓第二定律的“瞬時性”處理“四類臨界問題”課件

1、微專題微專題(三三)利用牛頓第二定律的利用牛頓第二定律的“瞬時性瞬時性”處理處理“四四類臨界問題類臨界問題”牛頓第二定律的瞬時性指當物體所受到的合外力發(fā)生變牛頓第二定律的瞬時性指當物體所受到的合外力發(fā)生變化時，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，兩者同時產(chǎn)生、同時化時，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，兩者同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失在應(yīng)用牛頓第二定律瞬時性問題時，常遇變化、同時消失在應(yīng)用牛頓第二定律瞬時性問題時，常遇到摩擦力和彈力的臨界問題在到摩擦力和彈力的臨界問題在2014年高考中，課標全國卷年高考中，課標全國卷第第20題通過圓周運動對連接體的臨界問題進行了考查、浙題通過圓周運動對連接體的臨界問題進行了

2、考查、浙江卷第江卷第19題通過庫侖定律考查了繩和斜面間的臨界問題、北題通過庫侖定律考查了繩和斜面間的臨界問題、北京卷第京卷第18題通過生活實際問題考查物體脫離手的瞬時的臨界題通過生活實際問題考查物體脫離手的瞬時的臨界問題等問題等1摩擦力的臨界問題摩擦力的臨界問題如圖甲所示，質(zhì)量為如圖甲所示，質(zhì)量為m1 kg的物體，的物體，放在傾角放在傾角37的斜面上，已知物體與斜面間的動摩擦因的斜面上，已知物體與斜面間的動摩擦因數(shù)數(shù)0.3，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，取，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，取g9.8 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.要使物體與斜面相對靜止且一要使物體與斜面相對靜止且

3、一起沿水平方向向左做加速運動，則其加速度多大？起沿水平方向向左做加速運動，則其加速度多大？ 圖甲【解題指導(dǎo)】【解題指導(dǎo)】物體恰好在斜面上不滑動的兩個臨界條物體恰好在斜面上不滑動的兩個臨界條件是，最大靜摩擦力沿斜面向上和最大靜摩擦力沿斜面向件是，最大靜摩擦力沿斜面向上和最大靜摩擦力沿斜面向下，運用牛頓第二定律求得加速度的兩個極值，從而得到加下，運用牛頓第二定律求得加速度的兩個極值，從而得到加速度的范圍速度的范圍圖乙圖乙【解析】【解析】當物體恰不向下滑動時，受力分析如圖乙所示當物體恰不向下滑動時，受力分析如圖乙所示N1sin 37f1cos 37ma1f1sin 37N1cos 37mgf1N1解

4、得解得a13.6 m/s2圖丙圖丙當物體恰不向上滑動時，受力分析如圖丙所示當物體恰不向上滑動時，受力分析如圖丙所示N2sin 37f2cos 37ma2N2cos 37mgf2sin 37f2N2解得解得a213.3 m/s2因此加速度的取值范圍為因此加速度的取值范圍為3.6 m/s2a13.3 m/s2.【答案】【答案】3.6 m/s2a13.3 m/s2【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】本題涉及靜摩擦力的臨界問題的一般方法：一是抓住靜本題涉及靜摩擦力的臨界問題的一般方法：一是抓住靜摩擦力方向的可能性，二是最大靜摩擦力是物體即將由相對摩擦力方向的可能性，二是最大靜摩擦力是物體即將由相對靜止變?yōu)橄鄬瑒?/p>

5、的臨界條件靜止變?yōu)橄鄬瑒拥呐R界條件摩擦力分為靜摩擦力和滑動摩擦力，靜摩擦力是被動摩擦力分為靜摩擦力和滑動摩擦力，靜摩擦力是被動力，其大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢，而且靜力，其大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢，而且靜摩擦力存在最大值，靜摩擦力為零的狀態(tài)，是方向變化的臨摩擦力存在最大值，靜摩擦力為零的狀態(tài)，是方向變化的臨界狀態(tài)，靜摩擦力達到最大值，是物體恰好保持相對靜止的界狀態(tài)，靜摩擦力達到最大值，是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)；滑動摩擦力的突變存在于發(fā)生相對運動的兩物體臨界狀態(tài)；滑動摩擦力的突變存在于發(fā)生相對運動的兩物體之間，兩物體的速度達到相同時，往往是滑動摩擦力發(fā)生突之間

6、，兩物體的速度達到相同時，往往是滑動摩擦力發(fā)生突變的臨界狀態(tài)變的臨界狀態(tài)2繩的拉力的臨界問題繩的拉力的臨界問題如圖甲所示，物體的質(zhì)量為如圖甲所示，物體的質(zhì)量為2 kg，兩根，兩根輕繩輕繩AB和和AC的一端連接于豎直墻上，另一端系于物體上，的一端連接于豎直墻上，另一端系于物體上，輕繩輕繩AC水平，輕繩水平，輕繩AB與水平方向的夾角與水平方向的夾角160，在物體，在物體上另施加一個與上另施加一個與AC、AB共面且方向與水平方向成共面且方向與水平方向成260角的拉力角的拉力F，取，取g10 m/s2，若要使兩繩都能伸直，求拉力，若要使兩繩都能伸直，求拉力F的大小范圍的大小范圍 【解題指導(dǎo)】【解題指導(dǎo)

7、】拉力F的兩個極值對應(yīng)于兩條繩的拉力分別為0，利用正交分解法，即可解得拉力F的大小范圍【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】本題是平衡中的臨界問題，拉力的范圍是由兩個臨界狀本題是平衡中的臨界問題，拉力的范圍是由兩個臨界狀態(tài)決定的，本題通過建立平衡方程，確立臨界條件態(tài)決定的，本題通過建立平衡方程，確立臨界條件F10，F(xiàn)20解不等式，即可求得拉力的取值范圍，也可抓住兩個臨解不等式，即可求得拉力的取值范圍，也可抓住兩個臨界狀態(tài)，分別建立界狀態(tài)，分別建立F10時的平衡方程和時的平衡方程和F20時的平衡方時的平衡方程，解出兩個臨界狀態(tài)下的拉力程，解出兩個臨界狀態(tài)下的拉力F的臨界值，便可確定拉力的臨界值，便可確定拉力的

8、取值范圍的取值范圍3接觸面上彈力的臨界問題接觸面上彈力的臨界問題如圖甲所示，小車內(nèi)固定一個傾角為如圖甲所示，小車內(nèi)固定一個傾角為37的的光滑斜面，用一根平行于斜面的細線系住一個質(zhì)量為光滑斜面，用一根平行于斜面的細線系住一個質(zhì)量為m2 kg的小球，取的小球，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，則：，則：(1)當小車以當小車以a15 m/s2的加速度向右勻加速運動時，細線的加速度向右勻加速運動時，細線上的拉力為多大？上的拉力為多大？(2)當小車以當小車以a220 m/s2的加速度向右勻加速運動時，細的加速度向右勻加速運動時，細線上的拉力為多大？線上的拉力為多大？圖甲【解題指

9、導(dǎo)】【解題指導(dǎo)】當加速度特別大時，小球會飛離斜面，當加速度特別大時，小球會飛離斜面，當小球?qū)π泵娴膹椓偤脼楫斝∏驅(qū)π泵娴膹椓偤脼?時，可求得臨界加速度時，可求得臨界加速度a0，當，當aa0時，小球已脫離斜面，當時，小球已脫離斜面，當aa0，小球沒有脫離斜面，然，小球沒有脫離斜面，然后根據(jù)牛頓第二定律解題后根據(jù)牛頓第二定律解題【解析】【解析】本題中存在一個臨界狀態(tài)，即小球剛好脫離本題中存在一個臨界狀態(tài)，即小球剛好脫離斜面的狀態(tài)，設(shè)此時加速度為斜面的狀態(tài)，設(shè)此時加速度為a0，對小球受力分析如圖乙所，對小球受力分析如圖乙所示將細線拉力分解為水平示將細線拉力分解為水平x方向和豎直方向和豎直y方向兩

10、個分力則得方向兩個分力則得到到圖乙圖丙圖丙圖丁【答案】【答案】(1)20 N(2)20 N【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】本題的臨界狀態(tài)不明顯，含本題的臨界狀態(tài)不明顯，含“臨界術(shù)語臨界術(shù)語”，但相同的問，但相同的問題連續(xù)求解兩次，一般來講有隱含的臨界條件解決問題時題連續(xù)求解兩次，一般來講有隱含的臨界條件解決問題時應(yīng)把物理問題應(yīng)把物理問題(或過程或過程)推向極端，使臨界狀態(tài)暴露出來，從推向極端，使臨界狀態(tài)暴露出來，從而找到臨界狀態(tài)，即假如加速度特別大，小球就要飛起來，而找到臨界狀態(tài)，即假如加速度特別大，小球就要飛起來，從而可得小球剛要飛起的臨界加速度從而可得小球剛要飛起的臨界加速度4幾何關(guān)系中的臨界問題

11、幾何關(guān)系中的臨界問題如圖甲所示，如圖甲所示，A為豎直平面內(nèi)的圓的最高點，為豎直平面內(nèi)的圓的最高點，B、C、D、E、F為圓周上的點，為圓周上的點，AB、AC、AD、AE、AF均為光滑直軌道，均為光滑直軌道，AD方向豎直一質(zhì)點由靜止開始從方向豎直一質(zhì)點由靜止開始從A點點沿不同軌道滑下沿不同軌道滑下(1)請通過計算證明質(zhì)點到達圓周上各點所需時間相請通過計算證明質(zhì)點到達圓周上各點所需時間相等；等；(2)利用利用(1)題的結(jié)論求解：題的結(jié)論求解：如圖乙，地面上有一固定的半圓形圓柱面，圓柱面的斜如圖乙，地面上有一固定的半圓形圓柱面，圓柱面的斜上方上方P處有一質(zhì)點，過處有一質(zhì)點，過P點的豎直直線恰好與圓相切

12、于點的豎直直線恰好與圓相切于Q點已知半圓形圓柱面半徑為點已知半圓形圓柱面半徑為R3 m，PQ 2R6 m現(xiàn)現(xiàn)在確定一條從在確定一條從P到圓柱的光滑斜面軌道，使質(zhì)點從靜止開始到圓柱的光滑斜面軌道，使質(zhì)點從靜止開始沿軌道滑行到圓柱面上所經(jīng)歷的時間最短求該斜面軌道與沿軌道滑行到圓柱面上所經(jīng)歷的時間最短求該斜面軌道與豎直方向的夾角的大小，并計算最短時間豎直方向的夾角的大小，并計算最短時間(已知已知sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2)【答案】【答案】(1)見解析(2)0.9 s【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】該題考查牛頓第二定律與運動學(xué)公式的綜合應(yīng)用，考查應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力，題

13、目第(1)問較為簡單，第(2)問難度較大，關(guān)鍵是把第(1)問的結(jié)論靈活應(yīng)用并恰當?shù)刈鞒鰣A周，然后再根據(jù)幾何知識求得光滑斜面軌道與豎直方向的夾角強化訓(xùn)練強化訓(xùn)練1.如圖所示，在水平地面上有一小車，小車內(nèi)質(zhì)量為如圖所示，在水平地面上有一小車，小車內(nèi)質(zhì)量為m10 kg的物塊的物塊A拴在一水平被壓縮的彈簧的一端，彈簧的另拴在一水平被壓縮的彈簧的一端，彈簧的另一端固定在小車上，當它們都處于靜止狀態(tài)時，彈簧對物塊一端固定在小車上，當它們都處于靜止狀態(tài)時，彈簧對物塊的彈力為的彈力為6 N當小車以當小車以a1 m/s2的加速度向右做勻加速運的加速度向右做勻加速運動時動時()A物塊物塊A相對小車仍靜止相對小車仍

14、靜止B物塊物塊A受到的摩擦力方向不變受到的摩擦力方向不變C物塊物塊A受到的摩擦力減小受到的摩擦力減小D物塊物塊A受到的彈力將增大受到的彈力將增大【解析】【解析】物塊物塊A與小車都處于靜止狀態(tài)時，物塊與小車都處于靜止狀態(tài)時，物塊A受到受到的彈力方向向右，大小為的彈力方向向右，大小為6 N，因物塊處于靜止狀態(tài)，所以物，因物塊處于靜止狀態(tài)，所以物塊受到小車對它的靜摩擦力大小為塊受到小車對它的靜摩擦力大小為f6 N，方向向左由此可，方向向左由此可知，小車與物塊之間的最大靜摩擦力知，小車與物塊之間的最大靜摩擦力fm6 N當小車以當小車以a1 m/s2的加速度向右做勻加速運動時，若物塊相對小車靜止，則的加

15、速度向右做勻加速運動時，若物塊相對小車靜止，則其加速度也應(yīng)為其加速度也應(yīng)為a1 m/s2，此時物塊所受合外力應(yīng)為，此時物塊所受合外力應(yīng)為Fma101 N10 N，而，而FF彈彈Ff，故，故FfFF彈彈4 Nfm，方向，方向向右，因此物塊不會相對小車發(fā)生滑動向右，因此物塊不會相對小車發(fā)生滑動【答案】【答案】AC2.如圖所示，質(zhì)量分別為如圖所示，質(zhì)量分別為m和和M的兩個小物體的兩個小物體(可視為質(zhì)可視為質(zhì)點點)，中間連一長度為，中間連一長度為L的輕繩，放置在水平地面上，使繩處的輕繩，放置在水平地面上，使繩處于豎直伸直狀態(tài)于豎直伸直狀態(tài)(此時繩張力為零此時繩張力為零)，現(xiàn)在質(zhì)量為，現(xiàn)在質(zhì)量為m的物體上的物