2020高考物理大一輪復(fù)習(xí)新課改省份專用講義第三章第15課時(shí)動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題重點(diǎn)突破課含答案

1、第15課時(shí)動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題(重點(diǎn)突破課)考點(diǎn)一兩類動(dòng)力學(xué)問題動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題在高考中是命題的熱點(diǎn)。這類問題對(duì)學(xué)生的分析推理能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力要求較高，學(xué)生往往因?yàn)橛?jì)算失誤導(dǎo)致丟分。1動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題(1)已知受力情況，求物體的運(yùn)動(dòng)情況。(2)已知運(yùn)動(dòng)情況，求物體的受力情況。2解決兩類基本問題的方法以加速度為“橋梁”，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律列方程求解，具體邏輯關(guān)系如圖所示。典例避險(xiǎn)車道是避免惡性交通事故的重要設(shè)施，由制動(dòng)坡床和防撞設(shè)施等組成，如圖所示豎直平面內(nèi)，制動(dòng)坡床視為與水平面夾角為的斜面。一輛長12m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛?cè)胫苿?dòng)坡床，當(dāng)車速為23m

2、/s時(shí)，車尾位于制動(dòng)坡床的底端，貨物開始在車廂內(nèi)向車頭滑動(dòng)，當(dāng)貨物在車廂內(nèi)滑動(dòng)了4m時(shí)，車頭距制動(dòng)坡床頂端38m，再過一段時(shí)間，貨車停止。已知貨車質(zhì)量是貨物質(zhì)量的4倍，貨物與車廂間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4；貨車在制動(dòng)坡床上運(yùn)動(dòng)受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44倍。貨物與貨車分別視為小滑塊和平板，取cos1，sin0.1，g10m/s2。求：(1)貨物在車廂內(nèi)滑動(dòng)時(shí)加速度的大小和方向；(2)制動(dòng)坡床的長度。解析(1)設(shè)貨物的質(zhì)量為m，貨物在車廂內(nèi)滑動(dòng)過程中，貨物與車廂間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4，受摩擦力大小為f，加速度大小為a1，則fmgsinma1fmgcos解得a15m/s2a1的方向沿制

3、動(dòng)坡床向下。(2)設(shè)貨車的質(zhì)量為M，車尾位于制動(dòng)坡床底端時(shí)的車速為v23m/s，貨物在車廂內(nèi)開始滑動(dòng)到車頭距制動(dòng)坡床頂端s038m的過程中，用時(shí)為t，貨物相對(duì)制動(dòng)坡床的運(yùn)動(dòng)距離為s1，在車廂內(nèi)滑動(dòng)的距離為s4m，貨車的加速度大小為a2，貨車相對(duì)制動(dòng)坡床的運(yùn)動(dòng)距離為s2，貨車受到制動(dòng)坡床的阻力大小為F，F(xiàn)是貨車和貨物總重的k倍，k0.44，貨車長度為l012m，制動(dòng)坡床的長度為l，則MgsinFfMa2Fk(mM)gM4m1s1vt2a1t21s2vt2a2t2ss1s2ll0s0s2解得l98m。答案(1)5m/s2，方向沿制動(dòng)坡床向下(2)98m規(guī)律方法動(dòng)力學(xué)問題的解題步驟集訓(xùn)沖關(guān)1(201

4、9德州模擬)一質(zhì)量為m2kg的滑塊能在傾角為30的足a2.5m/s2勻加速下滑。如圖所示，若用一水平向右恒力F作用于滑塊，s內(nèi)能沿斜面運(yùn)動(dòng)位移x4m。求：(g取10m/s2)(1)滑塊和斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)恒力F的大小。解析：(1)對(duì)滑塊，根據(jù)牛頓第二定律可得：mgsinmgcosma，夠長的斜面上以加速度使之由靜止開始在t2解得：36。代入數(shù)據(jù)解得：FN；(2)使滑塊沿斜面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有加速度沿斜面向上和向下兩種可能。1由x2a1t2，得a12m/s2，當(dāng)加速度沿斜面向上時(shí)：Fcosmgsin(Fsinmgcos)ma1，7635為晴天時(shí)的。若要求安全距離仍為120m，求汽車在

5、雨天安全行駛的最大速度(g取10m/s2)。0sv0t0代入數(shù)據(jù)解得：FN。答案：(1)3(2)N或N當(dāng)加速度沿斜面向下時(shí)：mgsinFcos(Fsinmgcos)ma1，437763436572公路上行駛的兩汽車之間應(yīng)保持一定的安全距離。當(dāng)前車突然停止時(shí)，后車司機(jī)可以采取剎車措施，使汽車在安全距離內(nèi)停下而不會(huì)與前車相碰。通常情況下，人的反應(yīng)時(shí)間和汽車系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間之和為1s。當(dāng)汽車在晴天干燥瀝青路面上以108km/h的速度勻速行駛時(shí)，安全距離為120m。設(shè)雨天時(shí)汽車輪胎與瀝青路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)25解析：設(shè)路面干燥時(shí)，汽車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0，剎車時(shí)汽車的加速度大小為a0，安全距離為s，反

6、應(yīng)時(shí)間為t0，汽車的質(zhì)量為m，剎車前的速度為v0，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得0mgma0v22a0解得a05m/s2，00.5設(shè)汽車在雨天行駛時(shí)，汽車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，汽車剎車的加速度大小為a，安全行駛的最大速度為v，2依題意有50由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得mgmav2svt02a解得v20m/s(v24m/s不符合實(shí)際，舍去)。答案：20m/s考點(diǎn)二動(dòng)力學(xué)的圖像問題結(jié)合圖像分析動(dòng)力學(xué)問題是近幾年高考中的?？?。學(xué)生在分析圖像時(shí)常遇到的問題：一是不能從圖像中分析出有用的足夠多的信息；二是不能把圖像轉(zhuǎn)化成實(shí)際運(yùn)動(dòng)情景。1常見的動(dòng)力學(xué)圖像vt圖像、at圖像、Ft圖像、Fa圖像等。2圖像問題

7、的類型(1)已知物體受到的力隨時(shí)間變化的圖線，求解物體的運(yùn)動(dòng)情況。(2)已知物體的速度、加速度隨時(shí)間變化的圖線。求解物體的受力情況。(3)由已知條件確定某物理量的變化圖像。3解題策略(1)問題實(shí)質(zhì)是力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，解題的關(guān)鍵在于弄清圖像斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)、面積的物理意義。(2)應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖像對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確“圖像與公式”“圖像與物體”間的關(guān)系，以便對(duì)有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷。典例(2019東營模擬)假設(shè)一宇宙飛船完成了預(yù)定空間科學(xué)和艙開始從太空向地球表面預(yù)定軌道返回。返回艙開始時(shí)通過自身制動(dòng)降，穿越大氣層后在一定高度打開阻力降落傘進(jìn)一步減速下降。這一空氣阻力與速度的平方成

8、正比，比例系數(shù)(空氣阻力系數(shù))為k，所受空技術(shù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，返回發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控減速下過程中若返回艙所受的氣浮力不變，且認(rèn)為返at8m/s20m/sv0160回艙豎直降落。從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，返回艙運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖所示，圖中AB是曲線在A點(diǎn)的切線，切線與橫軸交點(diǎn)B的坐標(biāo)為(8,0)，CD是曲線AD的切線。假如返回艙總質(zhì)量為M400kg，g取10m/s2，求：(1)返回艙在這一階段的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(2)在開始時(shí)刻v0160m/s時(shí)，返回艙的加速度大?。?3)空氣阻力系數(shù)k的數(shù)值。解析(1)由題圖圖像可以看出，圖線的斜率逐漸減小到零，即返回艙做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，直至做勻速運(yùn)動(dòng)。(2)開始時(shí)v01

9、60m/s，過A點(diǎn)切線的斜率大小就是此時(shí)加速度的大小，則22故加速度大小為20m/s2。(3)設(shè)浮力為F，由牛頓第二定律得在t0時(shí)，有kv02FMgMa由題圖知返回艙的最終速度為v4m/s當(dāng)返回艙做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有kv2FMg0解得k0.31。答案(1)先做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，直至做勻速運(yùn)動(dòng)(2)20m/s2(3)0.31規(guī)律方法解決圖像綜合問題的三點(diǎn)提醒(1)分清圖像的類別：即分清橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量，明確其物理意義，掌握物理圖像所反映的物理過程，會(huì)分析臨界點(diǎn)。(2)注意圖線中特殊點(diǎn)的物理意義：圖線與橫、縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，圖線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩圖線的交點(diǎn)等。(3)明確能從圖像中獲得的信息：把圖

10、像與具體的題意、情境結(jié)合起來，再結(jié)合斜率、特殊點(diǎn)、面積等的物理意義，確定從圖像中提取出來的有用信息，這些信息往往是解題的突破口或關(guān)鍵點(diǎn)。集訓(xùn)沖關(guān)1(多選)如圖甲所示，物體最初靜止在傾角為30的足夠長斜面上，從t0時(shí)刻起受到平行斜面向下的力F的作用。力F隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，物體開始運(yùn)動(dòng)2s后以2m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是(g取10m/s2)()A物體的質(zhì)量m1kgB物體的質(zhì)量m2kgC物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)D物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)337315mgcos300，聯(lián)立解得m1kg，選項(xiàng)A、D正確。解析：選AD由物體開始運(yùn)動(dòng)2s后以2m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，可知02s內(nèi)物體的加速

11、度大小為a1m/s2；FF在02s內(nèi)對(duì)物體應(yīng)用牛頓第二定律得，1mgsin30mgcos30ma,2s后由平衡條件可得，2mgsin3073152.(2019湖北聯(lián)考)質(zhì)量m1.0kg的物塊在一豎直向上的恒力F作m/s開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，該過程中物塊速度的二次方隨路程x變化的關(guān)g取10m/s2，物塊在運(yùn)動(dòng)過程中受到與運(yùn)動(dòng)方向相反且大小恒定的阻用下以初速度v010系圖像如圖所示。已知力。下列說法中正確的是()A恒力F大小為6NB在t1s時(shí)，物塊運(yùn)動(dòng)開始反向C2s末3s末物塊做勻減速運(yùn)動(dòng)D在物塊運(yùn)動(dòng)路程為13m的過程中，重力勢能增加130J解析：選B根據(jù)公式v2v022ax可得v22axv02，v2

12、x圖像的斜率的絕對(duì)值表示2倍加速度的大小，在1100運(yùn)動(dòng)05m過程中，由牛頓第二定律可得mgfFma1，其中a125m/s210m/s2,即fF0，在運(yùn)動(dòng)5初速度v010m/s，故t0s1s時(shí)，速度減小到零，即在t1s時(shí)，物塊運(yùn)動(dòng)開始反向，之后向下做勻加速164013m過程中，根據(jù)牛頓第二定律可得mgfFma2，其中a22135m/s24m/s2，解得Ff3N，A錯(cuò)誤；v10a110直線運(yùn)動(dòng)，B正確，C錯(cuò)誤；在物塊運(yùn)動(dòng)路程為13m的過程中，先上升5m，然后從最高點(diǎn)下降8m，即位移為3m，E在拋出點(diǎn)下方，所以重力做正功，重力勢能減小，pmgh1.0103J30J,D錯(cuò)誤。3如圖甲所示，質(zhì)量m1k

13、g的物塊在平行斜面向上的拉力F作用下從靜止開始沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，t0.5s時(shí)撤去拉力，利用速度傳感器得到其速度隨時(shí)間的變化關(guān)系圖像(vt圖像)如圖乙所示，g取10m/s2，求：(1)在02s內(nèi)物塊的位移大小x和通過的路程L；(2)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)階段加速度大小a1、a2和拉力大小F。解析：(1)在02s內(nèi)，由題圖乙知：1物塊上升的最大距離：x1221m1m1物塊下滑的距離：x2211m0.5m所以位移大?。簒x1x20.5m路程：Lx1x21.5m。(2)由題圖乙知，沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)階段加速度的大?。?a10.5m/s24m/s2a210.502m/s24m/s2設(shè)斜面傾角為，斜面對(duì)物塊

14、的摩擦力為Ff，根據(jù)牛頓第二定律有00.5s內(nèi)：FFfmgsinma1051s內(nèi)：Ffmgsinma2解得F8N。答案：(1)0.5m1.5m(2)4m/s24m/s28N考點(diǎn)三等時(shí)圓問題等時(shí)圓問題屬于動(dòng)力學(xué)問題，它的特殊之處在于物體運(yùn)動(dòng)的初、末位置在圓弧上。它的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有一定的規(guī)律，解答這類問題時(shí)如果能熟練應(yīng)用“等時(shí)”的規(guī)律，則“事半功倍”，否則求解過程“繁瑣”且易失分。1質(zhì)點(diǎn)在豎直圓環(huán)上從不同的光滑弦上端由靜止開始滑到圓環(huán)的最低點(diǎn)所用時(shí)間相等，如圖甲所示。2質(zhì)點(diǎn)從豎直圓環(huán)上最高點(diǎn)沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時(shí)間相等，如圖乙所示。3兩個(gè)豎直圓環(huán)相切且兩圓環(huán)的豎直直徑均過切點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)從不

15、同的光滑弦上端由靜止開始滑到下端所用時(shí)間相等，如圖丙所示。典例(多選)如圖所示，Oa、Ob和ad是豎直平面內(nèi)三根固定的光滑細(xì)桿，O、a、b、c、d位于同一圓周上，c為圓周的最高點(diǎn)，a為最低點(diǎn)，O為圓心。每根桿上都套著一個(gè)小滑環(huán)(未畫出)，兩個(gè)滑環(huán)從O點(diǎn)無初速度釋放，一個(gè)滑環(huán)從d點(diǎn)無初速度釋放，用t1、t2、t3分別表示滑環(huán)沿Oa、Ob、da到達(dá)a、b所用的時(shí)間，則下列關(guān)系正確的是()At1t2Ct1t3Dt1t3解析設(shè)想還有一根光滑固定細(xì)桿ca，則ca、Oa、da三根細(xì)桿交于圓的最低點(diǎn)a，三根細(xì)桿頂點(diǎn)均在圓周上，根據(jù)等時(shí)圓特點(diǎn)可知，由c、O、d無初速度釋放的滑環(huán)到達(dá)a點(diǎn)的時(shí)間相等，即tcat1

16、t3；由ca與Ob滑動(dòng)1的小滑環(huán)相比較，滑行位移大小相同，初速度均為零，但加速度acaaOb，由x2at2可知，t2tca，即t2t1t3，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、C、D正確。答案BCD集訓(xùn)沖關(guān)1(2019合肥檢測)如圖所示，有一半圓，其直徑水平且與另一圓點(diǎn)恰好是下半圓的圓心，它們處在同一豎直平面內(nèi)?，F(xiàn)有三條光滑軌道們的兩端分別位于上下兩圓的圓周上，軌道與豎直直徑的夾角關(guān)系為后從三條軌道頂端由靜止下滑至底端，則小物塊在每一條傾斜軌道上滑為()的底部相切于O點(diǎn)，OAOB、COD、EOF，它?，F(xiàn)讓一小物塊先動(dòng)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間關(guān)系A(chǔ)tABtCDtEFCtABtCDtCDtEFDtABtCDtCDtEF，B項(xiàng)正確。2.如圖所示，幾條足夠長的光滑直軌道與水平面