新高考物理二輪復(fù)習(xí)講義+分層練習(xí)專題02 力與直線運動 講義（含解析）

專題01力與直線運動【要點提煉】1.解決勻變速直線運動問題的方法技巧(1)常用方法①基本公式法，包括veq\s\do9(\f(t,2))＝eq\f(x,t)＝eq\f(v0＋v,2)，Δx＝aT2。②v-t圖象法。③比例法：適用于初速度為零的勻加速直線運動和末速度為零的勻減速直線運動。④逆向思維法：末速度為零的勻減速直線運動可看做反向初速度為零的勻加速直線運動。(2)追及相遇問題的臨界條件：前后兩物體速度相同時，兩物體間的距離最大或最小。2．物體的直線運動(1)條件：所受合外力與速度在同一直線上，或所受合外力為零。(2)常用規(guī)律：牛頓運動定律、運動學(xué)公式、動能定理或能量守恒定律、動量定理或動量守恒定律。3．動力學(xué)問題常見的五種模型(1)等時圓模型(圖中斜面光滑)(2)連接體模型兩物體一起加速運動，m1和m2的相互作用力為FN＝eq\f(m2·F,m1＋m2)，有無摩擦都一樣，平面、斜面、豎直方向都一樣。(3)臨界模型兩物體剛好沒有相對運動時的臨界加速度a＝gtanα。(4)彈簧模型①如圖所示，兩物體要分離時，它們之間的彈力為零，速度相同，加速度相同，分離前整體分析，分離后隔離分析。②如圖所示，彈簧長度變化時隔離分析，彈簧長度不變(或兩物體運動狀態(tài)相同)時整體分析。(5)下列各情形中，速度最大時加速度為零，速度為零時加速度最大。4．傳送帶上物體的運動由靜止釋放的物體，若能在勻速運動的傳送帶上同向加速到與傳送帶共速，則加速過程中物體的位移必與物體和傳送帶的相對位移大小相等，且等于傳送帶在這個過程中位移的一半。在傾斜傳送帶(傾角為θ)上運動的物體，動摩擦因數(shù)與tanθ的關(guān)系、物體初速度的方向與傳送帶速度方向的關(guān)系是決定物體運動情況的兩個重要因素。5．水平面上的板塊模型問題分析兩物體的運動情況需要關(guān)注：兩個接觸面(滑塊與滑板之間、滑板與地面之間)的動摩擦因數(shù)的大小關(guān)系，外力作用在哪個物體上。若外力作用在下面物體上，隨著力的增大，兩物體先共同加速，后發(fā)生相對滑動，發(fā)生相對滑動的條件是下面物體的加速度較大。若外力作用在上面物體上，力增大過程中，兩物體可能共同加速，也可能發(fā)生相對滑動，相對滑動時，上面物體的加速度較大?！靖呖伎枷?勻變速直線運動規(guī)律的應(yīng)用】例1：（2022·山西晉中·二模）我國SKIPIF1<0技術(shù)和應(yīng)用居世界前列，無人駕駛汽車是利用先進的5G技術(shù)制造的汽車。在不少大城市已經(jīng)使用無人駕駛公交車。無人駕駛汽車上配有主動剎車系統(tǒng)，當(dāng)車速超過30km/h時，汽車主動剎車系統(tǒng)會啟動預(yù)判：車載電腦通過雷達采集數(shù)據(jù)在SKIPIF1<0內(nèi)進行分析預(yù)判，若預(yù)判汽車以原速度行駛后可能會發(fā)生事故，汽車會立即主動剎車?，F(xiàn)有一無人駕駛汽車正以SKIPIF1<0的速度勻速行駛，在它的正前方相距SKIPIF1<0處有一大貨車正以SKIPIF1<0的速度勻速行駛。若取重力加速度SKIPIF1<0，問：（1）預(yù)判結(jié)束時，兩車之間的距離。（2）若預(yù)判結(jié)束時，汽車立即開始以SKIPIF1<0的加速度剎車，同時大貨車開始減速行駛，且剎車時大貨車所受阻力與車重的比值可k=0.32，則要使兩車不相撞，求汽車加速度SKIPIF1<0的取值范圍。（計算出的數(shù)據(jù)請保留3位有效數(shù)字）【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【詳解】（1）SKIPIF1<0內(nèi)，汽車和大貨車行駛的位移分別為SKIPIF1<0SKIPIF1<0預(yù)判結(jié)束時，兩車之間的距離為SKIPIF1<0（2）設(shè)汽車剎車總時間為t1，則有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0大貨車減速時的加速度大小為SKIPIF1<0大貨車剎車總時間為SKIPIF1<0所以大貨車先停下來。設(shè)汽車的剎車位移為SKIPIF1<0，大貨車的剎車位移為SKIPIF1<0，根據(jù)運動學(xué)規(guī)律有SKIPIF1<0SKIPIF1<0要使兩車不相撞，應(yīng)滿足SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0分析追及相遇問題的方法技巧(1)一個臨界條件：速度相同，它往往是能否追上、物體間距離最大或最小的臨界條件，也是分析判斷問題的切入點，如例1中兩車速度相同時相距最遠(yuǎn)。(2)兩個關(guān)系：時間關(guān)系和位移關(guān)系，通過畫草圖找出兩物體運動的時間關(guān)系和位移關(guān)系是解題的突破口。(3)能否追上的判斷方法：物體B追趕物體A(勻速追勻加速、勻減速追勻速或勻減速追勻加速)，開始時，兩個物體相距x0。①當(dāng)vA＝vB時，xA＋x0<xB，則能追上；②當(dāng)vA＝vB時，xA＋x0＝xB，則恰好追上；③當(dāng)vA＝vB時，xA＋x0>xB，則不能追上。特別注意：若被追趕的物體做勻減速直線運動，一定要注意判斷追上前該物體是否已經(jīng)停止運動。1-1.（2022·河南安陽·模擬預(yù)測）一枚蘋果豎直上拋再落回原處，蘋果運動過程中受到的空氣阻力忽略不計，從蘋果被拋出瞬間開始研究，其動能SKIPIF1<0滿足二次函數(shù)SKIPIF1<0的形式，其中SKIPIF1<0為常數(shù)且均不等于SKIPIF1<0，關(guān)于其中SKIPIF1<0的物理意義，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0表示蘋果的瞬時速度SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0表示蘋果運動的位移SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0表示蘋果運動的時間SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0表示蘋果重力的功率SKIPIF1<0【答案】C【詳解】豎直上拋運動，以豎直向上為正方向SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0AC．則蘋果動能SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0所以A錯誤，C正確；B．蘋果動能SKIPIF1<0B錯誤；D．蘋果動能SKIPIF1<0D錯誤。故選C。2-2（2022·遼寧沈陽·三模）足球比賽中，經(jīng)常使用“邊路突破，下底傳中”戰(zhàn)術(shù)，即攻方隊員帶球沿邊線前進，到底線附近進行傳中。某足球場長105m、寬68m，運動員在中線處將足球沿邊線向前踢出，足球在地面上的運動可視為初速度為10m/s的勻減速直線運動，加速度大小為SKIPIF1<0。該運動員踢出足球0.5s后從靜止開始沿邊線方向以SKIPIF1<0的加速度勻加速追趕足球，速度達到10m/s后以此速度勻速運動。求：（1）足球剛停下來時，運動員的速度大?。唬?）運動員踢出足球后，經(jīng)過多長時間能追上足球?！敬鸢浮浚?）10m/s；（2）5s【詳解】（1）足球停止的時間SKIPIF1<0運動員延遲0.5s，追擊的過程中運在動員加速的時間SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0因此運動員的速度為10m/s。（2）足球的位移SKIPIF1<0在前4.5s內(nèi)，運動員的位移SKIPIF1<0接下來運動員勻速運動，所用時間SKIPIF1<0運動員追上足球的時間SKIPIF1<0【高考考向2牛頓運動定律的綜合應(yīng)用】命題角度1連接體問題例2：（2022·全國·高考真題）如圖，一不可伸長輕繩兩端各連接一質(zhì)量為m的小球，初始時整個系統(tǒng)靜置于光滑水平桌面上，兩球間的距離等于繩長L。一大小為F的水平恒力作用在輕繩的中點，方向與兩球連線垂直。當(dāng)兩球運動至二者相距SKIPIF1<0時，它們加速度的大小均為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】A【詳解】當(dāng)兩球運動至二者相距SKIPIF1<0時，,如圖所示由幾何關(guān)系可知SKIPIF1<0設(shè)繩子拉力為SKIPIF1<0，水平方向有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0對任意小球由牛頓第二定律可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故A正確，BCD錯誤。故選A。連接體問題的解決方法：整體法和隔離法(1)加速度相同的連接體問題①若求解整體的加速度，可用整體法。以整體為研究對象，分析整體所受外力情況，再由牛頓第二定律求出加速度。②若求解系統(tǒng)內(nèi)力，可先用整體法求出整體的加速度，再用隔離法將內(nèi)力轉(zhuǎn)化成外力，由牛頓第二定律求解。(2)加速度不同的連接體問題若系統(tǒng)內(nèi)各個物體的加速度不同，一般應(yīng)采用隔離法。將各個物體分別作為研究對象，對每個研究對象進行受力和運動情況分析，分別應(yīng)用牛頓第二定律建立方程，并注意各個物體間的相互作用關(guān)系，聯(lián)立求解。2-1（2022·四川巴中·模擬預(yù)測）越來越多的人喜歡挑戰(zhàn)極限，如圖是兩位“勇士”參與溜索活動，兩傾斜的鋼絲拉索分別套有M、N兩個滑輪（滑輪與繩之間有可調(diào)節(jié)的制動片），兩滑輪上用安全帶系著兩位“勇士”，當(dāng)他們都沿拉索向下滑動時，M上的帶子與索垂直，N上的帶子始終豎直向下，則以下判斷正確的是（）A．M情況中，滑輪與索之間有摩擦力 B．N情況中，滑輪與索之間無摩擦力C．M情況中“勇士”做勻速直線運動 D．N情況中“勇士”做勻速運直線動【答案】D【詳解】AC．滑輪M對應(yīng)的安全帶的彈力方向傾斜，對“勇士”受力分析，如圖則加速度大小為SKIPIF1<0滑輪M做勻加速運動，對整體分析，有SKIPIF1<0得SKIPIF1<0M情況中，滑輪與索之間沒有摩擦力，故AC錯誤；BD．滑輪N對應(yīng)的安全帶的彈力為豎直方向，可知N情況中“勇士”合力為零，做勻速直線運動，則滑輪N受到沿鋼索向上的摩擦力，故B錯誤，D正確。故選D。命題角度2臨界問題例3：（2022·遼寧·鞍山一中模擬預(yù)測）質(zhì)量為m的小滑塊a靜置于粗糙斜塊b的斜面上，斜面傾角為θ（SKIPIF1<0），a、b間動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力?，F(xiàn)對a施加一與斜面始終平行的外力F，斜塊b一直靜止于粗糙的水平平面c上。g為重力加速度。下列說法正確的是（）A．若SKIPIF1<0且為水平方向（如圖所示），因為SKIPIF1<0，所以a仍靜止B．若SKIPIF1<0且為水平方向（如圖所示），則a的加速度大小為SKIPIF1<0C．若改變外力F的大小和方向，則b、c間摩擦力有為零的情況D．若改變外力F的大小和方向，則b對c的最小壓力為SKIPIF1<0【答案】BCD【詳解】A．若SKIPIF1<0，則F與重力沿斜面分力的合力為SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0，即SKIPIF1<0所以a已經(jīng)滑動。故A錯誤；B．若SKIPIF1<0，則a的合力為SKIPIF1<0加速度大小為SKIPIF1<0故B正確；C．若改變外力F的大小和方向，當(dāng)F與重力沿斜面分力的合力為0時，即F沿斜面向上且大小等于SKIPIF1<0時，則b、c間摩擦力有為零。故C正確；D．若改變外力F的大小和方向，則對ab整體分析：當(dāng)F大小一定時，F(xiàn)與水平面的夾角越大，b對c的壓力越小。而外力F與斜面始終平行，結(jié)合圖可知，F(xiàn)與水平面的夾角最大為SKIPIF1<0。當(dāng)夾角一定時，且a未滑動，F(xiàn)的值越大，b對c的壓力越小。而為F最大為SKIPIF1<0ab整體分析得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0若a滑動后，受力分析可知，a對b的摩擦力和壓力不變。則b對c的壓力不變?yōu)镾KIPIF1<0。故D正確。故選BCD。(1)處理臨界問題的關(guān)鍵是找出問題的臨界狀態(tài)，往往用極限分析法。(2)動力學(xué)中的臨界狀態(tài)特點往往是此狀態(tài)下某個物理量為零。3-1（2022·安徽·模擬預(yù)測）如圖，一小車的內(nèi)表面ab和bc光滑且互相垂直，bc與水平方向的夾角為37°，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度為g，已知小車在水平方向上做勻加速直線運動，要使小球始終不脫離小車，則（）A．若小車向左加速，加速度不能超過SKIPIF1<0B．若小車向左加速，加速度不能超過SKIPIF1<0C．若小車向右加速，加速度不能超過SKIPIF1<0D．若小車向右加速，加速度不能超過SKIPIF1<0【答案】BD【詳解】AB．若小車向左加速，當(dāng)SKIPIF1<0面對小球無作用力時，加速度最大，根據(jù)牛頓第二定律SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0所以若小車向左加速，加速度不能超過SKIPIF1<0，A錯誤，B正確；CD．若小車向右加速運動，當(dāng)SKIPIF1<0面對小球無作用力時，加速度最大，根據(jù)牛頓第二定律SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0所以若小車向右加速，加速度不能超過SKIPIF1<0，C錯誤，D正確。故選BD。命題角度3傳送帶模型例4（2022·上海市市西中學(xué)二模）如圖所示，以恒定速率v1=0.5m/s運行的傳送帶與水平面間的夾角α=37°，轉(zhuǎn)軸間距L=4m。工作人員沿傳送方向以速度v2=1.5m/s從傳送帶頂端推下一件m=2kg的小包裹（可視為質(zhì)點）。小包裹與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.8。取重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：（1）小包裹相對傳送帶滑動時加速度a的大??；（2）小包裹在傳送帶上減速運動的時間t和位移s的大小。（3）小包裹與傳送帶之間的摩擦力對小包裹做的功。【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0；（3）SKIPIF1<0【詳解】（1）小包裹的速度v2大于傳動帶的速度v1，所以小包裹受到傳送帶的摩擦力沿傳動帶向上，受力分析如圖所示根據(jù)牛頓第二定律可知SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)可得SKIPIF1<0所以加速度的大小為SKIPIF1<0，方向為沿斜面向上；（2）由（1）可知小包裹先在傳動帶上做勻減速直線運動，至速度與v1相同，用時SKIPIF1<0相應(yīng)的勻減速直線運動的距離為SKIPIF1<0（3）因為sSKIPIF1<0，且SKIPIF1<0因此小包裹與傳動帶共速后做勻速直線運動至傳送帶底端勻速直線運動階段所受靜摩擦力大小為SKIPIF1<0位移大小為SKIPIF1<0所以小包裹與傳送帶之間的摩擦力對小包裹做的功為SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)可得SKIPIF1<0傳送帶問題的摩擦力分析(1)關(guān)注兩個時刻①初始時刻：物體相對于傳送帶的速度或滑動方向決定了該時刻的摩擦力方向。②物體與傳送帶速度相等的時刻：摩擦力的大小、方向和性質(zhì)(滑動摩擦力或靜摩擦力)可能會發(fā)生突變。(2)注意過程分解①摩擦力突變點是加速度突變點，也是物體運動規(guī)律的突變點，列方程時要注意不同過程中物理量勿混淆。②摩擦力突變點對應(yīng)的狀態(tài)是前一過程的末狀態(tài)，也是后一過程的初狀態(tài)，這是兩個過程的連接點。(3)物體在傾斜傳送帶上運動時，物體與傳送帶速度相同后需要比較tanθ與μ的大小關(guān)系：μ>tanθ，速度相同后一起運動，相對靜止；μ<tanθ，速度相同后，物體的加速度沿傳送帶向下，根據(jù)v與a的方向關(guān)系即可判定運動情況。4-1（2022·黑龍江·佳木斯一中三模）如圖所示為某超市的自動卸貨裝置示意圖，在運輸車和轉(zhuǎn)運車之間搭建了一個長為SKIPIF1<0的運輸帶，傾角為SKIPIF1<0，且在電機的帶動下以恒定的速度SKIPIF1<0逆時針轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)將質(zhì)量為SKIPIF1<0的包裝箱由運輸帶的頂端P無初速度釋放，包裝箱與運輸帶之間的動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，經(jīng)過一段時間包裝箱運動到運輸帶的底端Q。通過圓弧無能量損失進入質(zhì)量為SKIPIF1<0水平靜止的轉(zhuǎn)運車，包裝箱與轉(zhuǎn)運車之間的動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，轉(zhuǎn)運車與地面之間的動摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0，包裝箱沒有滑離轉(zhuǎn)運車。重力加速度為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。則下列說法正確的是（）A．包裝箱在運輸帶上運動的時間為SKIPIF1<0B．整個過程中因摩擦產(chǎn)生的熱量為640JC．轉(zhuǎn)運車長度1m，可以保證包裝箱沒有滑離轉(zhuǎn)運車D．包裝箱在運輸帶上留下的劃痕長度為SKIPIF1<0【答案】ABD【詳解】A．包裝箱在頂端P無初速度釋放時，向下做勻加速直線運動，設(shè)加速度為SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0包裝箱從釋放到與運輸帶共速所用時間為SKIPIF1<0包裝箱從釋放到與運輸帶共速通過的位移為SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0包裝箱與運輸帶共速后，包裝箱繼續(xù)向下做勻加速直線運動，設(shè)加速度為SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0設(shè)包裝箱從共速到底端所用時間為SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0或SKIPIF1<0（舍去）包裝箱在運輸帶上運動的時間為SKIPIF1<0故A正確；D．包裝箱從釋放到與運輸帶共速的過程，包裝箱相對于運輸帶向上運動，發(fā)生的相對位移為SKIPIF1<0包裝箱從共速到底端，包裝箱相對于運輸帶向下運動，發(fā)生的相對位移為SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0可知包裝箱在運輸帶上留下的劃痕長度為SKIPIF1<0，故D正確。B．包裝箱在運輸帶上運動因摩擦產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0包裝箱到達底端時的速度為SKIPIF1<0包裝箱滑上轉(zhuǎn)運車，最終包裝箱和轉(zhuǎn)運車都處于靜止?fàn)顟B(tài)，則包裝箱滑上轉(zhuǎn)運車時的動能全部變成因摩擦產(chǎn)生的熱量，則有SKIPIF1<0故整個過程中因摩擦產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0故B正確；C．包裝箱滑上轉(zhuǎn)運車做勻減速運動的加速度大小為SKIPIF1<0轉(zhuǎn)運車做勻加速運動的加速度大小為SKIPIF1<0包裝箱滑上轉(zhuǎn)運車到與轉(zhuǎn)運車共速SKIPIF1<0所用時間為SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0此過程包裝箱與轉(zhuǎn)運車發(fā)生的相對位移為SKIPIF1<0包裝箱與轉(zhuǎn)運車共速后，一起相對靜止向前做勻減速運動，則要保證包裝箱沒有滑離轉(zhuǎn)運車，轉(zhuǎn)運車長度至少為SKIPIF1<0，故C錯誤。故選ABD。命題角度4板塊模型例5（2022·黑龍江·哈爾濱三中模擬預(yù)測）物流是經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，哈三中課題研究小組在探究多物體疊放問題時，提出了如下問題：如圖所示，木塊A質(zhì)量為SKIPIF1<0，木板B質(zhì)量為SKIPIF1<0，木板C質(zhì)量為SKIPIF1<0。其中AB間的動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，BC間的動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0（大小未知）、地面可視為光滑。零時刻木塊A的初速度SKIPIF1<0向右運動、同時木板B以初速度SKIPIF1<0向左運動、C的初速度為零。木板B、C都足夠長，滑動摩擦力與最大靜摩擦力可視為相等，SKIPIF1<0。求：（1）ABC共速時速度大小SKIPIF1<0，全過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量Q。（2）為使BC第一次達到共速后就不再相對滑動，BC間的動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0的取值范圍（要有必要的文字解釋）。求在滿足前面條件時從零時刻到ABC不再相對滑動所需的時間t。（3）若SKIPIF1<0，求因AB間摩擦力而產(chǎn)生熱量SKIPIF1<0是多少？【答案】（1）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0；（3）SKIPIF1<0【詳解】（1）地面光滑，ABC組成的系統(tǒng)動量守恒，規(guī)定向右為正方向，則有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（2）開始運動時，C受到B對其向左的滑動摩擦力而向左加速，因此BC先達到向左的共速，而此時A仍向右運動，為使得BC整體共速后不相對滑動，且加速度向右，則BC之間的靜摩擦力不大于最大靜摩擦，BC共速后的加速度為SKIPIF1<0，根據(jù)牛頓第二定律可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0若BC不發(fā)生相對滑動，對于C板而言應(yīng)滿足SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0從零時刻到ABC不再相對滑動，對A板使用動量定理可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（3）若SKIPIF1<0，由（2）可知，BC達到共速后不再相對滑動，BC達到共速的速度為SKIPIF