4.5牛頓運動定律的應(yīng)用（原卷版）高一物理知識講學(xué)卓越講義（新教材人教版必修第一冊）

2020-2021學(xué)年高一物理卓越同步講義（新教材人教A版必修第一冊）第四章運動和力的關(guān)系4.5牛頓運動定律的應(yīng)用一．知識點歸納知識點一已知物體的受力求運動情況1．由物體的受力情況確定其運動的思路eq\x(\a\al(物體受,力情況))→eq\x(\a\al(牛頓第,二定律))→eq\x(\a\al(加速,度a))→eq\x(\a\al(運動學(xué),公式))→eq\x(\a\al(物體運,動情況))2．解題步驟(1)確定研究對象，對研究對象進行受力分析和運動分析，并畫出物體的受力示意圖；(2)根據(jù)力的合成與分解的方法，求出物體所受的合外力(包括大小和方向)；(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體的加速度；(4)結(jié)合給定的物體運動的初始條件，選擇運動學(xué)公式，求出所需的運動參量．知識點二已知物體的運動情況求受力1．基本思路分析物體的運動情況，由運動學(xué)公式求出物體的加速度，再由牛頓第二定律求出物體所受的合外力，進而可以求出物體所受的其他力，流程圖如下所示：2．解題的一般步驟(1)確定研究對象，對研究對象進行受力分析和運動分析，并畫出物體的受力示意圖．(2)選擇合適的運動學(xué)公式，求出物體的加速度．(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力．(4)根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力和已知力求出未知力．二、題型分析題型一從受力確定運動情況【例1】(2019-2020學(xué)年·浙江湖州高一期中)滑冰車是兒童喜歡的冰上娛樂項目之一，如圖所示為小明媽媽正與小明在冰上游戲，小明與冰車的總質(zhì)量是40kg，冰車與冰面之間的動摩擦因數(shù)為0.05，在某次游戲中，假設(shè)小明媽媽對冰車施加了40N的水平推力，使冰車從靜止開始運動10s后，停止施加力的作用，使冰車自由滑行(假設(shè)運動過程中冰車始終沿直線運動，小明始終沒有施加力的作用)．求：(1)冰車的最大速率；(2)冰車在整個運動過程中滑行總位移的大?。究偨Y(jié)提升】___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【變式】．一個人從靜止開始沿山坡向下滑雪(如圖所示)，山坡的傾角θ＝30°，滑雪板與雪地的動摩擦因數(shù)是0.04，人不用雪杖，求5s內(nèi)滑下的路程和5s末的速度大?。?g取10m/s2)題型二等時圓模型【例2】如圖所示，ad、bd、cd是豎直面內(nèi)三根固定的光滑細桿，每根桿上套著一個小滑環(huán)(圖中未畫出)，三個滑環(huán)分別從a、b、c處釋放(初速度為0)，用t1、t2、t3依次表示各滑環(huán)到達d所用的時間，則()A．t1<t2<t3 B．t1>t2>t3C．t3>t1>t2 D．t1＝t2＝t3【模型構(gòu)建】等時圓模型常見情況運動規(guī)律例圖質(zhì)點從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到環(huán)的最低點所用時間相等常見情況運動規(guī)律例圖質(zhì)點從豎直圓環(huán)上最高點沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時間相等兩個豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過切點，質(zhì)點沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到下端所用時間相等【變式】1.如圖所示，AB和CD為兩條光滑斜槽，它們各自的兩個端點均分別位于半徑為R和r的兩個相切的圓上，且斜槽都通過切點P.設(shè)有一重物先后沿兩個斜槽，從靜止出發(fā)，由A滑到B和由C滑到D，所用的時間分別為t1和t2，則t1與t2之比為()A．2∶1 B．1∶1C.eq\r(3)∶1 D．1∶eq\r(3)題型三已知物體的運動情況求受力【例3】(2019-2020學(xué)年·佛山高一檢測)在科技創(chuàng)新活動中，小華同學(xué)根據(jù)磁鐵同性相斥原理設(shè)計了用機器人操作的磁力運輸車(如圖甲所示)．在光滑水平面AB上(如圖乙所示)，機器人用大小不變的電磁力F推動質(zhì)量為m＝1kg的小滑塊從A點由靜止開始做勻加速直線運動．小滑塊到達B點時機器人撤去電磁力F，小滑塊沖上光滑斜面(設(shè)經(jīng)過B點前后速率不變)，最高能到達C點．機器人用速度傳感器測量小滑塊在ABC過程的瞬時速度大小并記錄如下．求：t/s00.20.4…2.22.42.6…v/(m·s－1)00.40.8…3.02.01.0…(1)機器人對小滑塊作用力F的大?。?2)斜面的傾角α的大?。究偨Y(jié)提升】___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【變式】戰(zhàn)士拉車胎進行100m賽跑訓(xùn)練體能．車胎的質(zhì)量m＝8.5kg，戰(zhàn)士拉車胎的繩子與水平方向的夾角為θ＝37°，車胎與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.7.某次比賽中，一名戰(zhàn)士拉著車胎從靜止開始全力奔跑，跑出20m達到最大速度(這一過程可看作勻加速直線運動)，然后以最大速度勻速跑到終點，共用時15s．重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)戰(zhàn)士加速所用的時間t1和達到的最大速度大小v；(2)戰(zhàn)士勻加速運動階段繩子對車胎的拉力大小F.三．課堂檢測1．質(zhì)量為1kg的質(zhì)點，受水平恒力作用，由靜止開始做勻加速直線運動，它在t秒內(nèi)的位移為xm，則合力F的大小為()A.eq\f(2x,t2) B.eq\f(2x,2t－1)C.eq\f(2x,2t＋1) D.eq\f(2x,t－1)2．(多選)如圖1所示，在粗糙水平面上，物塊A在水平向右的外力F的作用下做直線運動，其v－t圖像如圖2所示，下列判斷不正確的是()A．在0～1s內(nèi)，外力F不斷增大且大于摩擦力B．在1～3s內(nèi)，外力F的大小恒定且等于摩擦力C．在3～4s內(nèi)，外力F不斷減小且大于摩擦力D．在3～4s內(nèi)，外力F不斷減小且小于摩擦力3.(2019-2020學(xué)年·江蘇高一月考)2018年10月23日，港珠澳大橋正式開通．建造大橋過程中最困難的莫過于沉管隧道的沉放和精確安裝，每節(jié)沉管隧道重約G＝8×108N，相當(dāng)于一艘中型航母的重量．通過纜繩送沉管到海底，若把該沉管的向下沉放過程看成是先加速運動后減速運動，且沉管僅受重力和纜繩的拉力，則拉力的變化過程可能正確的是()4.(多選)如圖，在車內(nèi)用繩AB與繩BC拴住一個小球，其中繩BC水平．若原來的靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)橄蛴壹铀僦本€運動，小球仍相對小車靜止，則下列說法正確的是()A．AB繩拉力不變 B．AB繩拉力變大C．BC繩拉力變大 D．BC繩拉力不變5.(2019-2020學(xué)年·浙江期中)我國現(xiàn)在服役的第一艘航母“遼寧號”的艦載機采用的是滑躍起飛方式，即飛機依靠自身發(fā)動機從靜止開始到滑躍起飛，滑躍仰角為θ.其起飛跑道可視為由長度L1＝180m的水平跑道和長度L2＝20m傾斜跑道兩部分組成，水平跑道和傾斜跑道末端的高度差h＝2m，如圖所示．已知質(zhì)量m＝2×104kg的艦載機的噴氣發(fā)動機的總推力大小恒為F＝1.2×105N，方向始終與速度方向相同，若飛機起飛過程中受到的阻力大小恒為飛機重力的0.15，飛機質(zhì)量視為不變，并把飛機看成質(zhì)點，航母處于靜止?fàn)顟B(tài)．(1)求飛機在水平跑道運動的時間；(2)求飛機在傾斜跑道上的加速度大?。摹⒄n后提升作業(yè)1．(2019-2020學(xué)年·貴州遵義高一期末)如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的固定光滑圓環(huán)軌道與水平面相切于M點，與豎直墻相切于A點，豎直墻上另一點B與M的連線和水平面的夾角為60°，C是圓環(huán)軌道的圓心，已知在同一時刻：a、b兩球分別由A、B兩點從靜止開始沿光滑傾斜直軌道分別沿AM、BM運動到M點；c球由C點自由下落到M點．則()A．a(chǎn)球最先到達M點B．c球最先到達M點C．b球最先到達M點D．b球和c球都可能最先到達M2.某消防隊員從一平臺上跳下，下落2m后雙腳觸地，接著他用雙腿彎曲的方法緩沖，使自身重心又下降了0.5m，在著地過程中地面對他雙腳的平均作用力估計為()A．自身所受重力的2倍 B．自身所受重力的5倍C．自身所受重力的8倍 D．自身所受重力的10倍3．為了使雨滴能盡快地淌離房頂，要設(shè)計好房頂?shù)母叨龋O(shè)雨滴沿房頂下淌時做無初速度無摩擦的運動，那么如圖所示的四種情況中符合要求的是()4.（多選）如圖所示，質(zhì)量為m＝1kg的物體與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為0.3，當(dāng)物體運動的速度為10m/s時，給物體施加一個與速度方向相反的大小為F＝2N的恒力，在此恒力作用下(取g＝10m/s2)()A．物體經(jīng)10s速度減為零B．物體經(jīng)2s速度減為零C．物體速度減為零后將保持靜止D．物體速度減為零后將向右運動5.（多選）從某一星球表面做火箭實驗．已知豎直升空的實驗火箭質(zhì)量為15kg，發(fā)動機推動力為恒力．實驗火箭升空后發(fā)動機因故障突然關(guān)閉，如圖所示是實驗火箭從升空到落回星球表面的速度隨時間變化的圖象，不計空氣阻力，則由圖象可判斷()A．該實驗火箭在星球表面達到的最大高度為320mB．該實驗火箭在星球表面達到的最大高度為480mC．該星球表面的重力加速度為2.5m/s2D．發(fā)動機的推動力F為37.50N6．在交通事故的分析中，剎車線的長度是很重要的依據(jù)，剎車線是汽車剎車后，停止轉(zhuǎn)動的輪胎在地面上發(fā)生滑動時留下的滑動痕跡．在某次交通事故中，汽車的剎車線長度是14m，假設(shè)汽車輪胎與地面間的動摩擦因數(shù)恒為0.7，g取10m/s2，則汽車剎車前的速度為()A．7m/s B．14m/sC．10m/s D．20m/s7．(2019-2020學(xué)年·太原期末)在設(shè)計游樂場中“激流勇進”的傾斜滑道時，小組同學(xué)將劃艇在傾斜滑道上的運動視為由靜止開始的無摩擦滑動，已知傾斜滑道在水平面上的投影長度L是一定的，而高度可以調(diào)節(jié)，則()A．滑道傾角越大，劃艇下滑時間越短B．劃艇下滑時間與傾角無關(guān)C．劃艇下滑的最短時間為2eq\r(\f(L,g))D．劃艇下滑的最短時間為eq\r(\f(2L,g))8．(2019-2020·江蘇揚州高一期中)如圖所示，鋼鐵構(gòu)件A、B疊放在卡車的水平底板上，卡車底板和B間動摩擦因數(shù)為μ1，A、B間動摩擦因數(shù)為μ2，μ1>μ2卡車剎車的最大加速度為a，a>μ1g，可以認為最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等，卡車沿平直公路行駛途中遇到緊急情況時，要求其剎車后s0距離內(nèi)能安全停下，則卡車行駛的速度不能超過()A.eq\r(2as0) B.eq\r(2μ1gs0)C.eq\r(2μ2gs0) D.eq\r(（μ1＋μ2）gs0)9.如圖所示，5塊質(zhì)量相同的木塊并排放在水平地面上，它們與地面間的動摩擦因數(shù)均相同，當(dāng)用力F推第1塊木塊使它們共同加速運動時，下列說法中正確的是()A．由右向左，兩塊木塊之間的相互作用力依次變小B．由右向左，兩塊木塊之間的相互作用力依次變大C．第2塊木塊與第3塊木塊之間的彈力大小為0.6FD．第3塊木塊與第4塊木塊之間的彈力大小為0.6F10．(2019-2020學(xué)年·江西吉安高一診斷)繃緊的傳送帶長L＝32m，鐵塊與帶間動摩擦因數(shù)μ＝0.1，g＝10m/s2，下列正確的是()A．若皮帶靜止，A處小鐵塊以v0＝10m/s向B運動，則鐵塊到達B處的速度為6m/sB．若皮帶始終以4m/s的速度向左運動，而鐵塊從A處以v0＝10m/s向B運動，鐵塊到達B處的速度為6m/sC．若傳送帶始終以4m/s的速度向右運動，在A處輕輕放上一小鐵塊后，鐵塊將一直向右勻加速運動D．若傳送帶始終以10m/s的速度向右運動，在A處輕輕放上一小鐵塊后，鐵塊到達B處的速度為8m/s11.如圖所示，質(zhì)量m＝2kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的滑動摩擦力大小等于它們之間彈力的0.25倍．現(xiàn)對物體施加一個大小F＝8N，與水平方向夾角θ＝37°的斜向上的拉力．求物體在拉力作用下5s內(nèi)通過的位移．(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2)12．如圖甲所示，質(zhì)量為1.0kg的物體置于固定斜面上，斜面的傾角θ＝37°，對物體施以平行于斜面向上的拉力F，物體運動的F－t圖像如圖乙(規(guī)定沿斜面向上的方向為正方向，g＝10m/s2，sin37°＝0.6)，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝3/8，試求：(1)0～1s內(nèi)物體運動位移的大小；(2)1s后物體繼續(xù)沿斜面上滑的距離．13．公路