2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第三章牛頓運(yùn)動定律第3講牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用練習(xí)含解析魯科版

PAGE1-第3講牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用考點(diǎn)一超重和失重現(xiàn)象【典例1】如圖甲所示是某人站在力傳感器上做下蹲—起跳動作的部分示意圖。如圖乙所示是依據(jù)傳感器畫出的力—時間圖象，其中力的單位是N，時間的單位是s。兩圖中的點(diǎn)均對應(yīng)，重力加速度g取10m/s2。請依據(jù)這兩個圖所給出的信息，A.此人的質(zhì)量約為60B.此人從站立到蹲下的過程對應(yīng)圖中1到6的過程C.此人在狀態(tài)2時處于超重狀態(tài)D.此人向上的最大加速度大約為1.9g【通型通法】1.題型特征：超重、失重的分析。2.思維導(dǎo)引：【解析】選D。依據(jù)題圖乙中圖線的1點(diǎn)，由平衡條件得此人的質(zhì)量約為70kg，故選項(xiàng)A錯誤；同理依據(jù)圖線可推斷，此人從站立到蹲下的過程中先失重后超重，對應(yīng)題圖乙中1到4的過程，故選項(xiàng)B錯誤；由題圖乙知，人在狀態(tài)2時傳感器對人的支持力小于人自身的重力，處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)C錯誤；依據(jù)圖線和牛頓其次定律，可得此人向上的最大加速度為a=Fmax-mgm【多維訓(xùn)練】如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計(jì)空氣阻力)。下列說法正確的是 ()A.在上升和下降過程中A對B的壓力肯定為零B.上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力C.下降過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力D.在上升和下降過程中A對B的壓力等于A物體受到的重力【解析】選A。A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運(yùn)動，處于完全失重狀態(tài)，不論上升還是下降過程，A對B均無壓力，只有A選項(xiàng)正確。推斷超重、失重的方法(1)受力分析法：當(dāng)物體受到向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時處于失重狀態(tài)；等于零時處于完全失重狀態(tài)。(2)加速度分析法：當(dāng)物體具有向上的加速度時，處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時處于失重狀態(tài)；向下的加速度等于重力加速度時處于完全失重狀態(tài)。(3)速度改變分析法：物體向上加速或向下減速時超重；物體向下加速或向上減速時，失重?！炯庸逃?xùn)練】(多選)一種巨型消遣器材可以讓人體驗(yàn)超重和失重的感覺。一個可乘坐多個人的環(huán)形座艙套在豎直柱子上，由升降機(jī)運(yùn)輸?shù)綆资椎母咛?，然后讓座艙自由下落。下落肯定高度后，制動系統(tǒng)啟動，座艙做減速運(yùn)動，到地面時剛好停下。下列推斷正確的是()A.座艙在自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B.座艙在自由下落的過程中人處于完全失重狀態(tài)C.座艙在減速運(yùn)動的過程中人處于超重狀態(tài)D.座艙在減速運(yùn)動的過程中人處于失重狀態(tài)【解析】選B、C。由超重、失重的條件看加速度，當(dāng)運(yùn)動的加速度向下時，失重，且向下的a=g時，處于完全失重；加速度向上時，處于超重狀態(tài)，由此確定B、C項(xiàng)正確?？键c(diǎn)二動力學(xué)的連接體問題加速度相同【典例2】如圖所示，50個大小相同、質(zhì)量均為m的小物塊，在平行于斜面對上的恒力F作用下一起沿斜面對上運(yùn)動。已知斜面足夠長，傾角為30°，各物塊與斜面的動摩擦因數(shù)相同，重力加速度為g，則第5個小物塊對第6個小物塊的作用力大小為 ()A.910B.110C.452mg+1D.因?yàn)閯幽Σ烈驍?shù)未知，所以不能確定【通型通法】1.題型特征：加速度相同的連接體問題。2.思維導(dǎo)引：(1)確定整體為探討對象受力分析求加速度(2)確定下面5個小物塊為探討對象加速度求第5、6個物塊間的作用力【解析】選A。以50個小物塊組成的整體為探討對象，由牛頓其次定律得：a=F-50mgsin30°-μ50mgcos30°50m=F50【多維訓(xùn)練】(2024·海南高考)如圖，兩物塊P、Q置于水平地面上，其質(zhì)量分別為m、2m，兩者之間用水平輕繩連接。兩物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)均為μ，重力加速度大小為g，現(xiàn)對Q施加一水平向右的拉力F，使兩物塊做勻加速直線運(yùn)動，輕繩的張力大小為 ()A.F-2μmg B.13C.13F-μmg D.1【解析】選D。將兩物塊看作一個整體，兩物塊受重力和支持力，這兩個力平衡，還受拉力F和摩擦力f，f=μ(m+2m)g=3μmg，由牛頓其次定律得F-f=3ma，則a=F-f3m；對于物塊P，依據(jù)牛頓其次定律得T-μmg=ma，整理得T=F3，選項(xiàng)D正確，A加速度不同【典例3】水平地面上有質(zhì)量分別為m和4m的物塊A和B，兩者與地面的動摩擦因數(shù)均為μ。細(xì)繩的一端固定，另一端跨過輕質(zhì)動滑輪與A相連，動滑輪與B相連，如圖所示。初始時，繩處于水平拉直狀態(tài)。若物塊A在水平向右的恒力F作用下向右移動了距離s，重力加速度大小為g。求： (1)物塊B克服摩擦力所做的功。(2)物塊A、B的加速度大小?！窘馕觥?1)物塊A移動了距離s，則物塊B移動的距離為s1=12s 物塊B受到的摩擦力大小為f=4μmg ②物塊B克服摩擦力所做的功為W=fs1=2μmgs ③(2)設(shè)物塊A、B的加速度大小分別為aA、aB，繩中的張力為T。由牛頓其次定律得F-μmg-T=maA ④2T-4μmg=4maB ⑤由A和B的位移關(guān)系得aA=2aB ⑥聯(lián)立④⑤⑥式得aA=F-3aB=F-3答案：(1)2μmgs(2)F-31.連接體：兩個或兩個以上相互作用的物體組成的具有相同加速度的整體叫連接體。如幾個物體疊放在一起，或并排擠放在一起，或用繩子、細(xì)桿等連在一起，在求解連接體問題時常用的方法有整體法與隔離法。2.整體法：把整個連接體系統(tǒng)看作一個探討對象，分析整體所受的外力，運(yùn)用牛頓其次定律列方程求解。其優(yōu)點(diǎn)在于它不涉及系統(tǒng)內(nèi)各物體之間的相互作用力。3.隔離法：把系統(tǒng)中某一物體(或一部分)隔離出來作為一個單獨(dú)的探討對象，進(jìn)行受力分析，列方程求解。其優(yōu)點(diǎn)在于將系統(tǒng)內(nèi)物體間相互作用的內(nèi)力轉(zhuǎn)化為探討對象所受的外力，簡單看清單個物體(或一部分)的受力狀況或單個過程的運(yùn)動情形。4.整體法與隔離法的選用：求解連接體問題時，隨著探討對象的轉(zhuǎn)移，往往整體法與隔離法交叉運(yùn)用。一般的思路是先用其中一種方法求加速度，再用另一種方法求物體間的作用力或系統(tǒng)所受合力。無論運(yùn)用整體法還是隔離法，解題的關(guān)鍵還是在于對探討對象進(jìn)行正確的受力分析?！炯庸逃?xùn)練】1.如圖所示，彈簧測力計(jì)外殼質(zhì)量為m0，彈簧及掛鉤的質(zhì)量忽視不計(jì)，掛鉤吊著一質(zhì)量為m的重物?，F(xiàn)用一豎直向上的外力F拉著彈簧測力計(jì)，使其向上做勻加速直線運(yùn)動，則彈簧測力計(jì)的讀數(shù)為 ()A.mg B.FC.mm+m0F【解析】選C。將彈簧測力計(jì)及重物視為一個整體，設(shè)它們共同向上的加速度為a。由牛頓其次定律得F-(m0+m)g=(m0+m)a ①彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于它對重物的拉力，設(shè)此力為FT。則對重物由牛頓其次定律得FT-mg=ma ②聯(lián)立①②解得FT=mm2.如圖所示，a、b兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，由輕質(zhì)彈簧相連。當(dāng)用恒力F豎直向上拉著物體a，使物體a、b一起向上做勻加速直線運(yùn)動時，彈簧的伸長量為x1；當(dāng)用大小仍為F的恒力沿水平方向拉著物體a，使物體a、b一起沿光滑水平桌面做勻加速直線運(yùn)動時，彈簧的伸長量為x2，則 ()A.x1肯定等于x2B.x1肯定大于x2C.若m1>m2,則x1>x2D.若m1<m2,則x1<x2【解析】選A。由牛頓其次定律知,對左圖的整體,加速度a1=F-(m1+m2)gm1+m2,對左圖的物體b,有kx1-m2g=m2a1,聯(lián)立以上二式解得kx1=m2Fm1+m2;對右圖的整體,加速度a2=Fm1+考點(diǎn)三動力學(xué)中的臨界和極值問題動力學(xué)中的臨界問題【典例4】如圖所示,物體A疊放在物體B上,B置于光滑水平面上,A、B質(zhì)量分別為mA=6kg、mB=2kg,A、B之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,起先時F=10N,此后漸漸增加,在增大到45NA.當(dāng)拉力F<12N時,物體均保持靜止?fàn)顟B(tài)B.兩物體起先沒有相對運(yùn)動,當(dāng)拉力超過12N時,起先相對滑動C.兩物體從受力起先就有相對運(yùn)動D.兩物體始終沒有相對運(yùn)動【一題多解】選D。解法一:(臨界法)A、B間靜摩擦力達(dá)到最大值,是A、B發(fā)生相對運(yùn)動的臨界狀態(tài)。此時,以A為探討對象,依據(jù)牛頓其次定律F-f=mAaA,再以B為探討對象,依據(jù)牛頓其次定律f=mBaB,當(dāng)f為最大靜摩擦力時,解得a=6m/s2,F=48N,由此可以看出當(dāng)F<48N時,A、B間的摩擦力達(dá)不到最大靜摩擦力,也就是說,A、B間不會發(fā)生相對運(yùn)動,選項(xiàng)解法二:(假設(shè)法)假設(shè)F=12N,以A為探討對象,依據(jù)牛頓其次定律F-f=mAaA,再以B為探討對象,依據(jù)牛頓其次定律f=mBaB,解得f=3N<fmax=12N,所以此時物體沒有發(fā)生相對運(yùn)動。同理,可推斷得到F=10N、F=45N時,兩物體都沒有發(fā)生相對運(yùn)動,所以選項(xiàng)D正確?！径嗑S訓(xùn)練】(多選)如圖所示,已知物塊A、B的質(zhì)量分別為m1=4kg、m2=1kg,A、B間的動摩擦因數(shù)為μ1=0.5,A與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ2=0.5,設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等,g取10m/s2,在水平力F的推動下,要使A、B一起運(yùn)動而BA.50N B.100N C.125N D.150N【解析】選C、D。對B不下滑有μ1N≥m2g,由牛頓其次定律N=m2a;對整體有F-μ2(m1+m2)g=(m1+m2)a,得F≥(m1+m2)(1μ1+μ2)g=125N,選項(xiàng)動力學(xué)中的極值問題【典例5】如圖所示,一質(zhì)量m=0.4kg的小物塊,以v0=2m/s的初速度,在與斜面成某一夾角的拉力F作用下,沿斜面對上做勻加速運(yùn)動,經(jīng)t=2s的時間物塊由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn),A、B之間的距離L=10m。已知斜面傾角θ=30°,物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ=33,重力加速度(1)求物塊加速度的大小及到達(dá)B點(diǎn)時速度的大小。(2)拉力F與斜面夾角多大時,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?【解析】(1)由運(yùn)動學(xué)方程得:L=v0t+12at2aL=vB2-v02,代入數(shù)值解得:a=3m/s(2)對物塊受力分析如圖所示,設(shè)拉力F與斜面成α角,在垂直斜面方向,依據(jù)平衡條件可得:Fsinα+N=mgcos30°沿斜面方向,由牛頓其次定律可得Fcosα-mgsin300-f=ma又f=μN(yùn)代入數(shù)值解得:Fcosα+33Fsinα=5.2則F=5.2cosα+3=7.8當(dāng)α=30°時,拉力F有最小值,且Fmin=1353答案:(1)3m/s28m/s(2)30°1.“四種”臨界條件:(1)接觸與脫離的臨界條件:兩物體相接觸或脫離,臨界條件是彈力N=0。(2)相對滑動的臨界條件:兩物體相接觸且處于相對靜止時,常存在著靜摩擦力,則相對滑動的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件:繩子所能承受的張力是有限度的,繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力,繩子松弛與拉緊的臨界條件是T=0。(4)加速度改變時,速度達(dá)到最值的臨界條件是當(dāng)加速度變?yōu)?時。2.“兩種”分析方法:(1)臨界法:分析題目中的物理過程,明確臨界狀態(tài),干脆從臨界狀態(tài)和相應(yīng)的臨界條件入手,求出臨界值。(2)解析法:明確題目中的變量,求解變量間的數(shù)學(xué)表達(dá)式,依據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式分析臨界值?！炯庸逃?xùn)練】一物體在斜面上以肯定的初速度向上運(yùn)動,斜面的傾角θ可在0～90°之間改變,設(shè)物體所能達(dá)到的最大位移x與斜面傾角θ之間的關(guān)系如圖所示,試求當(dāng)θ多大時x有最小值?這個最小值是多大?【解析】設(shè)物體的初速度為v0,在斜面上滑行時的加