《2015届高考物理精讲：专题2+牛顿运动定律与直线运动（高考定位+审题破题含原创题组及解析）（整理）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015届高考物理精讲：专题2+牛顿运动定律与直线运动（高考定位+审题破题含原创题组及解析）（整理）（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学海无涯 高考定位 牛顿运动定律是历年高考重点考查的内容之一 对这部分内容的考查非常灵活 选择 实验 计算等题型均可以考查 其中用整体法和隔离法处理问题 牛顿第二定律与静力学 运动学 的综合问题 物体的平衡条件等都是高考热点 对牛顿第一 第三定律的考查经常以选择题 或融合到计算题中的形式呈现 另外 牛顿运动定律在实际中的应用很多 如弹簧问题 传 送带问题 传感器问题 超重失重问题等等 应用非常广泛 考题 1 对匀变速直线运动规律的考查 例 1 为了迎接外宾 对国宾车队要求非常严格 设从同一地点先后开出甲 乙两辆不同型 号的国宾汽车在平直的公路上排成直线行驶 汽车甲先开出 汽车乙后开出 汽车甲从
2、静止 出发先做加速度为 a1的匀加速直线运动 达到速度 v 后改为匀速直线运动 汽车乙从静止出 发先做加速度为 a2的匀加速直线运动 达到同一速度 v 后也改为匀速直线运动 要使甲 乙 两辆汽车都匀速行驶时彼此间隔的间距为 s 则甲 乙两辆汽车依次启动的时间间隔为多少 不计汽车的大小 审题突破 设当甲经过一段时间 t1匀加速运动达到速度 v 位移为 s1 根据匀加速直线运动 基本公式求出位移和速度 设乙出发后 经过一段时间 t2匀加速运动达到速度 v 位移为 s2 根据匀加速直线运动基本公式求出位移和速度 设甲匀速运动时间为 t 甲 乙依次启动的 时间间隔为 t 根据位移关系列式即可求解 解析
3、 设当甲经过一段时间 t1匀加速运动达到速度 v 位移为 s1 对甲 有 v a1t1 v2 2a1s1 设乙出发后 经过一段时间 t2匀加速运动达到速度 v 位移为 s2 对乙 有 v 2t2 v2 2 2s2 设甲匀速运动时间 t 后 乙也开始匀速运动 甲 乙依次启动的时间间隔为 t 由题意知 t t1 t t2 s s1 vt s2 解得 t s v v 2a1 v 2a2 答案 s v v 2a1 v 2a2 学海无涯 1 双选 如图 1 甲所示 一个 m 3 kg 的物体放在粗糙水平地面上 从 t 0 时刻起 物体在 水平力 F 作用下由静止开始做直线运动 在 0 3 s 时间内物体
4、的加速度 a 随时间 t 的变化规 律如图乙所示 已知物体与地面间的动摩擦因数处处相等 则 甲 乙 图 1 A 在 0 3 s 时间内 物体的速度先增大后减小 B 3 s 末物体的速度最大 最大速度为 10 m s C 2 s 末 F 最大 F 的最大值为 12 N D 前 2 s 内物体做匀变速直线运动 力 F 大小保持不变 答案 BD 解析 物体在前 3 s 内始终做加速运动 第 3 s 内加速度减小说明物体速度增加得慢了 但仍 是加速运动 故 A 错误 因为物体速度始终增加 故 3 s 末物体的速度最大 在 a t 图象上 图象与时间轴所围图形的面积表示速度变化 v 10 m s 物体由
5、静止开始加速运动 故最 大速度为 10 m s 所以 B 正确 由 F合 ma 知前 2 s 内的合外力为 12 N 由于受摩擦力作 用 故作用力大于 12 N 故 C 错误 2 2014 山东 23 研究表明 一般人的刹车反应时间 即图 2 甲中 反应过程 所用时间 t0 0 4 s 但饮酒会导致反应时间延长 在某次试验中 志愿者少量饮酒后驾车以 v0 72 km h 的速度在试验场的水平路面上匀速行驶 从发现情况到汽车停止 行驶距离 L 39 m 减速 过程中汽车位移 s 与速度 v 的关系曲线如图乙所示 此过程可视为匀变速直线运动 取重力 加速度的大小 g 10 m s2 求 图 2 1
6、 减速过程汽车加速度的大小及所用时间 2 饮酒使志愿者的反应时间比一般人增加了多少 学海无涯 3 减速过程汽车对志愿者作用力的大小与志愿者重力大小的比值 答案 1 8 m s2 2 5 s 2 0 3 s 3 41 5 解析 1 设减速过程中汽车加速度的大小为 a 所用时间为 t 由题可得初速度 v0 20 m s 末速度 vt 0 位移 s 25 m 由运动学公式得 v20 2as t v 0 a 联立 式 代入数据得 a 8 m s2 t 2 5 s 2 设志愿者反应时间为 t 反应时间的增加量为 t 由运动学公式得 L v0t s t t t0 联立 式 代入数据得 t 0 3 s 3
7、设志愿者所受合外力的大小为 F 汽车对志愿者作用力的大小为 F0 志愿者质量为 m 由 牛顿第二定律得 F ma 由平行四边形定则得 F20 F2 mg 2 联立 式 代入数据得 F0 mg 41 5 1 如果一个物体的运动包含几个阶段 就要分段分析 各段交接处的速度往往是联系各段的 纽带 2 描述匀变速直线运动的基本物理量有 v0 vt a s t 五个量 每一个基本公式中都涉及 四个量 选择公式时一定要注意分析已知量和待求量 根据所涉及的物理量选择合适的公式 求解 会使问题简化 3 对于刹车类问题 当车速度为零时 停止运动 其加速度也突变为零 求解此类问题应先 判断车停下所用的时间 再选择
8、合适的公式求解 考题 2 对牛顿第二定律应用的考查 例2 如图3所示 A B两滑环分别套在间距为1 m的光滑细杆上 A和B的质量之比为1 3 用一自然长度为 1 m 的轻弹簧将两环相连 在 A 环上作用一沿杆方向 大小为 20 N 的拉力 F 当两环都沿杆以相同的加速度 a 运动时 弹簧与杆夹角为 53 cos 53 0 6 学海无涯 图 3 1 求弹簧的劲度系数 2 若突然撤去拉力 F 在撤去拉力 F 的瞬间 A 的加速度大小为 a a 与 a 之比为多少 审题突破 1 以两球和弹簧组成的整体为研究对象 根据牛顿第二定律求出加速度 再以 B 为研究对象求出弹簧的弹力 由胡克定律求出弹簧的劲度
9、系数 2 若突然撤去拉力 F 在撤 去拉力 F 的瞬间 弹簧的弹力没有来得及变化 再分析受力 由牛顿第二定律求解 a 与 a 之比 解析 1 先取 A B 和弹簧组成的整体为研究对象 弹簧弹力为内力 杆对 A B 的支持力 与加速度方向垂直 在沿 F 方向应用牛顿第二定律 F mA mB a 再取 B 为研究对象 F弹cos 53 mBa 联立解得 F弹 25 N 由几何关系得 弹簧的伸长量 x 1 sin 53 1 m 0 25 m 由 F弹 k x 解得弹簧的劲度系数 k F 弹 x 100 N m 2 撤去力 F 瞬间 弹簧弹力不变 A 的加速度大小 a F 弹cos 53 mA 方向沿
10、杆方向向左 由 式得 a F 弹cos 53 mB 方向沿杆水平向右 所以 a a mB mA 3 1 答案 1 100 N m 2 3 1 3 单选 2014 新课标 17 如图 4 所示 用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上 系统处于 平衡状态 现使小车从静止开始向左加速 加速度从零开始逐渐增大到某一值 然后保持此 值 小球稳定地偏离竖直方向某一角度 橡皮筋在弹性限度内 与稳定在竖直位置时相比 小球的高度 图 4 A 一定升高 B 一定降低 C 保持不变 D 升高或降低由橡皮筋的劲度系数决定 学海无涯 答案 A 解析 设橡皮筋原长为 l0 劲度系数为 k 小球在竖直位置静止时 橡皮筋长度为
11、l 加速时 长度为 l 且与竖直方向夹角为 由胡克定律可知 静止时 k l l0 mg 加速时小球受力分 析如图所示 由牛顿第二定律可知 k l l0 cos mg 则 k l l0 k l l0 cos l cos l l0 1 cos 即 l cos l2 煤块在传送带上留下的划线长度为 l1 2 0 m 煤块相对于传送带的位移为 s l1 l2 2 0 m 0 33 m 1 7 m 答案 2 0 m 1 7 m 4 双选 2014 四川 7 如图 5 所示 水平传送带以速度 v1匀速运动 小物体 P Q 由通过定 滑轮且不可伸长的轻绳相连 t 0 时刻 P 在传送带左端具有速度 v2 P
12、 与定滑轮间的绳水平 t t0时刻 P 离开传送带 不计定滑轮质量和摩擦 绳足够长 正确描述小物体 P 速度随时间 变化的图像可能是 图 5 答案 BC 解析 若 v1 v2 且 P 受到的滑动摩擦力大于 Q 的重力 则可能先向右匀加速 加速至 v1后 随传送带一起向右匀速 此过程如图 B 所示 故 B 正确 若 v1 v2 且 P 受到的滑动摩擦力 小于 Q 的重力 此时 P 一直向右减速 减速到零后反向加速 若 v2 v1 P 受到的滑动摩擦 力向左 开始时加速度 a1 F T mg m 当减速至速度为 v1时 摩擦力反向 若有 FT mg 此后加速度 a2 F T mg m 故 C 正确
13、 A D 错误 分析处理传送带问题时需要特别注意两点 一是对物体在初态时 静止释放或有初速度的释放 学海无涯 所受滑动摩擦力的方向的分析 二是对物体与传送带共速时摩擦力的有无及方向的分析 考题 4 应用动力学方法分析 滑块 木板模型 问题 例 4 14 分 如图 6 所示 水平地面上有一质量为 M 的长木板 一个质量为 m 的物块 可视 为质点 放在长木板的最右端 已知 m 与 M 之间的动摩擦因数为 1 木板与地面间的动摩擦 因数为 2 从某时刻起物块 m 以 v1的水平初速度向左运动 同时木板 M 在水平外力 F 作用下 始终向右以速度 v2 v2 v1 匀速运动 求 图 6 1 在物块
14、m 向左运动过程中外力 F 的大小 2 木板至少多长物块不会从木板上滑下来 解析 1 在物块 m 向左运动过程中 木板受力如图所示 其中 f1 f2分别为物块和地面给木 板的摩擦力 由题意可知 f1 1mg 1 分 f2 2 m M g 2 分 由平衡条件得 F f1 f2 1mg 2 m M g 2 分 2 设物块向左匀减速至速度为零的时间为 t1 则 t1 v1 1g 1 分 设物块向左匀减速运动的位移为 s1 则 s1 v 1 2t1 v 21 2 1g 1 分 设物块由速度为零向右匀加速至与木板同速 即停止相对滑动 的时间为 t2 则 t2 v2 1g 1 分 学海无涯 设物块向右匀加
15、速运动的位移为 s2 则 s2 v 2 2t2 v 22 2 1g 1 分 此过程中木板向右匀速运动的总位移为 s 则 s v2 t1 t2 1 分 则物块不从木板上滑下来的最小长度 L s s1 s2 2 分 代入数据解得 L v 1 v2 2 2 1g 2 分 答案 1 1mg 2 m M g 2 v 1 v2 2 2 1g 2013 新课标 25 16 分 一长木板在水平地面上运动 在 t 0 时刻将一相对于地面静止的 物块轻放到木板上 以后木板运动的速度 时间图象如图 7 所示 已知物块与木板的质量相 等 物块与木板间及木板与地面间均有摩擦 物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 且
16、物块始终在木板上 取重力加速度的大小 g 10 m s2 求 图 7 1 物块与木板间 木板与地面间的动摩擦因数 结果保留两位有效数字 2 从 t 0 时刻到物块与木板均停止运动时 物块相对于木板的位移的大小 答案 1 0 20 0 30 2 1 125 m 解析 1 从 t 0 时开始 木板与物块之间的摩擦力使物块加速 使木板减速 此过程一直持 续到物块和木块具有共同速度为止 由题图可知 在 t1 0 5 s 时 物块和木板的速度相同 设 t 0 到 t t1时间间隔内 物块和 木板的加速度大小分别为 a1和 a2 则 a1 v 1 t1 a2 v 0 v1 t1 式中 v0 5 m s v1 1 m s 分别为木板在 t 0 t t1时速度的大小 设物块和木板的质量均为 m 物块和木板间 木板与地面间的动摩擦因数分别为 1 2 由 牛顿第二定律得 1mg ma1 1 2 2 mg ma2 学海无涯 联立 式得 1 0 20 2 0 30 2 在 t1时刻后 地面对木板的摩擦力阻碍木板运动 物块与木板之间的摩擦力改变方向 设 物块与木板之间的摩擦力大小为 f 物块和木板的加速度大小分
