4.7 专题: 牛顿运动定律的综合应用2023-2024学年高一物理 ( 人教版2019必修第一册)(解析版) .docx
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- 4.7 专题: 牛顿运动定律的综合应用2023-2024学年高一物理 人教版2019必修第一册解析版 专题 牛顿 运动 定律 综合 应用 2023 2024 学年 物理 人教版 2019 必修 一册
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1、4.7 专题: 牛顿运动定律的综合应用 学习目标课程标准学习目标1能根据力与运动的关系,联系牛顿运动定律和运动学知识,分析求解有关动力学问题。2掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。3.掌握“板块”模型、“传送带”模型特点,并解决相关问题1.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法,即首先对研究对象进行受力和运动情况分析,然后用牛顿运动定律把二者联系起来。2.初步体会牛顿运动定律对社会发展的影响,建立应用科学知识解决实际问题的意识。02探究提升【问题探究1】动力学中的临界问题1.临界问题:某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的转折状态.2.关键词语:在动力学问题中出现的
2、“最大”“最小”“刚好”“恰能”等词语,一般都暗示了临界状态的出现,隐含了相应的临界条件.3.临界问题的常见类型及临界条件:(1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触(或脱离)的临界条件是弹力为零.(2)相对静止或相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大静摩擦力.(3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限的,绳子断与不断的临界条件是实际张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是绳上的张力为零.(4)加速度最大与速度最大的临界条件:当物体在变化的外力作用下运动时,其加速度和速度都会不断变化,当所受合力最大时,具有最大加速度;当所受合力最小时,具有最小加速度.当出现加速度为零时,物
3、体处于临界状态,对应的速度达到最大值或最小值.4.解题关键:正确分析物体运动情况,对临界状态进行判断与分析,其中处于临界状态时存在的独特的物理关系即临界条件.【典型例题1】(多选)质量为0.5kg的物块A放在一个纵截面为矩形的木箱内,A与木箱水平底面之间的动摩擦因数为0.3。A的右边被一根轻弹簧用1.2N的水平拉力向右拉着而保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取。现要使弹簧能拉动物块A相对木箱底面向右移动。可行的是()A木箱向上加速,其加速度满足B木箱向上减速,其加速度满足C木箱向右减速,其加速度满足D木箱向右加速,其加速度满足【答案】BC【解析】AB依题意,可得物块受到的最大静摩擦为若
4、木箱在竖直方向上运动,要使弹簧能拉动物块A相对木箱底面向右移动,则需要 其加速度满足向下故A错误,B正确;CD若木箱在水平方向运动,要使弹簧能拉动物块A相对木箱底面向右移动,木箱必须有向左的加速,即 联立求得故C正确,D错误。故选BC。【典型例题2】如图所示,细线的一端固定在倾角为45的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球(重力加速度为g).(1)当滑块至少以多大的加速度向右运动时,线对小球的拉力刚好等于零?(2)当滑块至少以多大的加速度向左运动时,小球对滑块的压力等于零?(3)当滑块以a2g的加速度向左运动时,线中拉力为多大?【答案】(1)g(2)g(3)mg【解析】(1
5、)当FT0时,小球受重力mg和斜面支持力FN作用,如图甲,则FNcos 45mg,FNsin 45ma 解得ag.故当向右运动的加速度为g时线上的拉力为0.(2)假设滑块具有向左的加速度a1时,小球受重力mg、线的拉力FT1和斜面的支持力FN1作用,如图乙所示.由牛顿第二定律得 水平方向:FT1cos 45FN1sin 45ma1,竖直方向:FT1sin 45FN1cos 45mg0.由上述两式解得FN1,FT1.由此两式可以看出,当加速度a1增大时,球所受的支持力FN1减小,线的拉力FT1增大.当a1g时,FN10,此时小球虽与斜面接触但无压力,处于临界状态,这时绳的拉力为FT1mg.所以滑
6、块至少以a1g的加速度向左运动时小球对滑块的压力等于零.(3)当滑块加速度大于g时,小球将“飘”离斜面而只受线的拉力和重力的作用,如图丙所示,此时细线与水平方向间的夹角t3C.t1aOb,由xat2可知,t2tca,故选项A错误,B、C、D均正确.【对点训练3】如图所示,有一半圆,其直径水平且与另一圆的底部相切于O点,O点恰好是下半圆的圆心,它们处在同一竖直平面内。现有三条光滑轨道AOB、COD、EOF,它们的两端分别位于上下两圆的圆周上,轨道与竖直直径的夹角关系为,现让一小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端,则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为 ( )A.tAB=tCD=t
7、EFB.tABtCDtEFC.tABtCDtEFD.tAB=tCDtCDtEF,B项正确。 【对点训练4】如图所示,位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于M点,与竖直墙相切于A点,竖直墙上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60,C是圆环轨道的圆心,已知在同一时刻:a、b两球分别由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道分别沿AM、BM运动到M点;c球由C点自由下落到M点则()Aa球最先到达M点 Bc球最先到达M点Cb球最先到达M点 Db球和c球都可能最先到达M【答案】B【解析】:c球从圆心C处由静止开始沿CM做自由落体运动,Rgt,tc;a球沿AM做匀加速直线运动,aagsin 45g,x
8、aR,xaaat,ta;b球沿BM做匀加速直线运动,abgsin 60g,xb2R,xbabt,tb;由上可知,tbtatc.【问题探究3】“板块”模型问题“板块”模型问题中,靠摩擦力带动的那个物体的加速度有最大值:。假设两物体同时由静止开始运动,若整体加速度小于该值,则二者相对静止,二者间是静摩擦力;若整体加速度大于该值,则二者相对滑动,二者间为滑动摩擦力位移关系:如图所示,滑块由木板一端运动到另一端的过程中,滑块和木板同向运动时,位移之差xx1x2L(板长);滑块和木板反向运动时,位移大小之和x2x1L.解题关键点:(1)由滑块与木板的相对运动来判断“板块”间的摩擦力方向(2)当滑块与木板
9、速度相同时,“板块”间的摩擦力可能由滑动摩擦力转变为静摩擦力或者两者间不再有摩擦力(水平面上共同匀速运动)【典型例题5】(多选)如图所示,A、B、C三个物体静止叠放在水平桌面上,物体A的质量为2m,B和C的质量都是m,A、B间的动摩擦因数为,B、C间的动摩擦因数为,B和地面间的动摩擦因数为。设最大静摩擦力等于滑动擦力,重力加速度为g。现对A施加一水平向右的拉力F,则下列判断正确的是()A若A、B、C三个物体始终相对静止,则力F不能超过B当力F=mg时,A、B间的摩擦力为C无论力F为何值,B的加速度不会超过D当力时,B相对A滑动【答案】AB【解析】A物体C恰好滑动时,对C物体A恰好滑动时,对BC
10、整体,A、B之间的摩擦力为解得物体A、B之间的最大静摩擦力为因为,表明此时A、B之间没有滑动,也就是说B、C之间先滑动,A、B、C三个物体始终相对静止的最大加速度为,选整体由牛顿第二定律得解得选项A正确;B当力F1=mg时,对整体对A解得选项B正确;CB的最大加速度为解得选项C错误;DB相对A恰好滑动时,对A、B整体对A解得当力时,B相对A滑动,选项D错误。故选AB。【典型例题6】如图所示,一质量M1 kg的长L2.5 m的木板B静放于水平地面,一质量m2 kg的小物块A静置于木板左端。如果给小物块A一水平向右的初速度v04 m/s,经过t1 s的时间A与B分离。已知重力加速度g10 m/s2
11、,小物块与木板间的动摩擦因数10.2,小物块A可看作质点,求:(1)A与B分离时,A的速度;(2)木板与地面间的动摩擦因数2。【答案】(1)2 m/s(2)0.1【解析】(1)小物块A在木板B上做匀减速直线运动,设物块的加速度大小为a1,有a11g2 m/s2由vv0a1t,解得v2 m/s。(2)木板在物块的摩擦力作用下可能静止不动,也可能做匀变速直线运动,如果木板静止不动,对小物块xv0ta1t2,x3 mL2.5 m,说明木板相对地面发生了滑动设木板的加速度为a2,根据牛顿第二定律有1mg2(mM)gMa2位移关系为v0ta1t2a2t2L,联立解得20.1【对点训练5】如图所示,物块A
12、摞放在B上,一起静止于水平地面上,A的质量为1kg,B的质量为2kg。AB间的动摩擦因数以及B与地面间的动摩擦因数均为0.2。重力加速度取10m/s2,现用一9N的力作用在B上,则作用的瞬间()AA的加速度大小为2m/s2BA所受的摩擦力大小为1NCB的加速度大小为0.5m/s2DB所受的合力为2N【答案】BD【解析】ACB与地面间的最大静摩擦力为A、B一起运动的加速度大小为A、B间的最大静摩擦力为A物体运动的最大加速度为所以A、B将保持相对静止,一起向右匀加速,其加速度大小为1m/s2,故AC错误;BD根据牛顿第二定律,有 故BD正确。故选BD。【对点训练6】(多选)如图所示,光滑的水平地面
13、上有三块材料完全相同的木块A、B、C,质量均为m,B、C之间用轻质细绳连接,轻绳能承受的最大拉力为。现用水平拉力F作用在C上,使三者开始一起做匀加速直线运动,下列说法正确的是()A木块B受到四个力的作用B当F逐渐增大到时,轻绳刚好被拉断C当F逐渐增大到时,轻绳拉力达到最大值D轻绳刚要被拉断时,质量为m和2m的木块间的摩擦力为【答案】CD【解析】A木块B受到重力、A木块的压力、A对其向后的静摩擦力、轻绳的拉力和地面的支持力五个力的作用,故A错误;B对三个木块整体,由牛顿第二定律可得隔离后面的组合体,由牛顿第二定律可得,轻绳中拉力为由此可知,当F逐渐增大到时,轻绳中拉力等于即小于轻绳能承受的最大拉
14、力为,轻绳还没有被拉断,故B错误;C由上式得:当F逐渐增大到时轻绳中拉力故C正确;D轻绳刚要被拉断时,轻绳的拉力刚好为,A、B两木块的加速度对A木块研究,由牛顿第二定律得A、B木块间的摩擦力为故D正确。故选CD。【问题探究3】“传送带”模型问题水平传送带问题:求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断。物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻情景滑块的运动情况传送带不足够长传送带足够长一直加速先加速后匀速v0v时,一直加速v0v时,一直减速v0v时,先减速再匀速滑块一直减速到右端滑块先减速到速度为0,后被传送带传回左端若v0v返回到左端时速度为v.倾斜传送带问题
15、:求解的关键在于分析清楚物体与传送带的相对运动情况,从而确定其是否受到滑动摩擦力作用。当物体速度与传送带速度相等时,物体所受的摩擦力有可能发生突变情景滑块的运动情况传送带不足够长传送带足够长一直加速(一定满足关系gsin gcos )先加速后匀速一直加速(加速度为gsin gcos )若tan ,先加速后匀速若tan ,先以a1加速,后以a2加速v0v时,一直加速(加速度为gsin gcos )若tan ,先加速后匀速;若v时,一直减速(加速度为gsin gcos )若tan ,先减速后匀速;若gcos ,一直加速;gsin gcos ,一直匀速gsin gcos ,一直减速先减速到速度为0后
16、反向加速到原位置时速度大小为v0(类竖直上抛运动)【典型例题7】重物A放在倾斜的传送带上,它和传送带一直相对静止没有打滑,传送带与水平面的夹角为,如图所示,传送带工作时,关于重物受到的摩擦力的大小,下列说法正确的是()A重物静止时受到的摩擦力一定小于它斜向上匀速运动时受到的摩擦力B重物斜向上加速运动时,加速度越大,摩擦力一定越大C重物斜向下加速运动时,加速度越大,摩擦力一定越大D重物斜向上匀速运动时,速度越大,摩擦力一定越大【答案】B【解析】重物静止时,受到的摩擦力大小Ffmgsin,重物匀速上升时,受到的摩擦力大小仍为mgsin,且与速度大小无关,A、D错误;重物斜向上加速运动时,根据牛顿第
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