2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：必修1第三章专题课牛顿运动定律的综合应用Wor.doc.pdf
专題课牛硕运动走律的综合应用 命题点 n 超重、失重问题 1. 超重 (1) 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力 ) 太王物体所受重力的现象。 (2) 产生条件：物体具有向上的加速度。 2. 失重 (1) 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力 ) 小王物体所受重力的现象。 (2) 产生条件：物体具有向下的加速度。 3. 完全失重 (1) 定义：物体对支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)笠壬 Q 的现象称为完全失垂现 象。 (2) 产生条件：物体的加速度a=g,方向竖直向下。 4?对超重和失重的“三点”深度理解 (1) 不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变。 (2) 在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失。 (3) 物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体的 加速度方向，只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态。命 题角度 1超重、失重现象的判断 【例 1】 伦敦奥运会开幕式的弹跳高跷表演屮，一名质量为加的演员穿着这种高跷 从距地面 H 高处由静止落下，与水平地面撞击后反弹上升到距地面高力处。假设弹跳 高跷对演员的作用力类似于弹簧的弹力，演员和弹跳高跷始终在竖直方向运动，不考 虑空气阻力的影响，则该演员() 图 1 A. 在向下运动的过程中始终处丁失重状态 B. 在向上运动的过程屮始终处于超重状态 C. 在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 D. 在向上运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 解析 演员在空中时，加速度为g,方向向下，处于失重状态；当演员落地加速时, 加速 度 Q 向下，处于失重状态；落地后期减速，加速度d 向上，处于超重状态；所以演员 在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态，选项C 正确；同理可知，演员 在向上运动的过程中先处于超重状态后处于失重状态，选项D 错误。答案 C 命题角度 2 根据超重、失重现象判断物体的受力情况 【例 2】 某人在地而上最多可举起50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多 举起了 60kg 的物体吋，电梯加速度的人小和方向为（g=10m/s2）（） A.2 m/s 2 竖直向上B.|* m/s 2 竖直向上 C.2 m/s 2 竖直向下D.| m/s2竖直向下 解析 由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为Fm=rng=500N,在电梯中人能举 起 60 kg 物体，物体一定处于失重状态，对60 kg 的物体：Mg Fm=Ma, 即m/s2=|* m/s 2,所以选项 D 正确。 答案 D 方法技巧 判断超重和失重的方法 从受力的角度判断 当物体所受向上的拉力 （或支持力） 大于重力时， 物体处于超重 状 态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全 失重状态 从加速度的 角度判断 当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；具有向下的加 速度时，物体处于失重状态；向下的加速度（日=0 时，物体 处于 完全失重状态 从速度变化的 角度判斷 物体向上加速或向下减速时，超重 物体向下加速或向上减速时，失重 【变式训练 11 （201 物体全 (2 + 8) 过程位移为v-t图象与 r 轴围成面积兀 = X 3m=15m,全过程摩擦力做功 e 3 w=2X15 j=30J,B正确；根据 8? 10 s内物体匀减速加速度仇=云=亏 m/s 2 = 1.5 m/s2,由牛顿第二定律一“加 g=m 可知“ = 0.15, C错误；根据 2? 6 s 3 c 4 内物体匀加速， m/s,由F Ff=ma,可求得加 =3 kg, D 错误。 答案 B 2. 如图 6(a),质量 kg的物体沿倾角 0=37。的固定粗糙斜面由静止开始向下运动，风 对物体的作用力沿水平方向向右，其人小与风速e 成正比，比例系数用表 示，物体加速度a与风速 0 的关系如图 (b)所示, (sin 37 °=0.6, cos 37°=0.8, g=10 m/s 3 4)求： 3 物体在 0? 4 s的加速度大小 ; 4 物体在 4? 10 s的位移大小； (1) 物体与斜面间的动摩擦因数“； (2) 比例系数也 解析(1)当 e=0时，由图知 a()=4 m/s?, 由加 gsin 0fimgcos e=mci(), (2)当v=5 m/s 时， 67=0, 由mgsin 0 p F kvcos 6=0, FN=加 geos 3+lcusin 0 答案(1)0.25 (2)0.84 kg/s 3. 质量为 3 kg 的物体放在水平地面上，在水平恒力F的作用下做匀加速直线运动, 4 s末撤去此水平恒力F。物体运动的 cr 图象如图 7 所示。求： 得= sin 0CIQ mg (sin0cos0) v ( sin0+cos0) =0.84 kg/So (3)物体所受的摩擦力大小。 解析 设加速运动时间为力，减速运动时间为血，运动过程最大速度为° (1) 0? 4 s内的加速度大小ax=Y得 0=3 m/s? (2) 4? 10 s的加速度大小6=学得 a. = 2 m/s? 12 4? 10 s的位移大小兀 2=*。2 诊得兀 2 = 36 m (3) 由牛顿第二定律F 尸必 2 得Ff=6 N 答案(1)3 m/s? (2)36 m (3)6 N 1. 临界或极值条件的标志 (1) 有些题目屮有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界 点； (2) 若题目中有“最大” “最小”“至多”“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极 值，这个极值点往往是临界点。 2 ?解答临界问题的三种方法 极限法 把物理问题 (或过程 )推向极端， 从而使临界现象 ( 或状态 ) 暴露出来， 以达 到 正确解决问题的目的 假设法 临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能吋，或变化过程中可能 出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题 数学法将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出临界条件 【例 5】 一斜面放在水平地面上，倾角为0=53。，一个质量为0.2 kg 的小球用细绳吊 在斜面顶端，如图8 所示。斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计斜面 与水平面的摩擦，当斜面以10 m/s?的加速度向右运动时，求细绳的拉力及斜面对小球 命题点 动力学中的临界极值问题 图 8 的弹力。(g取10m/s 2 ) A ./mg (s . ni CM叭 1+方D./zl+-J 解析 由于 A、B 相对静止， 以整体为研究对象可知F=(M+m)a ；若 A、B 即将相 对滑动， 以物体 B 为研究对象可知“加g=M °,联立解得 F=“ 加 g(l+羽，选项 C 正 确。 答案 C 2. (2018?济宁检测)如图 10所示，一足够长的木板，上表面与木块之间的动摩擦因数 为“=平，重力加速度为g,木板与水平面成0角，让小木块从木板的底端以大小恒定的 解析 设小球刚刚脱离斜面时斜面向右的加速度为G,此时斜面对小球的支持力恰 好为零， 小球只受到重力和细绳的拉力，且细绳仍然与斜面平行。对 小球受力分析如图所示。 口厶mg 易知 tan 以木块B 为研 究对象，则 F 弹，=加 2。2,又F鬓=F弹,解得木块 3的加速度大小a2ci,所以选 /7Z2 项 D 正确。 答案 D 3. （2017-三明模拟）如图 14 所示，木块 4、 B 静止叠放在光滑水平面上， 4 的质量为 加， B 的质量为 2 加。现施加水平力F 拉 B（如图甲）， A、B 刚好不发生相对滑动，一起 沿水平面运动。若改用水平力F 拉 A（如图乙），使A、B 也保持相对静止，一起沿 水平面运动，则F 不得超过（） 甲乙 图 14 A.2F B.f C.3F D.y 解析 力 F 拉物体 B 时，A、3恰好不滑动，故A、B 间的静摩擦力达到最大值，对物 体 A 受力分析，受重力 g、支持力尽 | 、向前的静摩擦力忌，根据牛顿第二定律, 有 加 加1+加2 ' 对 A、B 整体受力分析，受重力3 加 g、支持力和拉力F,根据牛顿第二定律，有F =3 加 由解得f m=Fo当 F 作用在物体 A 上时， A、B 恰好不滑动时， A、3间的静摩擦力 达到最大值，对物体 A,有 F= 对整体，有 , 即 F 的最大值是 *F。 答案 B 核心素养聚焦 科学思维传送带模型 1. 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 相等的吋刻就是物体所受摩擦力发生突变的吋刻。 【例 1】 如图 15所示，水平长传送带始终以o 匀速运动，现将一质量为m的物 体轻 放于 A 端，物体与传送带之间的动摩擦因数为，AB长为 L,厶足够长。问： 图 15 (1) 物体从 A 到 B 做什么运动？ (2) 当物体的速度达到传送带速度“时，物体的位移多大？传送带的位移多大？ (3) 物体从 A 到B运动的时间为多少？ (4) 什么条件下物体从A 到 B 所用吋间最短？ 解析(1)物体先做匀加速直线运动，当速度与传送带速度相同时，做匀速直线运动。 V (2)由v=at和a=yg,解得 =乔 物体的位移 电梯匀加速阶段。严匹竺 1 =1 m/s?，2 s 末电梯速度V = =2 ().5 tls (1) 弹性球受到的空气阻力巴的大小； (2) 弹性球第一次碰撞后反弹的高度/? o 解析(1)设弹性球第一次下落过程中的加速度大小为Qi,由题图知a 严詈=缶m/s2 = 8m/s 2, 根据牛顿第二定律，得 mg Ff=ma号=/(g如)= 0.2 N。 (2)由题图知弹性球第一次到达地面时的速度大小为° =4 m/s,设球第一次离开地 3 面时的速度大小为02,则V2=I = 3 m/s,第一次离开地面后，设上升过程中球的加速度大 小为如 则mg+Ff=ma2, a 2=2 m/s 2,于是有 0诟=一 2° 2力，解得力 = 3 8 m° 答案(1)0.2 N (2)| m B 组能力提升 &如图 5 所示，水平光滑的细杆上套一环A,环 A 与球 B 用一不可伸长轻质绳相连, 质量 分别为加人和，如，由于3球受到水平风力作用，细绳与竖直方向的夹角为0, A 环与B 球一起向右做加速度为d 的匀加速运动，则下列说法中正确的是() A. B 球所受到的风力大小为m Ba B. 当风力增大时，杆对A 环的支持力变大 C. 此时B受到的绳子拉力大小为加Bgcos 6 D. 当风力增大时，轻绳对B 球的拉力不变 解析 对 B 球受力分析可知， B 球受到水平风力、绳拉力和重力作用，V-j 在水平方向 FTsin 0=m Ba,竖直方向： Tcos 0=msg,解得厂 =黑%, y / ； 选项 A、C 错误；对 A、3整体分析可知，在竖直方向上A、3 整体受 1 力平衡，杆对A 环支持力等于风力增大时拉力不变，B 错误， D 正确。 答案 D 9. （2018-浙江温州期末） 利用传感器和计算机可以研究力的大小变化的情况。实验时 某 消防队员从平台上白由下落，在巾时刻双脚触地，他顺势弯曲双腿。计算机显示消防 队员双脚触地后的过程中，他受到地面支持力F 随吋间变化的图象如图6 所示。根据 图象提供的信息，以下判断正确的是（） 图 6 A?在九至厲时间内，消防队员做减速运动 B. 在（2 至 B 时间内，消防队员处于失重状态 C. /2时刻，消防队员的速度达到最大 D. /3 吋刻，消防队员的速度达到最人 解析 在到血时间内，支持力的大小小于重力，加速度大小向下，消防队员在加速下降， A 错误； /2 到厶时间内，支持力的大小大于重力，加速度大小向上，消防队员处于超重 状态， B 错误； /2时刻之前消防员做加速运动，而此后消防员做减速运动，故（2时刻 消防员的速度达最大，故C 正确， D 错误。 答案 c 10.如图 7 所示，传送带的水平部分长为厶传动带速率为 s 在其左端无初速度释 放一小木块， 若木块与传送带间的动摩擦因数为“，则木块从左端运动到右端的时 间不可能是（) I L ( 图 7 AS 旦 5 十 2g B-e 2L小 2 厶 CA /D 解析若木块一直做匀加速直线运动，并且到达右端未达到速度e, 由牛顿第二定律有 a=昭,厶二如 / 2, 寻，若木块一直做匀加速直线运动且到达右端速度 刚好达到 e, 则L= 弓、=丁。若木块先做匀加速，再做匀速直线运动有：厲=方= V 2 2 L2 盂,匀加速阶段木块经过的位移x 严益匀速的位移 L-XJ,匀速时间t2=J =万一 2g， 总时间 /=/1+2=万+ 2g，选项 B 正确。 答案 B 11. 如图 8 所示，水平轨道AB 段为粗糙水平面， BC 段为一水平传送带，两段相切于 B 点，一质量为m=l kg 的物块（可视为质点），静止于A 点， AB 距离为 x=2m。 已知物 块与 AB 段和 BC 段的动摩擦因数均为“ = 0.5, g 取 10m/s 2o ri h - x- 予丿 （?丿 A B C 图 8 （1）若给物块施加一水平拉力F=ll N, 使物块从静止开始沿轨道向右运动，到达B 点 时撤去拉力，物块在传送带静止情况下刚好运动到C 点，求传送带的长度；在问 中，若将传送带绕B点逆吋针旋转37。后固定 （AB 段和 BC 段仍平滑连接） , 要使物 块仍能到达 C 端，则在段对物块施加拉力F 应至少多大。 解析（1）物块在 AB 段：Fmg=ma, ai = 6 m/s 2 则到达 B 点时速度为如，有vl=2a x9如=2& m/s 滑上传送带有ymg=ma?, Q2 = 5 m/s 2 刚好到达 C 点，有一VB=2a 2L,得传送带长度厶 =2?4m。 （2）将传送带倾斜，滑上传送带有 mgsin 37°/z/7?gcos 37 。=必 3，如=一 10 m/s 物块仍能刚好到C 端, 有一。 / = 2° 3 厶，如 '= 4 寸§ m/s 在 AB 段, 有VB ，2 2处,F _pmg ma 联立解得 F=17NO 答案（1）2.4 m （2）17 N 12. （2018-浙江教育绿色评价联盟适应性考试）一旦发生火灾， 高楼居民如何逃生是一 直困扰我们的致命问题。最近有人设计了一种新型逃生滑梯，提供了颇具创意的解决 方式，这种装置类似于“滑滑梯”，紧急情况中放下，逃牛者躺在滑梯内，即可顺势 滑到底楼。（假设楼层间的高度/i = 3m） 图 9 (1) 经发明者测试，逃生者可以从5楼滑到 1 楼需要 10 秒钟，假设滑梯坡度为37。, 忽 略转角处的速度损失和空气阻力。求逃生者的下滑加速度大小和逃生者与“滑滑梯” 间的动摩擦因数？ (2) 为了安全，处于高层的逃生者都备有智能躺椅，躺椅配有控速系统和刹车系统，控 速系统可以限制下滑过程中速度不超过6 m/s,刹车系统可以使减速过程的加速度的大小 和加速过程的加速度大小相等。为了安全，滑到地面时的速度大小要求不超过 2 m/s, 假设逃生者躺在躺椅上加速下滑的加速度大小和题中的加速度大小相等，求从 25 楼 下滑到地面的最短吋间？ 解析(1)发明者测试时做初速度为零的匀加速直线运动，则有 解得：a=0A m/s2 对发明者受力分析，根据牛顿第二定律得： mgsin 37。一“ ?gcos 31°= ma 解得“ =0.7 (2)经分析研究对象先做匀加速运动再做匀速运动最后做匀减速运动时间最短 24h 根据几何关系有：处 =孟券 =120 01 则加速度时间： h=15s,加速的位移 5i=n=45 m 减速时间有：叮= 10 s,减速的位移色 =空竺严? / 3=40m 故匀速的时间为S=曽 s=5.83s Umax ° 则总时间为 / 总=“+/2+/3 = 30.83 s 答案（1）0.7 30.83 s
