高考物理【一轮复习】讲义15　第三章　思维进阶课三　动力学中的三类典型问题课件PPT

这是一份高考物理【一轮复习】讲义15　第三章　思维进阶课三　动力学中的三类典型问题课件PPT，共71页。PPT课件主要包含了思维进阶特训三等内容，欢迎下载使用。
[学习目标]　1．理解各种动力学图像，能利用图像特殊点、斜率、截距、面积等分析相关问题。2．知道连接体的类型以及运动特点，会用整体法、隔离法解决连接体问题。3．会分析临界与极值问题，并会用极限法、假设法及数学方法求解极值问题。
进阶1　动力学图像问题
1．常见的动力学图像及问题类型
2．解决动力学图像问题的思路(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。
(3)明确能从图像中获取哪些信息：把图像与具体的题意、情境结合起来，应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。
角度1　根据物理过程选取图像[典例1]　(2024·全国甲卷)如图所示，一轻绳跨过光滑定滑轮，绳的一端系物块P，P置于水平桌面上，与桌面间存在摩擦；绳的另一端悬挂一轻盘(质量可忽略)，盘中放置砝码。改变盘中砝码总质量m，并测量P的加速度大小a，得到a-m图像。重力加速度大小为g。在下列a-m图像中，可能正确的是(　　)
A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
角度2　根据图像分析物理过程[典例2]　(多选)(2024·辽宁卷)一足够长木板置于水平地面上，二者间的动摩擦因数为μ。t＝0时，木板在水平恒力作用下，由静止开始向右运动。某时刻，一小物块以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。已知t＝0到t＝4t0的时间内，木板速度v随时间t变化的图像如图所示，其中g为重力加速度大小。t＝4t0时，小物块和木板的速度相同。下列说法正确的是(　　)
A．小物块在t＝3t0时滑上木板B．小物块和木板间的动摩擦因数为2μC．小物块与木板的质量比为3∶4D．t＝4t0之后小物块和木板一起做匀速运动
进阶2　动力学中的连接体问题
1．多个相互关联的物体由细绳、细杆或弹簧等连接或叠放在一起，构成的物体系统称为连接体。常见的连接体如下：(1)弹簧连接体：在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度不一定相等；在弹簧形变量最大(弹簧最长或最短)时，两端连接体的速度相等(加速度大小不一定相等)。
(2)叠放连接体：相对静止时具有相同的加速度，相对运动时根据受力特点结合运动情境分析。
(3)轻绳(杆)连接体：轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等；轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度。
2．处理连接体问题的方法(1)当只涉及系统的受力和运动情况而不涉及系统内某些物体的受力和运动情况时，一般采用整体法。(2)当涉及系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况时，一般采用隔离法。
角度1　弹簧连接体[典例3]　(多选)(2022·全国甲卷)如图所示，质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上，二者用一轻弹簧水平连接，两滑块与桌面间的动摩擦因数均为μ。重力加速度大小为g。用水平向右的拉力F拉动P，使两滑块均做匀速运动；某时刻突然撤去该拉力，则从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前(　　)
A．P的加速度大小的最大值为2μgB．Q的加速度大小的最大值为2μgC．P的位移大小一定大于Q的位移大小D．P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小
AD　[两滑块匀速运动过程中，弹簧对P、Q的弹力大小为kx＝μmg，当撤去拉力后，对滑块P由牛顿第二定律有kx′＋μmg＝ma1，同理对滑块Q有μmg－kx′＝ma2，从撤去拉力到弹簧第一次恢复原长过程中，弹力由μmg一直减小到零，所以P的加速度大小的最大值为刚撤去拉力F瞬间的加速度大小，此时P的加速度大小为2μg，而弹簧恢复原长时，Q的加速度大小达到最大值，即Q的最大加速度为μg，A项正确，B项错误；由于弹簧恢复原长前滑块P的加速度一直大于Q的加速度，且两滑块初速度相同，所以撤去拉力后P的速度一直小于同一时刻Q的速度，所以P的位移一定小于Q的位移，C项错误，D项正确。]
角度2　叠放连接体[典例4]　(2025·武汉高三调研)如图所示，在粗糙水平面上放置质量分别为m和2m的四个物块，物块之间的动摩擦因数为μ，物块与地面之间的动摩擦因数为0.5μ，上面的两物块用不可伸长、可承受足够大拉力的水平轻绳相连。现对右边质量为m的物块施加水平向右的力F，使四个物块一起向右运动。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g。为使物块之间不发生相对滑动，则F的最大值为(　　)A．3μmg B．3.6μmgC．4.5μmg D．6μmg
B　[以四个物块整体为研究对象，受力分析如图1所示，竖直方向上有FN1＝6mg，又Ff1＝0.5μFN1，由牛顿第二定律有F－Ff1＝6ma；以左侧的两个物块为研究对象，受力分析如图2所示，竖直方向上有FN2＝3mg，又Ff2＝0.5μFN2，由牛顿第二定律得T－Ff2＝3ma；再以右侧质量为2m的物块为研究对象，受力分析如图3所示，竖直方向上有FN3＝2mg，由牛顿第二定律得Ff3－T＝2ma，当Ff3达到最大静摩擦力时，即Ff3＝μFN3＝2μmg时，系统的加速度最大，F有最大值，联立解得F＝3.6μmg，B正确。]
角度3　轻绳(杆)连接体[典例5]　(2025·山东济南高三质检)质量为M的小车放在光滑水平面上，小车上用细线悬挂另一质量为m的小球且M＞m。用一力F水平向右拉小球，使小球和小车一起以加速度a向右运动，细线与竖直方向成α角，细线的拉力大小为F1，如图甲所示。若用一力F′水平向左拉小车，使小球和小车一起以加速度a′向左运动时，细线与竖直方向也成α角，细线的拉力大小为F1′，如图乙所示。下列判断正确的是(　　)
A．a′＝a，F′1＝F1 B．a′＞a，F′1＞F1C．a′＜a，F′1＝F1 D．a′＞a，F′1＝F1
进阶3　动力学中的临界、极值问题
1．常见临界与极值问题的条件(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是弹力FN＝0。(2)相对滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值。(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力；绳子松弛的临界条件是FT＝0。(4)最终速度(收尾速度)的临界条件：物体所受合外力为零。
2．动力学临界极值问题的三种解法
角度1　动力学中临界问题[典例6]　(多选)如图甲所示，物块A、B静止叠放在水平地面上，B受到从零开始逐渐增大的水平拉力F的作用，A、B间的摩擦力Ff1、B与地面间的摩擦力Ff2随水平拉力F变化的情况如图乙所示。已知物块A的质量m＝3 kg，取g＝10 m/s2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是(　　)
A．两物块间的动摩擦因数为0.2B．当0＜F＜4 N时，A、B保持静止C．当4 N＜F＜12 N时，A、B发生相对滑动D．当F＞12 N时，A的加速度随F的增大而增大
角度2　动力学中极值问题[典例7]　如图所示，一弹簧一端固定在倾角为θ＝37°的光滑固定斜面的底端，另一端连接质量为m1＝4 kg 的物体P，Q为一质量为m2＝8 kg的物体，弹簧的质量不计，劲度系数k＝600 N/m，系统处于静止状态。现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F，使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，已知在前 0.2 s 时间内，F为变力，0.2 s 以后F为恒力，已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，取g＝10 m/s2。求力F的最大值与最小值。
[解析]　设开始时弹簧的压缩量为x0由平衡条件得(m1＋m2)g sin θ＝kx0代入数据解得x0＝0.12 m因前0.2 s时间内F为变力，之后为恒力，则0.2 s时刻两物体分离，此时P、Q之间的弹力为零，设此时弹簧的压缩量为x1对物体P，由牛顿第二定律得kx1－m1g sin θ＝m1a
[答案]　72 N　36 N
1．(多选)(2023·全国甲卷)用水平拉力使质量分别为m甲、m乙的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为μ甲和μ乙。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知(　　)A．m甲m乙C．μ甲μ乙
BC　[对水平面上的物体根据牛顿第二定律有F－μmg＝ma，整理得F＝ma＋μmg，则F-a图像中图线的斜率k＝m，截距为μmg，由题F-a图像可知k甲>k乙，则m甲>m乙，A错误，B正确；由题F-a图像可知两图线的截距相同，则μ甲m甲g＝μ乙m乙g，因为m甲>m乙，所以μ甲