新教材适用2024版高考物理一轮总复习第3章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的综合应用课件

这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第3章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的综合应用课件，共44页。PPT课件主要包含了知识梳理·双基自测，核心考点·重点突破，年高考·1年模拟，物体系统，加速度，系统内，弹力FN＝0，静摩擦力达到最大值，它所能承受的最大张力，FT＝0等内容，欢迎下载使用。
第3讲　牛顿运动定律的综合应用
1．连接体多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆联系)在一起构成的____________称为连接体。2．外力与内力(1)外力：系统______的物体对系统的作用力。(2)内力：系统___各物体间的相互作用力。
3．整体法和隔离法(1)整体法：把_________相同的物体看作一个整体来研究的方法。(2)隔离法：求_________物体间的相互作用时，把一个物体隔离出来单独研究的方法。
1．临界或极值条件的标志(1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，即表明题述的过程存在着______点。(2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往对应______状态。(3)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。(4)若题目要求“最终加速度”“稳定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度。
2．四种典型的临界条件(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_______________。(2)相对滑动的临界条件：两物体相接触且相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑动的临界条件是___________________________。(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度的，绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于_____________________，绳子松弛的临界条件是_________。(4)加速度变化时，速度达到最值的临界条件：速度达到最大的临界条件是_________。
一、堵点疏通1．整体法和隔离法是确定研究对象时常用的方法。( 　　)2．应用牛顿第二定律进行整体分析时，需要分析内力。( 　　)3．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的。( 　　)4．相互接触的物体分离时的临界状态是两者没有共同的加速度。( 　　)
二、对点激活1．(2023·天津市西青区高三阶段练习)如图所示，两个质量分别为m1＝1 kg、m2＝2 kg的物体1、2，紧靠在一起放在光滑水平地面上，作用在物体1上的外力F使两个物体一起向右作加速运动，已知两个物体之间的相互作用力的大小为6 N，则外力F的大小为( 　　)A．9 N B.12 N C.15 N D.18 N
[解析]对物体2分析，根据牛顿第二定律得FN＝m2a，解得a＝3 m/s2。对整体分析，根据牛顿第二定律得F＝(m1＋m2)a，解得外力F的大小为F＝9 N，故A正确，BCD错误，故选A。
2．(多选)(2022·海南高三模拟)如图，P、Q两物体叠放在水平面上，已知两物体质量均为m＝2 kg，P与Q间动摩擦因数为μ1＝0.3，Q与水平面间动摩擦因数为μ2＝0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g＝10 m/s2，当水平向右的外力F＝12 N作用在Q物体上时。下列说法正确的是( )A．Q对P的摩擦力方向水平向右B．水平面对Q的摩擦力大小为2 NC．P与Q之间的摩擦力大小为4 ND．P与Q发生相对滑动
[解析]P的加速度水平向右，可知Q对P的摩擦力方向水平向右，A正确；水平面对Q的摩擦力大小为Ff地＝μ2(m＋m)g＝4 N，B错误；假设当水平向右的外力F＝12 N作用在Q物体上时，P与Q相对静止一起向右做匀加速直线运动，以P与Q为整体，根据牛顿第二定律可得F－μ2(m＋m)g＝2ma，解得a＝2 m/s2。以P为研究对象，根据牛顿第二定律可得Ff＝ma＝2×2 N＝4 N，由于Ff＝4 NF2 B.a1＝a2，F1F2。故选A。
整体法、隔离法的使用技巧
(1)不能把整体法和隔离法对立起来，而应该将两者结合起来。解题时，从具体问题的实际情况出发，灵活选取研究对象，恰当地选择使用整体法和隔离法。(2)当系统有相同的加速度时，可依据所求力的情况确定选用整体法还是隔离法。若所求的力为外力则用整体法，若所求的力为内力则用隔离法。但在具体应用时，绝大多数情况是将两种方法相结合应用：求外力时，一般先隔离后整体；求内力时，一般先整体后隔离。先隔离或先整体的目的都是求解共同的加速度。
〔变式训练1〕　(多选)(2023·福建高三模拟)某研究小组为游乐场设计一座新型安全滑梯，简化为如图所示的斜面，其中AB段和BC段用两种不同的材料制成且AB>BC。要求小孩从滑梯顶端A无初速出发后能沿斜面下滑，最多能滑到C点，整个过程中滑梯保持静止状态。某小孩从A点出发后刚好能到达C点，对于这一过程，下列正确说法的是( )
A．小孩与AB段的动摩擦因数小于与BC段的动摩擦因数B．小孩在AB段的运动时间小于在BC段的运动时间C．地面对滑梯的摩擦力方向先水平向右、后水平向左D．地面对滑梯的支持力先小于、后大于小孩和滑梯的总重力
[解析]设小孩的质量为m，由题意可知，小孩在AB段是加速下滑，在BC段是减速下滑，规定斜向下为正方向，在AB段，根据牛顿第二定律可得mgsin θ－μ1mgcs θ＝ma1，a1>0，因此μ1μ1，故A正确；小孩从静止由A点加速到B点，设在B点的速度为
整体为研究对象，小孩在AB段做匀加速运动，加速度方向沿斜面向下，加速度有向左和向下的分加速度，根据牛顿第二定律可知，地面对滑梯有向左的摩擦力，且地面对滑梯的支持力小于小孩和滑梯的总重力。当小孩在BC段做匀减速运动时，加速度方向沿斜面向上，加速度有向右和向上的分加速度，根据牛顿第二定律可知，地面对滑梯有向右的摩擦力，且地面对滑梯的支持力大于小孩和滑梯的总重力，故C错误，D正确。
1．基本思路(1)认真审题，详尽分析问题中变化的过程(包括分析整体过程中有几个阶段)。(2)寻找过程中变化的物理量。(3)探索物理量的变化规律。(4)确定临界状态，分析临界条件，找出临界关系。
(2023·陕西西安市高三月考)某同学用力拖动桌子沿水平地面匀速运动时发现，斜向上与水平方向成30°时拉力最小，已知桌子总质量为10 kg，重力加速度为g＝10 m/s2，该同学认真思考推算了一下，得出( 　　)
〔变式训练2〕　(多选)(2022·海南一模)如图所示，在光滑水平面上有一静止的质量M＝2 kg的木板，木板上静止放置一质量m＝1 kg的物体，物体与木板之间的动摩擦因数μ＝0.2，重力加速度g取10 m/s2。现用水平恒力F拉物体m，下列关于拉力F的大小及物体加速度a可能的是( )
〔变式训练3〕　如图所示，质量为M＝2 kg的光滑斜面倾角为α＝37°，斜面上用细线拴着一个质量为m＝1 kg的小球，系统静止时细线与斜面平行。现在给斜面一个水平向左的拉力F，使斜面沿光滑水平面运动(取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。求：(1)拉力F为多大时，小球与斜面间刚好无弹力？(2)当小球的加速度为a＝20 m/s2时，细线上的拉力是多大？
1.(多选)(2022·全国甲卷)如图，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
[解析]设两物块的质量均为m，撤去拉力前，两滑块均做匀速直线运动，则拉力大小为F＝2μmg，撤去拉力前对Q受力分析可知，弹簧的弹力为T0＝μmg，以向右为正方向，撤去拉力瞬间弹簧弹力不变为μmg，两滑块与地面间仍然保持相对滑动，此时滑块P的加速度为－T0－μmg＝maP1，解得aP1＝－2μg，此刻滑块Q所受的外力不变，加速度仍为零，滑块P做减速运动，故PQ间距离减小，弹簧的伸长量变小，弹簧弹力变小。根据牛顿第二定律可知P减速的加速度减小，滑块Q的合外力增大，合力向左，做加速度增大的减速运动。故P加速度大小的最大值是刚撤去拉力瞬间的加速度为2μg。Q加速度大小最大值为弹簧恢复原长
时－μmg＝maQm，解得aQm＝－μg，故滑块Q加速度大小最大值为μg，A正确，B错误；滑块PQ水平向右运动，PQ间的距离在减小，故P的位移一定小于Q的位移，C错误；滑块P在弹簧恢复到原长时的加速度为－μg＝maP2，解得aP2＝－μg。撤去拉力时，PQ的初速度相等，滑块P由开始的加速度大小为2μg做加速度减小的减速运动，最后弹簧原长时加速度大小为μg；滑块Q由开始的加速度为0做加速度增大的减速运动，最后弹簧原长时加速度大小也为μg。分析可知P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小，D正确。
2．(多选)(2023·四川高三模拟)卡车沿平直公路运输质量为m的匀质圆筒状工件，将工件置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上，倾角分别为30°和60°，重力加速度为g，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2。则( )
3．(多选)(2023·湖南高三模拟)我国高铁技术处于世界领先水平，和谐号动车组是由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车。假设动车组各车厢质量均相等，每节动车提供的动力均为F，动车组在水平直轨道上运行过程中每节车厢受到的阻力均为f。某列动车组由8节车厢组成，其中第1、3、6节车厢为动车，其余为拖车，则该动车组( )
A．启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相反B．做匀加速运动时，第5、6节车厢间的作用力为1.125FC．做匀加速运动时，第5、6节车厢间的作用力为0.125FD．做匀加速运动时，第6、7节车厢间的作用力为0.75F
4．(2022·山东卷)某粮库使用额定电压U＝380 V，内阻R＝0.25 Ω的电动机运粮。如图所示，配重和电动机连接小车的缆绳均平行于斜坡，装满粮食的小车以速度v＝2 m/s沿斜坡匀速上行，此时电流I＝40 A。关闭电动机后，小车又沿斜坡上行路程L到达卸粮点时，速度恰好为零。卸粮后，给小车一个向下的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行。已知小车质量m1＝100 kg，车上粮食质量m2＝1 200 kg，配重质量m0＝40 kg，取重力加速度g＝10 m/s2，小车运动时受到的摩擦阻力与车及车上粮食总重力成正比，比例系数为k，配重始终未接触地面，不计电动机自身机械摩擦损耗及缆绳质量。求：
(1)比例系数k值；(2)上行路程L值。
[解析](1)设电动机的牵引绳张力为T1，电动机连接小车的缆绳匀速上行，由能量守恒定律有UI＝I2R＋T1v，解得T1＝7 400 N。小车和配重一起匀速，设绳的张力为T2，对配重有T2＝m0g＝400 N，设斜面倾角为θ，对小车匀速有T1＋T2＝(m1＋m2)gsin θ＋k(m1＋m2)g，而卸粮后给小车一个向下的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行，有m1gsin θ＝m0g＋ km1g，联立各式解得sin θ＝0.5，k＝0.1。