2021高考物理二轮复习第2讲力与物体的直线运动课件

这是一份2021高考物理二轮复习第2讲力与物体的直线运动课件，共50页。PPT课件主要包含了-2-，知识脉络梳理，规律方法导引，-3-，-4-，-5-，命题热点一，命题热点二，命题热点三，-6-等内容，欢迎下载使用。

1.知识规律(1)匀变速直线运动规律公式的三性。①条件性:公式的适用条件是物体必须做匀变速直线运动。②矢量性:公式都是矢量式。③可逆性:由于物体运动条件的不同,解题时可进行逆向转换。(2)运动图像六要素。①轴;②线;③斜率;④截距;⑤交点;⑥面积。(3)牛顿第二定律的“四性”。①矢量性:公式F=ma是矢量式,F与a方向相同。②瞬时性:力与加速度同时产生,同时变化。③同体性:F=ma中,F、m、a对应同一物体。④独立性:分力产生的加速度相互独立,与其他加速度无关。
2.思想方法(1)物理思想:逆向思维思想、极限思想、分解思想。(2)物理方法:比例法、图像法、推论法、整体法与隔离法。
连接体的求解方法常涉及两个或多个物体的受力和运动情况的考查。例1质量为m0、长为 l的杆水平放置,杆两端A、B系着长为3l的不可伸长且光滑的柔软轻绳,绳上套着一质量为m的小铁环。已知重力加速度为g,不计空气影响。若杆与环保持相对静止,在空中沿AB方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于A端的正下方,如图所示。(1)求此状态下杆的加速度大小a。(2)为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何?
解析:(1)对小铁环受力分析如图甲,有FTsin θ=ma①FT'+FTcs θ-mg=0②由环套在绳上知FT'=FT,又由图知θ=60°,
(2)如图乙,设外力F与水平方向成α角,将杆和小铁环当成一个整体,有Fcs α=(m0+m)a④Fsin α-(m0+m)g=0⑤由③④⑤式解得
规律方法1.整体法与隔离法的优点和使用条件(1)当连接体中各物体具有共同的加速度时,一般采用整体法;当系统内各物体的加速度不同时,一般采用隔离法。(2)求连接体内各物体间的相互作用力时必须用隔离法。2.两物体分离或相对滑动的条件(1)叠加体类连接体:两物体间刚要发生相对滑动时物体间的静摩擦力达到最大值,题目中一般给定条件——最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(2)靠在一起的连接体:分离时相互作用力为零,但此时两物体的加速度仍相同。(3)通过滑轮连接的两个物体:加速度大小相同。轻绳的拉力不等于悬挂物体的重力。
拓展训练1将一轻弹簧下端固定在倾角为θ=30°的光滑固定斜面底端,上端拴接着质量为mA=1 kg的物块A,弹簧的劲度系数k=50 N/m。质量为mB=2 kg的物块B用绕过光滑定滑轮的轻绳与质量为mC=2 kg的物块C相连,用手托住物块C使轻绳拉直且恰好无拉力,此时物块B紧靠着物块A静止于斜面上。g取10 m/s2,现在释放物块C,求:(1)释放瞬间物块C的加速度大小;(2)物块A、B分离时C下落的距离。
答案:(1)4 m/s2　(2)0.15 m解析:(1)开始时弹簧的压缩量为x0,由平衡条件得(mA+mB)gsin θ=kx0①释放物块C时,A、B、C将一起做加速直线运动,设此时轻绳的拉力大小为FT,对物块C由牛顿第二定律可得mCg-FT=mCa②对A、B整体由牛顿第二定律可得FT+kx0-(mA+mB)gsin θ=(mA+mB)a③联立①②③式并代入数据求得a=4 m/s2。
(2)当物块A、B分离时,A、B之间的弹力为零,设此时弹簧的压缩量为x1,此时A、B的加速度为a',对A由牛顿第二定律可得kx1-mAgsin θ=mAa'④对B、C整体由牛顿第二定律得mCg-mBgsin θ=(mC+mB)a'⑤物块C下落的距离h=x0-x1⑥联立①④⑤⑥式解得h=0.15 m。
匀变速直线运动的规律、图像及应用常结合牛顿运动定律、图像来考查物体做匀变速直线运动公式的应用。例2(多选)一汽车在高速公路上以v0=30 m/s的速度匀速行驶,t=0时刻,驾驶员采取某种措施,汽车运动的加速度随时间变化关系如图所示,以初速度方向为正,下列说法正确的是(　　)A.t=6 s时车速为5 m/sB.t=3 s时车速为0C.前9 s内的平均速度为15 m/sD.前6 s内车的位移为90 m
解析:0~3 s,汽车做匀减速直线运动,3 s末的速度v3=v0+a1t1=(30-10×3) m/s=0,B正确;3~9 s,汽车做匀加速直线运动,t=6 s时速度v6
例3一长木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小物块;在木板右方有一墙壁,木板右端与墙壁的距离为4.5 m,如图甲所示。t=0时刻开始,小物块与木板一起以共同速度向右运动,直至t=1 s时木板与墙壁碰撞(碰撞时间极短)。碰撞前后木板速度大小不变,方向相反;运动过程中小物块始终未离开木板。已知碰撞后1 s时间内小物块的v-t图线如图乙所示。木板的质量是小物块质量的15倍,重力加速度大小g取10 m/s2。求:
(1)木板与地面间的动摩擦因数μ1及小物块与木板间的动摩擦因数μ2;(2)木板的最小长度;(3)木板右端离墙壁的最终距离。思维导引
答案:(1)0.1　0.4　(2)6.0 m　(3)6.5 m解析:(1)规定向右为正方向。木板与墙壁相碰前,小物块和木板一起向右做匀变速运动,设加速度为a1,小物块和木板的质量分别为m和m0。由牛顿第二定律得-μ1(m+m0)g=(m+m0)a1①由题图可知,木板与墙壁碰前瞬间的速度v1=4 m/s,由运动学公式得v1=v0+a1t1②
式中,t1=1 s,x0=4.5 m是木板碰前的位移,v0是小物块和木板开始运动时的速度。联立①②③式和题给条件得μ1=0.1④
在木板与墙壁碰撞后,木板以-v1的初速度向左做匀变速运动,小物块以v1的初速度向右做匀变速运动。设小物块的加速度为a2,由牛顿第二定律得-μ2mg=ma2⑤
式中,t2=2 s,v2=0,联立⑤⑥式得μ2=0.4。⑦
(2)设碰撞后木板的加速度为a3,经过时间Δt,木板和小物块刚好具有共同速度v3。由牛顿第二定律及运动学公式得μ2mg+μ1(m0+m)g=m0a3⑧v3=-v1+a3Δt⑨
因为运动过程中小物块没有脱离木板,所以木板的最小长度应为6.0 m。
(3)在小物块和木板具有共同速度后,二者向左做匀变速运动直至停止,设加速度为a4,此过程中小物块和木板运动的位移为x3。由牛顿第二定律及运动学公式得
木板右端离墙壁的最终距离为6.5 m。
规律方法1.匀变速直线运动的规律及推论
2.运动图像的四个特别提醒(1)x-t图像和v-t图像描述的都是直线运动,而不是曲线运动。(2)x-t图像和v-t图像不表示物体运动的轨迹。(3)x-t图像中两图线的交点表示两物体相遇,而v-t图像中两图线的交点表示两物体速度相等。(4)v-t图像中,图线与坐标轴围成的面积表示位移;而x-t图像中,图线与坐标轴围成的面积则无实际意义。
拓展训练2(2019·湖南常德石门一中测试)研究表明,一般人的刹车反应时间(即图甲中“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。减速过程中汽车速度v与位移x的关系曲线如图乙所示。此过程可视为匀变速直线运动。重力加速度的大小g取10 m/s2。求:
(1)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;(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。
解析:(1)设减速过程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x=25 m,由运动学公式得
联立两式,代入数据得a=8 m/s2,t=2.5 s。
(2)设志愿者反应时间为t',反应时间的增量为Δt,由运动学公式得l=v0t'+xΔt=t'-t0联立两式,代入数据得Δt=0.3 s。(3)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
牛顿运动定律与运动学的综合应用常考查利用牛顿运动定律和运动学公式解决两个及多个物体的运动情况。例4如图所示,在水平地面上有一木板A,木板A长 l=6 m,质量为m0=8 kg,在水平地面上向右做直线运动。某时刻木板A的速度v0=6 m/s,在此时刻对木板A施加一个方向水平向左的恒力F=32 N,与此同时,将一个质量为m=2 kg的小物块B轻放在木板A上的P点(小物块可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为0),P点到木板A右端的距离为1 m。木板A与地面间的动摩擦因数为μ=0.16,小物块B与木板A间有压力,木板A与小物块B之间光滑不存在相互的摩擦力,A、B是各自独立的物体,不计空气阻力,g取10 m/s2。求:
(1)小物块B从轻放到木板A上开始,经多长时间木板A与小物块B速度相同;(2)小物块B从轻放到木板A上开始至离开木板A的过程,恒力F对木板A所做的功及小物块B离开木板A时木板A的速度。思维导引
答案:(1)1 s　(2)32 J　4 m/s解析:(1)由于小物块B与木板A间无摩擦,则小物块B离开木板A前始终对地静止,木板A在恒力F和摩擦力的共同作用下先向右匀减速运动后向左匀加速运动,当木板A向右速度减为0时二者同速,设此过程用时t1,研究木板A向右匀减速运动的过程,对木板A应用牛顿第二定律得F+μ(m0+m)g=m0a1解得a1=6 m/s2
则小物块B还在木板A上,此时二者同速。
(2)小物块B从轻放到木板A上开始至离开木板A的过程位移为1 m,恒力F对木板A所做的功W=32 N×1 m=32 J。研究木板A向左的匀加速过程,对木板A应用牛顿第二定律得F-μ(m0+m)g=m0a2解得a2=2 m/s2木板A向左匀加速的位移x2=x1+1 m=4 m
规律方法1.做好“两个分析”(1)正确选择研究对象进行恰当的受力分析,防止漏力和添力。(2)会对物体的运动过程进行多角度分析,明确物体的运动性质。2.抓住“一个桥梁”加速度是联系物体运动和受力的桥梁,该量的正确求解往往是解决问题的关键。
拓展训练3如图所示,皮带传动装置与水平面夹角为30°,两轮轴心相距l=2 m,A、B分别是传送带与两轮的切点,传送带不打滑。现传送带沿顺时针方向以v=2.5 m/s的速度匀速转动,将一小物块轻轻
(1)求小物块运动至B点的时间。(2)若传送带速度可以任意调节,当小物块在A点以v0=3 m/s的速度沿传送带向上运动时,求小物块到达B点的速度范围。
答案:(1)1.3 s　(2)2 m/s≤vB≤8 m/s解析:(1)由题意知,μ>tan 30°,刚开始小物块沿传送带向上做匀加速直线运动,设加速度为a1,根据牛顿第二定律得μmgcs 30°-mgsin 30°=ma1解得a1=2.5 m/s2设小物块速度等于2.5 m/s时,小物块的位移为l1,用时为t1,则
因l1故小物块从A到B所用时间为t=t1+t2=1.3 s。
(2)由于传送带速度可以任意调节,所以小物块从A到B一直做匀加速直线运动时,到达B点的速度最大。由运动学公式可知
解得vB=8 m/s小物块从A到B一直做匀减速直线运动时,到达B点的速度最小,由牛顿第二定律得mgsin 30°+μmgcs 30°=ma2解得a2=12.5 m/s2由运动学公式可知
解得vB'=2 m/s即小物块到达B点的速度范围为2 m/s≤vB≤8 m/s。　
1.(2019·江苏无锡一模)如图所示,水平传送带匀速运动,在传送带的右侧固定一弹性挡杆。在t=0时刻,将工件轻轻放在传送带的左端,当工件运动到弹性挡杆所在的位置时与挡杆发生碰撞,已知碰撞时间极短,不计碰撞过程的能量损失。则从工件开始运动到与挡杆第二次碰撞前的过程中,下列工件运动的v-t图像,可能正确的是(　　)
2.如图所示,质量分别为m和2m的两个小球置于光滑水平面上,且固定在一轻质弹簧的两端,已知弹簧的原长为l,劲度系数为k。现沿弹簧轴线方向在质量为2m的小球上有一水平拉力F,使两球一起做匀加速运动,则此时两球间的距离为(　　)
3.(2019·浙江4月)甲、乙两物体零时刻开始从同一地点向同一方向做直线运动,位移—时间图像如图所示,则在0~t1时间内(　　)A.甲的速度总比乙大B.甲、乙位移相同C.甲经过的路程比乙小D.甲、乙均做加速运动
4.(多选)(2019·广东深圳调研)高铁已成为重要的“中国名片”。一辆由8节车厢编组的列车,从车头开始的第2、3、6和7共四节为动力车厢,其余为非动力车厢。列车在平直轨道上匀加速启动时,若每节动力车厢牵引力大小为F,每节车厢质量都为m,每节车厢所受阻力为车厢重力的k倍。重力加速度为g。则(　　)A.启动时车厢对乘客作用力的方向竖直向上
5.(2019·江苏天一中学模拟)如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验。砝码和纸板的质量分别为m1和m2,各接触面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g。(1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力的大小。(2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力的大小。(3)本实验中,m1=0.5 kg,m2=0.1 kg,μ=0.2,砝码与纸板左端的距离d=0.1 m,g取10 m/s2。若砝码移动的距离超过l=0.002 m,人眼就能感知。为确保实验成功,纸板所需的拉力至少多大?
答案:(1)μ(2m1+m2)g　(2)F>2μ(m1+m2)g　(3)22.4 N解析:(1)砝码和桌面对纸板的摩擦力分别为Ff1=μm1g　①,Ff2=μ(m1+m2)g　②纸板所受摩擦力的大小Ff=Ff1+Ff2=μ(2m1+m2)g。③(2)设砝码的加速度为a1,纸板的加速度为a2,则有Ff1=m1a1④,F-Ff=m2a2　⑤发生相对运动需要a2>a1代入数据解得F>2μ(m1+m2)g。
(3)为确保实验成功,即砝码移动的距离不超过l=0.002 m,纸板抽出
6.如图甲所示,光滑平台右侧与一长为l=2.5 m的水平木板相接,木板固定在地面上,现有一小滑块以v0=5 m/s的初速度滑上木板,恰好滑到木板右端停止。现将木板右端抬高,使木板与水平地面的夹角θ=37°,如图乙所示,让滑块以相同的初速度滑上木板,不计滑块滑上木板时的能量损失,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:(1)滑块与木板之间的动摩擦因数μ;(2)滑块从滑上倾斜木板到滑回木板底端所用的时间t。
解析:(1)设滑块质量为m,木板水平时滑块加速度为a,则对滑块有μmg=ma①滑块恰好到木板右端停止
(2)当木板倾斜时,设滑块上滑时的加速度为a1,最大距离为x,上滑的时间为t1,有μmgcs θ+mgsin θ=ma1④
0=v0-a1t1⑥由④⑤⑥式,解得t1=0.5 s⑦设滑块下滑时的加速度为a2,下滑的时间为t2,有mgsin θ-μmgcs θ=ma2⑧
【典例示范】 如图所示,水平地面上一个质量为m0=4.0 kg、长度l=2.0 m的木板,在F=8.0 N的水平拉力作用下,以v0=2.0 m/s的速度向右做匀速直线运动。某时刻将质量为m=1.0 kg的物块(物块可视为质点)轻放在木板最右端,若物块与木板间的动摩擦因数和木板与地面间的动摩擦因数相等,求将物块放在木板上后,经过多长时间木板停止运动。(g取10 m/s2)
分析推理:1.受水平拉力F和地面对它的摩擦力的作用,F=μm0g。2.为0。
以题说法解决该类问题的主要步骤:
针对训练 (2019·宁夏银川一中模拟)传送带以恒定速率v=4 m/s顺时针运行,传送带与水平面的夹角θ=37°。现将质量m=2 kg的小物品轻放在其底端(小物品可看成质点),平台上的人通过一根轻绳用恒力F=20 N拉小物品,经过一段时间物品被拉到离地高H=1.8 m的平台上,如图所示。已知物品与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2,已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。(1)物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是多少?(2)若在物品与传送带达到同速瞬间撤去恒力F,则物品还需多长时间离开皮带?
解析:(1)物品在达到与传送带速度v=4 m/s相等前,有F+μmgcs 37°-mgsin 37°=ma1解得a1=8 m/s2由v=a1t1得t1=0.5 s
总时间为t=t1+t2=1 s即物品从传送带底端运动到平台上所用的时间是1 s。