3.2 牛顿运动定律的综合应用(讲)--高考物理一轮复习讲练测(全国通用)
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【网络构建】
专题3.2 牛顿运动定律的综合应用
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考点一 超重和失重
1.超重
(1)定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)大于物体所受重力的情况称为超重现象.
(2)产生条件:物体具有向上的加速度.
2.失重
(1)定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)小于物体所受重力的情况称为失重现象.
(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(或对悬挂物的拉力)为零的情况称为完全失重现象.
(2)产生条件:物体的加速度a=g,方向竖直向下.
4.判断超重和失重的方法
考点二 动力学中的连接体问题
1.连接体的类型
(1)轻绳连接体
(2)接触连接体
(3)弹簧连接体
2.连接体的运动特点
轻绳——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——轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度;轻杆转动时,连接体具有相同的角速度,而线速度与转动半径成正比.
轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度不一定相等;在弹簧形变量最大时,两端连接体的速率相等.
3.解决方法
(1)分析方法:整体法和隔离法.
(2)选用整体法和隔离法的策略
①当各物体的运动状态相同时,宜选用整体法;当各物体的运动状态不同时,宜选用隔离法.
②对较复杂的问题,通常需要多次选取研究对象,交替应用整体法与隔离法才能求解.
考点三 临界极值问题
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,表明题述的过程存在临界点.
(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“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态.
(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.几种临界状态和其对应的临界条件
考点四 传送带模型
eq \a\vs4\al(水平传送带)
eq \a\vs4\al(倾斜传送带问题)
考点五 滑块—木板模型
1.模型特征
滑块——滑板模型(如图a),涉及摩擦力分析、相对运动、摩擦生热,多次相互作用,属于多物体、多过程问题,知识综合性较强,对能力要求较高,故频现于高考试卷中.另外,常见的子弹射击滑板(如图b)、圆环在直杆中滑动(如图c)都属于滑块类问题,处理方法与滑块——滑板模型类似.
2.两种类型
3.分析“板块”模型时要抓住一个转折和两个关联
高频考点一 超重和失重
例1、电梯的顶部挂一个弹簧秤,秤下端挂了一个重物,电梯匀速直线运动时,弹簧秤的示数为10 N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为6 N, 关于电梯的运动(如图所示),以下说法正确的是(g取10 m/s2( )
电梯可能向上加速运动,加速度大小为4 m/s2 B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为4 m/s2
C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为4 m/s2 D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为4 m/s2
【变式训练】为了让乘客乘车更为舒适,某探究小组设计了一种新的交通工具,乘客的座椅能随着坡度的变化而自动
调整,使座椅始终保持水平,如图所示.当此车减速上坡时,则乘客(仅考虑乘客与水平面之间的作用)( )
A.处于超重状态 B.不受摩擦力的作用
C.受到向后(水平向左)的摩擦力作用 D.所受合力方向竖直向上
高频考点二 动力学中的连接体问题
eq \a\vs4\al(轻绳连接体问题)
例2、如图所示,粗糙水平面上放置B、C两物体,A叠放在C上,A、B、C的质量分别为m、2m和3m,物体B、C与水平面间的动摩擦因数相同,其间用一不可伸长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为FT.现用水平拉力F拉物体B,使三个物体以同一加速度向右运动,则( )
A.此过程中物体C受五个力作用 B.当F逐渐增大到FT时,轻绳刚好被拉断
C.当F逐渐增大到1.5FT时,轻绳刚好被拉断
D.若水平面光滑,则绳刚断时,A、C间的摩擦力为eq \f(FT,6)
【变式训练】如图所示,质量分别为mA、mB的A、B两物块用轻线连接,放在倾角为θ的斜面上,用始
终平行于斜面向上的拉力F拉A,使它们沿斜面匀加速上升,A、B与斜面间的动摩擦因数均为μ.为了增加
轻线上的张力,可行的办法是 ( )
A.减小A物块的质量 B.增大B物块的质量
C.增大倾角θ D.增大动摩擦因数μ
eq \a\vs4\al(接触连接体问题)
例3、在一东西向的水平直铁轨上,停放着一列已用挂钩连接好的车厢.当机
车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时,连接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为
F;当机车在西边拉着车厢以大小为eq \f(2,3)a的加速度向西行驶时,P和Q间的拉力大小仍为F.不计车厢与铁轨
间的摩擦,每节车厢质量相同,则这列车厢的节数可能为( )
A.8 B.10 C.15 D.18
【变式训练】如图所示,在倾角为θ的固定斜面上有两个靠在一起的物体A、B,两物体与斜面间的动摩擦因数μ相同,用平行于斜面的恒力F向上推物体A使两物体沿斜面向上做匀加速运动,且B对A的压力平行于斜面,则下列说法中正确的是 ( )
A.只减小A的质量,B对A的压力大小不变
B.只减小B的质量,B对A的压力大小会增大
C.只减小斜面间的倾角,B对A的压力大小不变
D.只减小两物体与斜面间的动摩擦因数μ,B对A的压力会增大
eq \a\vs4\al(弹簧连接体问题)
例4、如图所示,光滑水平面上,质量分别为m、M的木块A、B在水平恒力F作用下一起以加速度a向右做匀加速运动,木块间的轻质弹簧劲度系数为k,原长为L0,则此时木块A、B间的距离为 ( )
A.L0+eq \f(Ma,k) B.L0+eq \f(ma,k)
C.L0+eq \f(MF,k(M+m)) D.L0+eq \f(F-ma,k)
【变式训练】物体A、B放在光滑水平面上并用轻质弹簧做成的弹簧秤
相连,如图所示,今对物体A、B分别施以方向相反的水平力F1、F2,且F1大于F2,则弹簧秤的示数( )
A.一定等于F1-F2 B.一定大于F2小于F1
C.一定等于F1+F2 D.条件不足,无法确定
高频考点三 临界极值问题
例5、如图所示,质量m=2 kg的小球用细绳拴在倾角θ=37°的光滑斜面上,此时,细绳平行于斜面.G
取10 m/s2.下列说法正确的是 ( )
A.当斜面以5 m/s2的加速度向右加速运动时,绳子拉力为20 N
B.当斜面以5 m/s2的加速度向右加速运动时,绳子拉力为30 N
C.当斜面以20 m/s2的加速度向右加速运动时,绳子拉力为40 N
D.当斜面以20 m/s2的加速度向右加速运动时,绳子拉力为60 N
【变式训练】如图所示,水平地面上有一车厢,车厢内固定的平台通过相同的弹簧把
相同的物块A、B压在竖直侧壁和水平的顶板上,已知A、B与接触面间的动摩擦因数均为μ,车厢静止时,
两弹簧长度相同,A恰好不下滑,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.现使车厢沿水平方向加速
运动,为保证A、B仍相对车厢静止,则( )
A.速度可能向左,加速度可大于(1+μ)g B.加速度一定向右,不能超过(1-μ)g
C.加速度一定向左,不能超过μg D.加速度一定向左,不能超过(1-μ)g
高频考点四 传送带模型
eq \a\vs4\al(水平传送带)
例6、如图所示,水平传送带A、B两端相距s=3.5 m,工件与传送带间的动摩擦因数μ=0.1.工件滑上A端瞬时速度vA=4 m/s,到达B端的瞬时速度设为vB,则(g取10 m/s2)( )
A.若传送带不动,则vB=3 m/s
B.若传送带以速度v=4 m/s逆时针匀速转动,vB=3 m/s
C.若传送带以速度v=2 m/s顺时针匀速转动,vB=3 m/s
D.若传递带以速度v=2 m/s顺时针匀速转动,vB=2 m/s
【变式训练】如图所示,水平长传送带始终以v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μ,AB长为L,L足够长.问:
(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v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所用时间最短?
eq \a\vs4\al(倾斜传送带问题)
例7、如图所示,倾斜的传送带顺时针匀速转动,一物块从传送带上端A滑上传送带,滑上时速率为v1,传送带的速率为v2,且v2>v1,不计空气阻力,动摩擦因数一定,关于物块离开传送带的速率v和位置,下面可能的是( )
A.从下端B离开,v>v1 B.从下端B离开,v
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