人教版新高考物理一轮总复习--牛顿运动定律的综合应用(二)课件PPT

这是一份人教版新高考物理一轮总复习--牛顿运动定律的综合应用(二)课件PPT，共37页。PPT课件主要包含了内容索引，水平传送带模型，倾斜传送带模型，知识巩固等内容，欢迎下载使用。

第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
1.模型特点滑块(视为质点)置于长木板上,滑块和木板均相对地面运动,且滑块和木板在摩擦力的作用下发生相对滑动。2.两种位移关系滑块从木板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和木板向同一方向运动,则滑块的位移和木板的位移之差等于木板的长度;若滑块和木板向相反方向运动,则滑块的位移和木板的位移之和等于木板的长度。
追本溯源如图所示,小物块放在长木板上,小物块质量为m,长木板质量为m',小物块与长木板间的动摩擦因数为μ1,长木板与地面间的动摩擦因数为μ2,现在小物块在足够大拉力F作用下运动,长木板一定会动吗?
提示 长木板不一定会动。当μ1mg<μ2(m'+m)g时,无论F多大,长木板都不会动。
1.思考判断(1)物块放到传送带上的受力与传送带的速度无关。( )(2)物块在传送带上的运动时间与传送带长度无关。( )(3)物块在长木板上受到的摩擦力与物块和长木板的速度大小对比有关。( )
2.在民航和火车站可以看到用于对行李进行安全检查的水平传送带。当旅客把行李放到传送带上时,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速运动。随后它们保持相对静止,行李随传送带一起前进。设传送带匀速前进的速度为0.25 m/s,把质量为5 kg的木箱静止放到传送带上,由于滑动摩擦力的作用,木箱以6 m/s2的加速度前进,那么这个木箱放在传送带上后,传送带上将留下的摩擦痕迹约为( )A.5 mmB.6 mmC.7 mmD.10 mm
3.如图所示,一长木板在水平地面上运动,在某时刻(t=0)将一相对于地面静止的物块轻放到木板上,已知物块与木板的质量相等,物块与木板间及木板与地面间均有摩擦,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上。在物块放到木板上之后,木板运动的速度—时间图像可能是下列选项中的( )
解析:设在木板与物块未达到相同速度之前,木板的加速度为a1,物块与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数为μ2。对木板应用牛顿第二定律得:-μ1mg-μ2·2mg=ma1a1=-(μ1+2μ2)g设物块与木板达到相同速度之后,木板的加速度为a2,对整体有-μ2·2mg=2ma2a2=-μ2g,可见|a1|>|a2|由v-t图像的斜率表示加速度大小可知,图像A正确。
整合构建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分析。物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻。特别注意:(1)要注意物块的速度v件与传送带的速度v带的关系,包含大小与方向两个方面。物块的速度v件与传送带的速度v带的关系决定着物块受到摩擦力的大小及方向。(2)要注意物体的位移x件与传送带的长度l间的关系。这里的位移主要指的是物体做匀变速的位移。这决定着物体的运动情况。
2.倾斜传送带问题倾斜传送带问题求解的关键在于分析清楚物体与传送带的相对运动情况,从而确定其是否受到滑动摩擦力作用。当物体速度与传送带速度相等时,物体所受的摩擦力有可能发生突变。我们在分析解答有关斜面上的传送带问题上要注意动摩擦因数μ与tan θ的关系。
(1)若μtan θ,就意味着μcs θ>sin θ→μmgcs θ>mgsin θ,物体在沿斜面下滑时重力的分力将小于物体受到的摩擦力。(3)若μ=tan θ,就意味着μcs θ=sin θ→μmgcs θ=mgsin θ,物体在沿斜面下滑时重力的分力将等于物体受到的摩擦力。
考向1 水平传送带问题【典例1】 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。(1)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?(2)物体从A到B运动的时间为多少?(3)v满足什么条件时物体从A到B所用时间最短?思维点拨(1)物体从A到B做什么运动?(2)物体什么时候改变运动状态?
提示 (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。(2)当物体速度与传送带速度相同时运动状态改变。
考向2 倾斜传送带问题【典例2】 如图所示,倾角为37°,长l=16 m的传送带,转动速度v=10 m/s,在传送带顶端A处无初速度地释放一个质量m=0.5 kg的物体,已知物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:(1)传送带顺时针转动时,物体从顶端A滑到底端B的时间;(2)传送带逆时针转动时,物体从顶端A滑到底端B的时间。
思维点拨(1)当传送带顺时针转动时,物体受到的摩擦力沿斜面向上。(2) 当传送带逆时针转动时,开始滑动摩擦力向下,再根据运动分析可知传送带与物体速度相同后的摩擦力沿传送带向上。
解析:(1)传送带顺时针转动时,物体相对传送带向下运动,则物体所受滑动摩擦力沿斜面向上,相对传送带向下匀加速运动,根据牛顿第二定律有:mg(sin 37°-μcs 37°)=ma则a=gsin 37°-μgcs 37°=2 m/s2
(2)传送带逆时针转动,当物体下滑速度小于传送带转动速度时,物体相对传送带向上运动,则物体所受滑动摩擦力沿传送带向下,设物体的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得mgsin 37°+μmgcs 37°=ma1
设当物体运动速度等于传送带转动速度时经历的时间为t1,位移为x1,则有
在物体运动速度等于传送带速度的瞬间,有mgsin 37°>μmgcs 37°,则下一时刻物体相对传送带向下运动,受到传送带向上的滑动摩擦力发生突变。设当物体下滑速度大于传送带转动速度时物体的加速度为a2,则
解得:t2=1 s(t2=-11 s舍去)所以t总=t1+t2=2 s。
答案:(1)4 s　(2)2 s
方法归纳解传送带问题的思维模板
训练突破1.(2020·广东佛山模拟)传送带广泛地应用于物品的传输、分拣、分装等工作中。某煤炭企业利用如图所示的三角形传送带进行不同品质煤的分拣,传送带以6 m/s的速度逆时针匀速转动,两边的传送带长都是1 m,且与水平方向的夹角均为37°。现有两方形煤块A、B(可视为质点)从传送带顶端静止释放,煤块与传送带间的动摩擦因数均为0.5,下列说法正确的是( )A.煤块A、B在传送带上的划痕长度不相同B.煤块A、B受到的摩擦力方向都与其运动方向相反C.煤块A比煤块B后到达传送带底端D.煤块A运动至传送带底端时速度大小为2 m/s
整合构建1.模型特点:滑块(视为质点)置于木板上,滑块和木板均相对地面运动,且滑块和木板在摩擦力的相互作用下发生相对滑动。2.位移关系:滑块由木板一端运动到另一端的过程中,滑块和木板同向运动时,如图甲所示,位移之差Δx=x1-x2=l(板长);滑块和木板反向运动时,如图乙所示,位移之和Δx=x1+x2=l。
考向1 水平面上的“板—块”模型问题【典例3】 如图所示,质量m0=4 kg、长l=3 m的薄木板静置在水平地面上,质量m=1 kg的小滑块(可视为质点)以速度v0=4 m/s从木板的左端水平冲上木板,已知滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2。 (1)若木板固定,求滑块相对于木板滑行的最大距离;(2)若木板不固定,且水平地面光滑,求滑块相对木板滑行的最大距离。思维点拨当木板不固定时,若地面光滑,滑块的运动情况如何判断?
提示 若木板不固定,且地面光滑,我们可以分别分析物块与木板的运动情况,分析速度相等后的位移关系,若两者位移差大于板长,滑块滑离木板;若两者位移差小于板长,滑块不滑离木板,最后一起运动。
答案:(1)2 m (2)1.6 m
规律方法“滑块—滑板”模型问题的分析思路
思维点拨薄木板放到斜面上后,我们在分析物块与木板在沿斜面上的受力时需注意重力沿斜面方向的效果。
解析:(1)以物块和木板整体为研究对象,由牛顿第二定律得F-(m0+m)gsin α=(m0+m)a以物块为研究对象,由牛顿第二定律得Ff-mgsin α=ma又Ff≤Ffmax=μmgcs α联立解得F≤30 N。
(2)因F=37.5 N>30 N,所以物块能够滑离木板,隔离木板,由牛顿第二定律得F-μmgcs α-m0gsin α=m0a1隔离物块,由牛顿第二定律得μmgcs α-mgsin α=ma2设物块滑离木板所用时间为t
物块与木板的分离条件为Δx=x1-x2=l联立以上各式解得t=1.2 s物块滑离木板时的速度v=a2t由公式-2gsin α·x=0-v2解得x=0.9 m。
答案:(1)F≤30 N　(2)能　1.2 s　0.9 m
归纳总结滑块、木板问题的分析方法
训练突破2.(2021·山东月考)如图所示,用一辆质量m'=2×103 kg的轻型卡车运输一质量m=400 kg的平板工件,工件与车厢上表面的动摩擦因数μ=0.49,工件前端距驾驶室后端的距离l=1 m。卡车以72 km/h的速度在平直公路上行驶,行驶过程中驾驶员发现公路前方50 m处有一障碍物,经0.5 s反应时间后紧急刹车,恰好停在障碍物前。刹车过程可简化为匀变速直线运动,工件未与车厢两侧发生接触。最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2。
(1)为使工件不相对车厢发生滑动,求卡车刹车时的最大加速度。(2)求卡车刹车过程中所受阻力的大小。(3)试通过计算判断刹车过程中工件是否与驾驶室发生碰撞,若未发生碰撞,则最终工件前端距驾驶室后端的距离为多少?
解析:(1)当工件受到的摩擦力为最大静摩擦力时,工件恰好与车厢不发生相对滑动,卡车的加速度最大,由牛顿第二定律得μmg=ma最大代入数据解得a最大=4.9 m/s2。