2022-2023年高考物理二轮复习 第2讲力与直线运动 课件

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1.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
解析:在位移—时间图像中,斜率表示速度,在t1时刻,乙的斜率大于甲的斜率,乙的速度大于甲的速度,A错误;在位移—时间图像中,位移就是两时刻的坐标差,0~t1时间内,甲和乙的坐标差相等,B正确;斜率始终为正数,表明速度始终沿着正方向做直线运动,位移等于路程,甲和乙的路程相等,C错误;甲的斜率不变,甲做匀速运动,D错误。
命题考点匀变速直线运动的图像。能力要求本题考查对位移图像的物理意义的理解,只要抓住纵坐标表示物体的位置,纵坐标的变化量等于物体的位移,斜率等于速度,就能分析两物体的运动情况。
2.(多选)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,动车的额定功率都相同,动车组在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比。某列动车组由8节车厢组成,其中第1、5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节与第6、7节车厢间的作用力之比为3∶2C.进站时从关闭发动机到停下来滑行的距离与关闭发动机时的速度成正比D.与改为4节动车带4节拖车的动车组最大速度之比为 1∶2
解析:设每节车厢质量为m,由题意可知,动车组所受阻力Ff=k·8mg,k为比例系数。启动时,乘客随车一起向前做加速运动,水平方向由F=m人a知乘客所受到车厢作用力的方向与车运动方向相同,竖直方向受到重力和支持力,则乘客受到车厢作用力应沿前进方向斜向上,选项A错误;做匀加速运动时,设总动力为F,则F-k·8mg=8ma,设第5、6节车厢之间的作用力为F1 ,以“6、7、8”三节车厢为研究对象,得
确;进站时从关闭发动机到停下来,水平方向上只受阻力,a'=kg,由0-v2=-2·a'·x知,滑行距离与速度的二次方成正比,选项C错误;2节动车,2P=k·8mg·vm1,4节动车,4P=k·8mg·vm2,解得vm1∶vm2=1∶2,故选项D正确。
命题考点牛顿运动定律、功率、动能定理。能力要求能应用整体法与隔离法分析连接体问题,恰当选取研究对象分析动力学与能量问题。
3.(多选)如图甲所示,物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4 s时撤去外力。细绳对物块的拉力F'随时间t变化的关系如图乙所示,木板的速度v与时间t的关系如图丙所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取10 m/s2。由题给数据可以得出(　　)
A.木板的质量为1 kgB.2~4 s内,力F的大小为0.4 NC.0~2 s内,力F的大小保持不变D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
答案:AB　解析:对物块受力分析可知,细绳对物块的拉力F'等于木板与物块间的摩擦力。由题图乙可知,滑动摩擦力Ff=0.2 N,设木板质量为m木,
m木=1 kg,A正确。对木板:2~4 s内,F-Ff=m木a1,a1=0.2 m/s2,求得F=0.4 N,B正确。对木板:0~2 s,拉力F与静摩擦力Ff静平衡,F=Ff静=kt,C错误。物块质量未知,无法求正压力,无法求动摩擦因数μ,D错误。
命题考点牛顿运动定律的综合应用。能力要求关键是弄清楚物体的运动过程和受力情况,利用牛顿第二定律或运动学的计算公式求解加速度,再根据题目要求进行解答。
4.我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后,拉开了全面试验试飞的新征程。假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动,当位移x=1.6×103 m时才能达到起飞所要求的速度v=80 m/s。已知飞机质量m=7.0×104 kg,滑跑时受到的阻力为自身重力的 ,重力加速度g取10 m/s2。求飞机滑跑过程中:(1)加速度a的大小;(2)牵引力的平均功率P。
答案:(1)2 m/s2　(2)8.4×106 W解析:(1)飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动,有v2=2ax①代入数据解得a=2 m/s2。②(2)设飞机滑跑受到的阻力为F阻,依题意有F阻=0.1mg③设发动机的牵引力为F,根据牛顿第二定律有F-F阻=ma④
联立②③④⑤⑥式得P=8.4×106 W。⑦
命题考点牛顿运动定律,匀变速直线运动。能力要求分析运动过程与受力情况,根据运动规律与牛顿运动定律分析。
匀变速直线运动规律的应用考查方向常以选择题或计算题的形式考查。突破方略1.牢记解决匀变速直线运动问题的五种常用方法
逆向思维法→匀减速直线运动可视为反方向的匀加速直线运动比例法→适用于初速度为0或末速度为0的匀变速直线运动
2.处理刹车类问题的思路先判断刹车时间,再进行分析计算。
模型构建【例1】某高速公路同一直线车道上同向匀速行驶的轿车和货车,其速度大小分别为v1=30 m/s、v2=20 m/s,轿车与前方货车间距离x0=12 m时轿车司机才发现货车,若此时轿车立即刹车,则轿车要经过x=112.5 m的匀减速直线运动才能停下来。两车均可视为质点,忽略轿车司机的反应时间。(1)若轿车刹车时货车以速度v2匀速行驶,通过计算分析两车是否会相撞;(2)若轿车在刹车的同时给货车发信号,货车司机经t0=1 s收到信号并立即以大小a0=2 m/s2的加速度匀加速行驶,通过计算分析两车是否会相撞。
分析推理(1)匀减速直线运动追匀速直线运动,速度相等时若未相撞,以后还会相撞吗?(2)货车司机在反应时间内做什么运动?
(1)提示:不会。(2)提示:仍以原来速度做匀速直线运动。
答案:(1)会相撞　(2)不会相撞解析:(1)轿车经过x=112.5 m才能停下来,
可得轿车刹车过程的加速度大小a1=4 m/s2恰好不相撞时两车速度相等,即v1-a1t=v2
货车前进的距离x2=v2t=50 m因为x1>x2+x0,所以两车相撞。
(2)设经历时间t'两车的速度相等则v1-a1t'=v2+a0(t'-t0)此过程中轿车前进的距离
解得x1'=52 m,x2'=41 m因x1'-x2'=11 m12 N时,A相对于B运动,反之则相对静止,故D错误。
传送带问题考查方向常以选择题或计算题考查牛顿运动定律的应用——传送带问题。突破方略1.传送带问题的实质是相对运动问题,这样的相对运动将直接影响摩擦力的方向。因此,搞清楚物体与传送带间的相对运动方向是解决该问题的关键。2.传送带问题还常常涉及临界问题,即物体与传送带速度相同时,会出现摩擦力改变的临界状态,具体如何改变要根据具体情况判断。
模型构建【例4】(多选)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。则从工件被轻轻放在传送带的左端开始,到与挡杆第二次碰撞前的运动过程中,工件运动的v-t图像可能是(　　)
解析:工件与弹性挡杆发生碰撞后,其速度的方向发生改变,应取负值,故A、B错误;工件与弹性挡杆发生碰撞前的加速过程中和工件与弹性挡杆碰撞后的减速过程中所受滑动摩擦力不变,所以两过程中加速度不变,故C、D正确。
迁移训练4.(多选)如图甲所示,倾角为37°足够长的传送带以恒定速率转动,将一质量m=1 kg的小物体以某一初速度放在传送带上,物体相对地面的速度大小随时间变化的关系如图乙所示,取沿传送带向上为正方向,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则下列说法正确的是(　　)
A.传送带逆时针转动,速度大小为4 m/sB.物体与传送带间的动摩擦因数为0.75C.0~8 s内物体位移的大小为14 mD.0~8 s内物体与传送带之间因摩擦而产生的热量为126 J
解析:由题图乙可知,小物体先沿负方向做减速运动,后沿正方向做加速运动,最后沿正方向匀速运动,故传送带速度方向沿斜面向上,最终物体和传送带的速度相同,传送带速度大小为4 m/s,A错误;根据v-t图像的斜率表示加速度可得,物体相对传送带滑动时的加速
“滑块—木板”问题考查方向常以选择题或计算题考查牛顿运动定律的应用。突破方略1.分析:“滑块—木板”模型时要抓住一个转折和两个关联(1)一个转折——滑块与木板达到相同速度或者滑块从木板上滑下是受力和运动状态变化的转折点。(2)两个关联——转折前、后受力情况之间的关联和滑块、木板位移的板长之间的关联。(3)两物体发生相对运动的临界条件——加速度相同且两物体间的摩擦力为最大静摩擦力,分析此临界条件前后物体的运动状态是解题的关键。
2.分析多过程问题的基本方法应当将复杂的运动过程分解为几个子过程,就每个子过程进行求解,关键是分析每一个子过程的特征(包括受力和运动)并且要寻找各子过程之间的联系。
模型构建【例5】如图甲所示,质量为m'=0.5 kg的木板静止在光滑水平面上,质量为m=1 kg的物块以初速度v0=4 m/s滑上木板的左端,物块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.2,在物块滑上木板的同时,给木板施加一个水平向右的恒力F。当恒力F取某一值时,物块在木板上相对于木板滑动的路程为s,给木板施加不同大小的恒力F,得到 -F的关系如图乙所示,其中AB与横轴平行,且AB段的纵坐标为1 m-1。将物块视为质点,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10 m/s2。
(1)若恒力F=0,则物块会从木板的右端滑下,求物块在木板上滑行的时间t是多少?(2)图乙中BC为直线段,求该段B点的横坐标和C点的纵坐标。(3)图乙中BC为直线段,求该段恒力F的取值范围及 -F函数关系式。
分析推理(1)当F较小时,物块将从木板哪端滑下?(2)当F较大时物块可以与长木板相对静止吗?
(1)提示:右端。(2)提示:可以。
解析:(1)以初速度v0为正方向,物块的加速度大小为
当t=1 s时,滑块的速度为2 m/s,木板的速度为4 m/s,而当物块从木板右端滑离时,滑块的速度不可能小于木板的速度,t=1 s应舍弃,故所求时间为t= s。
(2)①当F较小时,物块将从木板右端滑下,当F增大到某一值时物块恰好到达木板的右端,且两者具有共同速度v,历时t1,
由题图乙知,相对路程s≤1 m代入解得F≥1 N。
②当F继续增大时,物块减速、木板加速,两者在木板上某一位置具有共同速度;当两者共速后能保持相对静止(静摩擦力作用),一起以相同加速度a做匀加速运动,
由于静摩擦力存在最大值,所以Ff≤Ffmax=μmg=2 N,联立解得F≤3 N综上所述,BC段恒力F的取值范围是1 N≤F≤3 N,
(3)根据(2)的分析可得:BC段恒力F的取值范围是1 N≤F≤3 N,
迁移训练5.如图甲所示,质量m'=2 kg、长l=1 m的木板静止在粗糙的水平地面上,在木板的左端放置一质量m=1 kg、大小可以忽略的铁块。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g取10 m/s2)
(1)若在铁块上施加一随时间增大的水平力F=kt(k是常数),通过摩擦力传感器描绘出铁块受到木板的摩擦力Ff随时间t变化的图像如图乙所示。求木板与地面间的动摩擦因数μ1和木板与铁块间的动摩擦因数μ2。(2)若在铁块上施加恒力F,使铁块从木板上滑落,求F的大小范围。(3)若在铁块上施加向右的恒力F=8 N,求铁块运动到木板右端所用的时间。
答案:(1)μ1=0.1　μ2=0.5　(2)F>6 N　(3)1 s解析:(1)由题图乙可知,0~1 s内,木板与铁块均没有滑动,F1=F=kt;1~3 s,木板和铁块相对静止,但整体相对地面运动,故t=1 s时,恰好有Ff1=μ1(m+m')g=3 N。求得木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.13 s后,木板和铁块相对滑动,铁块受到滑动摩擦力,有μ2mg=5 N求得木板与铁块间的动摩擦因数为μ2=0.5。