2024届高考物理一轮复习（新教材鲁科版）第三章运动和力的关系专题强化四牛顿第二定律的综合应用课件

这是一份2024届高考物理一轮复习（新教材鲁科版）第三章运动和力的关系专题强化四牛顿第二定律的综合应用课件，共60页。PPT课件主要包含了动力学中的连接体问题，加速度相同，考向1共速连接体，动力学图像问题，课时精练，基础落实练，能力综合练，素养提升练，答案2ms2，答案05等内容，欢迎下载使用。

题型一　动力学中的连接体问题
题型二　动力学中的临界和极值问题
题型三　动力学图像问题
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、弹簧等联系)在一起构成的物体系统称为连接体.连接体一般(含弹簧的系统，系统稳定时)具有相同的运动情况(速度、加速度).
2.常见的连接体(1)物物叠放连接体：两物体通过弹力、摩擦力作用，具有相同的速度和加速度
(2)轻绳连接体：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.
速度、加速度大小相等，方向不同
(3)轻杆连接体：轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度.
(4)弹簧连接体：在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度、加速度不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速度、加速度相等.
3.整体法与隔离法在连接体中的应用
例1　如图所示，水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，中间用一条轻绳连接，两木块的材料相同，现用力F向右拉木块2，当两木块一起向右做匀加速直线运动时，已知重力加速度为g，下列说法正确的是A.若水平面是光滑的，则m2越大绳的拉力越大B.若木块和地面间的动摩擦因数为μ，则绳的拉力为 ＋μm1gC.绳的拉力大小与水平面是否粗糙无关D.绳的拉力大小与水平面是否粗糙有关
若设木块和地面间的动摩擦因数为μ，以两木块整体为研究对象，根据牛顿第二定律有F－μ(m1＋m2)g＝(m1＋m2)a，得a＝，以木块1为研究对象，
例2　(多选)如图所示，质量分别为mA、mB的A、B两物块紧靠在一起放在倾角为θ的固定斜面上，两物块与斜面间的动摩擦因数相同，用始终平行于斜面向上的恒力F推A，使它们沿斜面向上匀加速运动，为了增大A、B间的压力，可行的办法是A.增大推力F B.减小倾角θC.减小B的质量 D.减小A的质量
设物块与斜面间的动摩擦因数为μ，对A、B整体受力分析，有F－(mA＋mB)gsin θ－μ(mA＋mB)gcs θ＝(mA＋mB)a，对B受力分析，有FAB－mBgsin θ－μmBgcs θ＝mBa，
为了增大A、B间的压力，即FAB增大，仅增大推力F、仅减小A的质量或仅增大B的质量，故A、D正确，B、C错误.
例3　(2023·山东省师范大学附中高三月考)如图所示，足够长的倾角θ＝37°的光滑斜面体固定在水平地面上，一根轻绳跨过定滑轮，一端与质量为m1＝1 kg的物块A连接，另一端与质量为m2＝3 kg的物块B连接，绳与斜面保持平行.开始时，用手按住A，使B悬于空中，释放后，在B落地之前，下列说法正确的是(所有摩擦均忽略不计，不计空气阻力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2)A.绳的拉力大小为30 NB.绳的拉力大小为6 NC.物块B的加速度大小为6 m/s2D.如果将物块B换成一个竖直向下且大小为30 N的力，对物块A的运动没有影响
考向2　关联速度连接体
对B分析，由牛顿第二定律得m2g－T＝m2a，对A、B整体分析，由牛顿第二定律得m2g－m1gsin θ＝(m1＋m2)a，联立解得a＝6 m/s2，T＝12 N，故A、B错误，C正确；
如果将物块B换成一个竖直向下且大小为30 N的力，对A由牛顿第二定律得F－m1gsin θ＝m1a′，解得a′＝24 m/s2，前后加速度不一样，对物块A的运动有影响，故D错误.
动力学中的临界和极值问题
考向1　相对滑动的临界问题
例4　(多选)如图甲所示，物块A、B静止叠放在水平地面上，B受到从零开始逐渐增大的水平拉力F的作用，A、B间的摩擦力f1、B与地面间的摩擦力f2随水平拉力F变化的情况如图乙所示.已知物块A的质量m＝3 kg，取g＝10 m/s2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是A.两物块间的动摩擦因数为0.2B.当0＜F＜4 N时，A、B保持静止C.当4 N＜F＜12 N时，A、B发生相对滑动D.当F＞12 N时，A的加速度随F的增大而增大
根据题图乙可知，发生相对滑动时，A、B间的滑动摩擦力为6 N，所以A、B之间的动摩擦因数μ＝＝0.2，选项A正确；
当0＜F＜4 N时，根据题图乙可知，f2还未达到B与地面间的最大静摩擦力，此时A、B保持静止，选项B正确；当4 N＜F＜12 N时，根据题图乙可知，此时A、B间的摩擦力还未达到最大静摩擦力，所以没有发生相对滑动，选项C错误；当F＞12 N时，根据题图乙可知，此时A、B发生相对滑动，对A物块有a＝ ＝2 m/s2，加速度不变，选项D错误.
例5　如图所示，一块质量m＝2 kg的木块放置在质量M＝6 kg、倾角θ＝37°的粗糙斜面体上，木块与斜面体间的动摩擦因数μ＝0.8，二者静止在光滑水平面上.现对斜面体施加一个水平向左的作用力F，若要保证木块和斜面体不发生相对滑动，求F的大小范围.(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)
答案　0≤F≤310 N
若要保证木块和斜面体不发生相对滑动，则两物体以相同的加速度向左做匀加速直线运动，由于μ＞tan θ，故当F＝0时，木块静止在斜面体上，即F的最小值为0；根据题意可知，当木块相对斜面体恰不
向上滑动时，F有最大值Fm，设此时两物体运动的加速度大小为a，两物体之间的摩擦力大小为f，斜面体对木块的支持力为N.对整体和木块分别进行受力分析，如图甲、乙
对整体受力分析有Fm＝(m＋M)a，对木块受力分析有f＝μN，水平方向fcs θ＋Nsin θ＝ma，竖直方向Ncs θ＝mg＋fsin θ，联立以上各式代入数据解得Fm＝310 N，故F的大小范围为0≤F≤310 N.
考向2　恰好脱离的动力学临界问题
例6　(2023·福建省福州第一中学检测)如图所示，质量M＝2 kg的水平托盘B与一竖直放置的轻弹簧焊接，托盘上放一质量m＝1 kg的小物块A，整个装置静止.现对小物块A施加一个竖直向上的变力F，使其从静止开始以大小为a＝2 m/s2的加速度做匀加速直线运动，已知弹簧的劲度系数k＝600 N/m，g＝10 m/s2.求：(1)变力F的最大值；答案　12 N
对A受力分析，由牛顿第二定律有F＋NBA－mg＝ma，解得F＝m(a＋g)－NBA，则当A、B间的弹力为零时，即A、B脱离瞬间变力F最大，最大值为Fm＝m(a＋g)＝12 N
(2)小物块A与托盘B分离瞬间的速度大小.答案　0.2 m/s
1.常见的临界条件(1)两物体脱离的临界条件：N＝0.(2)相对滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值.(3)绳子断裂或松弛的临界条件：绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力；绳子松弛的临界条件是T＝0.
2.解题基本思路(1)认真审题，详细分析问题中变化的过程(包括分析整个过程中有几个阶段)；(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.
3.解题方法(1)极限法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的.(2)假设法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题.(3)数学法：将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出临界条件.
考向3　动力学中的极值问题
例7　如图甲所示，木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变，当θ＝30°时，可视为质点的一小物块恰好能沿着木板匀速下滑.如图乙，若让该小物块从木板的底端每次均以大小相等的初速度v0＝10 m/s沿木板向上运动，随着θ的改变，小物块沿木板向上滑行的距离s将发生变化，重力加速度g取10 m/s2.
(1)求小物块与木板间的动摩擦因数；
当θ＝30°时，小物块恰好能沿着木板匀速下滑，则mgsin 30°＝f，f＝μmgcs 30°，联立解得μ＝ .
(2)当θ角满足什么条件时，小物块沿木板向上滑行的距离最小，并求出此最小值.
当θ变化时，设沿斜面向上为正方向，物块的加速度为a，则－mgsin θ－μmgcs θ＝ma，
当α＋θ＝90°，即θ＝60°时s最小，
1.常见图像(1)v－t图像：根据图像的斜率判断加速度的大小和方向，再根据牛顿第二定律求解.(2)a－t图像：注意加速度的正负，正确分析每一段的运动情况，然后结合物体的受力情况应用牛顿第二定律列方程求解.(3)F－t图像：结合物体受到的力，由牛顿第二定律求出加速度，分析每一段的运动情况.(4)F－a图像：首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推导出两个量间的函数关系式，根据函数关系式结合图像，明确图像的斜率、截距或面积的意义，从而由图像给出的信息求出未知量.
2.解题策略(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点.(2)注意图线中的一些特殊点：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等.(3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情景结合起来，应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式” “图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断.
例8　(2023·云南省玉溪师范学院附属中学高三检测)如图甲所示，一轻质弹簧的下端固定在水平面上，上端放置一物体(物体与弹簧不拴接)，初始时物体处于静止状态，现用竖直向上的拉力F作用在物体上，使物体开始向上做匀加速运动，拉力F与物体位移s的关系如图乙所示(g＝10 m/s2)，则正确的结论是A.物体与弹簧分离时，弹簧处于压缩状态B.弹簧的劲度系数为7.5 N/cmC.物体的质量为3 kgD.物体的加速度大小为5 m/s2
物体与弹簧分离时，二者没有相互作用力，所以弹簧处于原长，A错误；物体与弹簧一起向上匀加速时，根据牛顿第二定律得F＋k(s0－s)－mg＝ma，则F＝kx＋mg＋ma－kx0，可知题图乙中图线斜率表示劲度系数，可得k＝5 N/cm，B错误；根据牛顿第二定律有10 N＝ma,30 N－mg＝ma，联立解得m＝2 kg，a＝5 m/s2，C错误，D正确.
例9　(多选)(2021·全国乙卷·21)水平地面上有一质量为m1的长木板，木板的左边上有一质量为m2的物块，如图(a)所示.用水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间t的变化关系如图(b)所示，其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小.木板的加速度a1随时间t的变化关系如图(c)所示.已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1，物块与木板间的动摩擦因数为μ2，假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g.则
由题图(c)可知，t1时刻物块、木板一起刚要在水平地面滑动，物块与木板相对静止，此时以整体为研究对象有F1＝μ1(m1＋m2)g，故A错误；由题图(c)可知，t2时刻物块与木板刚要发生相对滑动，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律，有F2－μ1(m1＋m2)g＝(m1＋m2)a，
以木板为研究对象，根据牛顿第二定律，有μ2m2g－μ1(m1＋m2)g＝m1a>0，
由题图(c)可知，0～t2时间段物块与木板相对静止，所以有相同的加速度，故D正确.
1.(多选)(2023·河北唐山市高三检测)光滑水平面上放有相互接触但不粘连的两个物体A、B，物体A质量m1＝1 kg，物体B质量m2＝2 kg.如图所示，作用在两物体A、B上的力随时间变化的规律分别为FA＝3＋2t(N)、FB＝8－3t(N).下列说法正确的是A.t＝0时，物体A的加速度大小为3 m/s2B.t＝1 s时，物体B的加速度大小为2.5 m/s2C.t＝1 s时，两物体A、B恰好分离D.t＝ s时，两物体A、B恰好分离
t＝0时，FA0＝3 N，FB0＝8 N，设A和B的共同加速度大小为a，根据牛顿第二定律有FA0＋FB0＝(m1＋m2)a，代入数据解得a＝ m/s2，A错误；
2.(2021·全国甲卷·14)如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，上部架在横杆上.横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角θ可变.将小物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角θ的大小有关.若由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间t将A.逐渐增大 B.逐渐减小C.先增大后减小 D.先减小后增大
设PQ的水平距离为L，由运动学公式可知
可知θ＝45°时，t 有最小值，故当θ从由30°逐渐增大至60°时，物块的下滑时间t先减小后增大，故选D.
3.如图所示，质量为M、中间为半球形的光滑凹槽放置于光滑水平地面上，光滑凹槽内有一质量为m的小铁球，现用一水平向右的推力F推动凹槽，小铁球与光滑凹槽相对静止时，凹槽圆心和小铁球圆心的连线与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g，则下列说法正确的是A.小铁球受到的合外力方向水平向左B.凹槽对小铁球的支持力大小为C.凹槽与小铁球组成的系统的加速度大小a＝gtan αD.推力大小F＝Mgtan α
根据小铁球与光滑凹槽相对静止可知，系统有向右的加速度且大小为a＝gtan α，小铁球受到的合外力方向水平向右，凹槽对小铁球的支持力大小为 ，推力F＝(M＋m)gtan α，选项A、B、D错误，C正确.
4.(多选)如图，倾角为θ的斜面体固定在水平地面上，现有一带支架的滑块正沿斜面加速下滑.支架上用细线悬挂质量为m的小球，当小球与滑块相对静止后，细线方向与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g，则A.若α＝θ，小球受到的拉力大小为mgcs θB.若α＝θ，滑块的加速度大小为gtan θC.若α>θ，则斜面粗糙D.若α＝θ，则斜面光滑
若α＝θ，则小球受到的拉力大小为mgcs θ，A正确；若α＝θ，则斜面与细线垂直，小球所受合力大小F合＝mgsin θ＝ma，则有a＝gsin θ，B错误；
以小球和滑块整体为研究对象，若α＝θ，沿斜面方向根据牛顿第二定律可得Mgsin θ－f＝Ma，解得f＝0，即斜面光滑，D正确；若斜面粗糙，则整体的加速度减小，则小球所受合力减小，所以α＜θ，C错误.
5.(多选)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间的动摩擦因数为μ1＝0.3，Q与水平面间的动摩擦因数为μ2＝0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取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
当水平向右的外力F＝12 N作用在Q物体上时，假设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f＝ma＝2×2 N＝4 N，由于f＝4 N<μ1mg＝6 N，说明假设成立，C正确，D错误；P的加速度方向水平向右，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f地＝μ2(m＋m)g＝4 N，B错误.
6.(多选)(2023·河南许昌市高三月考)如图所示，置于粗糙水平面上的物块A和B用轻质弹簧连接，在水平恒力F的作用下，A、B以相同的加速度向右运动.A、B的质量关系为mA>mB，它们与地面间的动摩擦因数相等.为使弹簧稳定时的伸长量增大，下列操作可行的是A.仅增大B的质量B.仅将A、B的位置对调C.仅增大水平面的粗糙程度D.仅增大水平恒力F
弹簧稳定时的伸长量取决于弹簧的弹力T，设物块与地面间的动摩擦因数为μ，以整体为研究对象，
则弹簧弹力的大小与水平面的粗糙程度无关，若增大弹簧弹力，可仅增大B的质量，也可仅将A、B位置对调，也可仅增大水平恒力F，故A、B、D正确，C错误.
7.(多选)(2023·福建省上杭县第一中学质检)如图所示，一辆货车载着许多相同的圆柱形空油桶在高速公路上匀速行驶.由于雾霾影响，该驾驶员的能见度为s.已知每只空油桶质量为m，重力加速度为g，不计油桶之间的摩擦力.则下列说法中正确的是
A.货车匀速行驶时，桶c受到桶a给它的支持力大小为B.为防止紧急刹车时桶c脱离桶a砸向前方的驾驶室，刹车时加速度不能　超过C.货车刹车时加速度变大，若a、b、c保持相对静止，则桶c受到桶b给它　的支持力也变大D.为确保安全行驶，货车匀速行驶的速度不能超过
货车匀速行驶时，对桶c受力分析如图甲所示，
为防止紧急刹车时桶c脱离a砸向前方的驾驶室，设刹车时的最大加速度为am，此时a对c刚好无支持力，c的受力分析如图乙所示，
8.(多选)物块B放在光滑的水平桌面上，其上放置物块A，物块A、C通过细绳相连，细绳跨过定滑轮，如图所示，物块A、B、C质量均为m，现释放物块C，A和B一起以相同加速度加速运动，不计细绳与滑轮之间的摩擦力，重力加速度大小为g，A、B未与滑轮相撞，C未落地，则细绳中的拉力大小及A、B间的摩擦力大小分别为
9.(多选)如图甲所示，用一水平力F拉着一个静止在倾角为θ的光滑固定斜面上的物体，逐渐增大F，物体做变加速运动，其加速度a随外力F变化的图像如图乙所示，重力加速度取g＝10 m/s2，根据图乙中所提供的信息可以计算出A.物体的质量B.斜面倾角的正弦值C.加速度为6 m/s2时物体的速度D.物体能静止在斜面上所施加的最小外力
由于外力F为变力，物体做非匀变速运动，故利用高中物理知识无法求出加速度为6 m/s2时物体的速度，故C错误；物体能静止在斜面上所施加的最小外力为Fmin＝mgsin θ＝12 N，故D正确.
10.(多选)如图甲所示，足够长的木板B静置于光滑水平面上，其上放置小滑块A，滑块A受到随时间t变化的水平拉力F作用时，用传感器测出滑块A的加速度a，得到如图乙所示的a－F图像，A、B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2，则A.滑块A的质量为4 kgB.木板B的质量为2 kgC.当F＝10 N时滑块A加速度为6 m/s2D.滑块A与木板B间的动摩擦因数为0.2
设滑块A的质量为m，木板B的质量为M，滑块A与木板B间的动摩擦因数为μ.由题图乙可知，当F＝Fm＝6 N时，滑块A与木板B达到最大共同加速度为am＝2 m/s2，根据牛顿第二定律有Fm＝(M＋m)am，解得M＋m＝3 kg；
当F＞6 N时，A与B将发生相对滑动，对A单独应用牛顿第二定律有F－μmg＝ma，整理得a＝ －μg；根据题图乙解得m＝1 kg，μ＝0.4，则M＝2 kg，A、D错误，B正确.当F＝10 N时，滑块A的加速度为aA＝ ＝6 m/s2，C正确.
11.(多选)(2019·全国卷Ⅲ·20)如图(a)，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(b)所示，木板的速度v与时间t的关系如图(c)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
由题图(c)可知木板在0～2 s内处于静止状态，再结合题图(b)中细绳对物块的拉力f在0～2 s内逐渐增大，可知物块受到木板的摩擦力逐渐增大，故可以判断木板受到的水平外力F也逐渐增大，选项C错误；
由题图(c)可知木板在2～4 s内做匀加速运动，其加速度大小为a1＝ m/s2＝0.2 m/s2，对木板进行受力分析，由牛顿第二定律可得F－Ff＝ma1，在4～5 s内做匀减速运动，其加速度大小为a2＝ m/s2＝0.2 m/s2，由牛顿第二定律得Ff＝ma2，另外由于物块静止不动，同时结合题图(b)可知物块与木板之间的滑动摩擦力Ff＝0.2 N，解得m＝1 kg、F＝0.4 N，选项A、B正确；
由于不知道物块的质量，所以不能求出物块与木板之间的动摩擦因数，选项D错误.
12.一个质量m＝0.5 kg的小物块(可看为质点)，以v0＝2 m/s的初速度在平行斜面向上的拉力F＝6 N作用下沿斜面向上做匀加速运动，经t＝2 s的时间物块由A点运动到B点，A、B之间的距离L＝8 m，已知斜面倾角θ＝37°，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.求：
(1)物块加速度a的大小；
(2)物块与斜面之间的动摩擦因数μ；
根据牛顿第二定律有F－mgsin θ－μmgcs θ＝ma，代入数据解得μ＝0.5.
(3)若拉力F的大小和方向可调节，如图所示，为保持原加速度不变，F的最小值是多少.