高考物理二轮复习专题一力与运动第2讲直线运动与牛顿运动定律课件（53页PPT）

(共53张PPT)
[复习目标]
1.会用多种方法灵活处理匀变速直线运动的问题。
2.掌握牛顿第二定律,会分析瞬时性问题、连接体问题,会应用牛顿运动定律解决运动的实际问题。
3.会分析运动学和动力学图像。
1.常用方法和规律
2.两种匀减速直线运动
(1)刹车问题的分析:末速度为零的匀减速直线运动问题常用逆向思维法,对于刹车问题,应先判断车停下所用的时间,再选择合适的公式求解。
(2)双向可逆类运动分析:匀减速直线运动速度减为零后反向运动,全过程加速度的大小和方向均不变,故求解时可对全过程列式,但需注意x、v、a等矢量的正负及物理意义。
A
A
考向1　瞬时问题
1.动力学两类基本问题的解题思路
2.两个重要模型
(1)轻绳(轻杆、刚性面)模型:由于轻绳(轻杆、刚性面)发生微小形变,其弹力可以突变。弹力的突变情况应根据具体情境来判断。
(2)轻弹簧(橡皮筋)模型:由于轻弹簧(橡皮筋)发生明显形变,在两端都连有物体的情况下,其弹力不能突变。
[例3]　(2025·湖南卷)如图,两带电小球的质量均为m,小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接,小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时,轻绳与竖直方向的夹角为60°,两球连线与轻绳的夹角为30°,整个系统在同一竖直平面内,重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　)
C
A.A球静止时,轻绳上拉力为2mg
B.A球静止时,A球与B球间的库仑力为2mg
C.若将轻绳剪断,则剪断瞬间A球加速度大小为g
D.若将轻绳剪断,则剪断瞬间轻杆对B球的作用力变小
考向2　连接体问题
1.连接体问题的处理方法:整体法和隔离法。
2.连接体的运动特点
(1)轻绳连接体:轻绳在伸直且无转动的状态下,两端的连接体沿绳方向的速度和加速度总是相等。
(2)轻杆连接体:轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度和加速度;轻杆转动时,连接体具有相同的角速度。
(3)轻弹簧连接体: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。
[例4]　(2025·广西南宁二模)如图所示,质量分别为m1=1 kg和m2=2 kg的两个大小完全相同的物块A、B,通过轻绳相连,并连接在装有定滑轮的小车上,不计一切摩擦。在水平推力F1的作用下物块A紧贴着小车,且小车和两个物块恰好一起向右做初速度为零的匀加速运动,若将图中两个物块的位置互换,在水平推力F2的作用下物块B紧贴着小车,使得小车和两个物块恰好一起向右做初速度为零的匀加速运动,若两次运动的时间相同,则两次小车运动的位移之比为(　　)
A.1∶1 B.2∶1
C.1∶4 D.4∶1
C
考向3　动力学中的临界问题
常见的临界问题及其发生条件
接触与脱离 接触面间弹力等于0
恰好发生滑动 摩擦力达到最大静摩擦力
绳子恰好断裂 绳子张力达到所能承受的最大值
绳子刚好绷直或松弛 绳子张力为0
ABD
解析　t=0时,有FA=5 N,FB=20 N,由于FA+FB=25 N<(mA+mB)gsin 30°=30 N,即两物体处于静止状态,A所受摩擦力方向沿斜面向上,故A正确;t=3 s时,有F'A=17 N,F'B=14 N,由于F'A+F'B=31 N<(mA+mB)gsin 30°+μ(mA+mB)gcos 30°=75 N,即两物体处于静止状态,由于F'A=17 Ngcos 30°,解得t=25 s,当A与斜面间的摩擦力达到最大静摩擦力时有5+4t'=mAgsin 30°+μmAgcos 30°,解得t'=5 s,所以5~25 s内,对A、B整体有5+4t+20-2t+FfB=(mA+mB)
gsin 30°+μmAgcos 30°,则5~25 s内B所受摩擦力先向上减小后反向增大,故C错误,D正确。
考向4　动力学中的传送带问题
[例6]　某工厂为实现自动传送工件设计了如图所示的传送装置,它由一个水平传送带AB和倾斜传送带CD组成,水平传送带长度LAB=4 m,倾斜传送带长度LCD=4.45 m,倾角为θ=37°,AB和CD通过一段极短的光滑圆弧板过渡,AB传送带以v1=5 m/s的恒定速率顺时针运转,CD传送带静止。已知工件与传送带间的动摩擦因数均为μ=0.5,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6。现将一个工件(可看作质点)无初速度地放在水平传送带最左端A点处。求:
(1)工件从A点第一次被传送到CD传送带沿传送带上升的最大高度和所用的总时间;
(2)要使工件恰好被传送到CD传送带最上端,CD传送带沿顺时针方向运转的速度v2的大小(v2答案　(1)0.75 m　1.8 s　(2)4 m/s
解答动力学中的传送带问题的注意点
(1)分析物块相对传送带运动或运动趋势的方向,进而判断摩擦力方向。
(2)μ与tan θ的关系决定了物块与传送带能否保持相对静止。
(3)v物=v传时,摩擦力会发生突变,物块位移与传送带的长度关系是判断有无第二阶段运动的关键。　
1.三种运动学图像的比较
v-t图像 x-t图像 a-t图像
与坐标轴所围面积 表示这段时间内的位移 无实际物理意义 表示这段时间内速度的变化量
斜率 表示质点运动的加速度 表示质点运动的速度 表示加速度变化的快慢
两图像交点 表示此时速度相等,往往是距离最大或最小的临界点 表示相遇 表示此时加速度相等
2.动力学图像的题型及解题思路
题型 解题思路
由运动学图像分析受力情况 (1)根据运动学图像,求解加速度
(2)应用牛顿第二定律,建立加速度与力的关系
(3)确定物体受力情况及相关物理量
由受力图像分析运动情况 (1)根据受力图像,结合牛顿第二定律确定加速度
(2)根据加速度和初速度的方向,判断是加速运动还是减速运动
(3)由加速度结合初始运动状态,分析物体运动情况
由已知条件确定物理量的变化图像 (1)分析运动过程中物体的受力
(2)根据牛顿第二定律推导出加速度表达式
(3)根据加速度的变化确定物理量的变化图像
[例7]　(2025·海南卷)如图所示是某汽车通过ETC过程的v-t图像,下面说法正确的是(　　)
A.0~t1内,汽车做匀减速直线运动
B.t1~t2内,汽车静止
C.0~t1和t2~t3内,汽车加速度方向相同
D.0~t1和t2~t3内,汽车速度方向相反
A
解析　v-t图像的斜率表示加速度,0~t1时间内加速度为负且恒定,速度为正,加速度方向与速度方向相反,故0~t1内,汽车做匀减速直线运动,故A正确;t1~t2内,汽车做匀速直线运动,故B错误;0~t1内加速度为负,t2~t3内加速度为正,故0~t1和t2~t3内,汽车加速度方向相反,故C错误;0~t1和t2~t3内,汽车速度方向相同,均为正,故D错误。
[例8]　(多选)(2025·黑吉辽蒙卷)如图(a),倾角为θ的足够长斜面放置在粗糙水平面上。质量相等的小物块甲、乙同时以初速度v0沿斜面下滑,甲、乙与斜面的动摩擦因数分别为μ1、μ2,整个过程中斜面相对地面静止。甲和乙的位置x与时间t的关系曲线如图(b)所示,两条曲线均为抛物线,乙的x t曲线在t=t0时切线斜率为0,则(　　)
AD
A.μ1+μ2=2tan θ
B.t=t0时,甲的速度大小为3v0
C.t=t0之前,地面对斜面的摩擦力方向向左
D.t=t0之后,地面对斜面的摩擦力方向向左
[基础巩固练]
1.如图所示的是无人机正在喷洒农药的场景,则无人机(含箱内农药)(　　)
A.悬停时重力与浮力平衡
B.向下运动时处于失重状态
C.喷洒过程中惯性不变
D.沿曲线轨迹运动时的加速度一定不为零
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解析　无人机受到重力和空气升力,悬停时重力与升力平衡,故A错误;如果向下加速运动时,则处于失重状态;如果向下减速运动,则处于超重状态,故B错误;喷洒过程中药水的质量减小,则喷洒过程中惯性减小,故C错误;沿曲线轨迹运动时处于非平衡状态,则加速度一定不为零,故D正确。
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3.(2025·安徽卷)如图,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为1.0 kg,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,则在乙下落的过程中(　　)
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A.甲对木箱的摩擦力方向向左
B.地面对木箱的支持力逐渐增大
C.甲运动的加速度大小为2.5 m/s2
D.乙受到绳子的拉力大小为5.0 N
解析　甲相对木箱向右运动,则甲受到木箱的摩擦力方向向左,由牛顿第三定律可知,甲对木箱的摩擦力方向向右,A错误;对甲,由牛顿第二定律有FT-μmg=ma,对乙,由牛顿第二定律有mg-FT=ma,联立解得甲运动的加速度大小a=2.5 m/s2,绳子拉力大小FT=7.5 N,C正确,D错误;对甲、乙和木箱整体受力分析,竖直方向上有FN=M总g-ma,可知地面对木箱支持力FN不变,B错误。
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4.(2025·陕晋青宁卷)某智能物流系统中,质量为20 kg的分拣机器人沿水平直线轨道运动,受到的合力沿轨道方向,合力F随时间t的变化如图所示,则下列图像可能正确的是(　　)
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解析　由牛顿第二定律结合题图可知,0~1 s时间内和2~3 s时间内机器人的加速度大小相等、方向相反,又v-t图像的斜率表示加速度可知,0~1 s时间内和2~3 s时间内机器人v-t图像斜率互为相反数,A可能正确。
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[能力提升练]
5.(2025·山东卷)工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板,向坡底运送长方体建筑材料。如图所示,坡面与水平面夹角为θ,交线为PN,坡面内QN与PN垂直,挡板平面与坡面的交线为MN,∠MNQ=θ。若建筑材料与坡面、挡板间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g,则建筑材料沿MN向下匀加速滑行的加速度大小为(　　)
A.gsin2 θ-μgcos θ-μgsin θcos θ
B.gsin θcos θ-μgcos θ-μgsin2 θ
C.gsin θcos θ-μgcos θ-μgsin θcos θ
D.gcos2 θ-μgcos θ-μgsin2 θ
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解析　对建筑材料受力分析如图所示,由图甲可知,河堤对建筑材料的支持力FN=mg
cos θ,由图乙可知,挡板对建筑材料的支持力F'N=mgsin2 θ,所以对建筑材料由牛顿第二定律有mgsin θcos θ-μFN-μF'N=ma,解得建筑材料的加速度大小a=gsin θcos θ-μgcos θ-μgsin2 θ,B正确。
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6.(2025·山东枣庄二模)冬季滑雪已成为人们喜爱的运动项目。运动员沿直雪道由静止开始匀加速下滑,加速度为a,滑雪板的长度为L,其B端到达P点所用的时间为t,则滑雪板的A、B端通过P点的时间差是(　　)
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7.(2025·广东广州模拟)如图甲所示,安检机在工作时,通过水平传送带将被检物品从安检机一端传送到另一端,其过程可简化为如图乙所示,传送带长为L=2.1 m,被检物品与传送带间的动摩擦因数μ=0.3。假设传送带速度可以调节,当传送带速度调为4 m/s,被检物品无初速度放到A端传送到B端的过程中,下列说法正确的是(g取10 m/s2,被检物品可视为质点)(　　)
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A.物品先做匀加速运动后做匀速运动
B.物品从A端到B端所用的时间为1.5 s
C.物品先受到滑动摩擦力后受到静摩擦力
D.若减小传送带速度,物品传送时间可能不变
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8.(2025·湖南卷)如图,物块以某一初速度滑上足够长的固定光滑斜面,物块的水平位移、竖直位移、水平速度、竖直速度分别用x、y、vx、vy表示。物块向上运动过程中,下列图像可能正确的是(　　)
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10.(2025·广东汕头一模)如图所示,一足够长的薄木板B静止在水平地面上,某时刻一小物块A(可视为质点)以v0=6 m/s的初速度滑上木板B。已知A的质量m=1 kg,B的质量M=2 kg,A、B之间的动摩擦因数μ1=0.5,B与水平地面间的动摩擦因数μ2=0.1,g取10 m/s2,不计空气阻力。求:
(1)A刚滑上木板B时A和B的加速度;
(2)A在B上相对滑动的最大距离。
答案　(1)5 m/s2,方向向左　1 m/s2,方向向右　(2)3 m
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[拓展培优练]
11.(2025·河南信阳模拟)彩虹滑道作为一种旱地滑雪设备,因其多彩绚丽的外形、危险性低且符合新时代环保理念吸引了越来越多的游客。小孩坐在皮艇中被拉上滑道的过程可简化成图示模型。已知皮艇质量M=5 kg,小孩质量m=30 kg,皮艇与滑道之间的动摩擦因数μ1=0.1,小孩与皮艇之间的动摩擦因数μ2=0.8,现给皮艇一沿滑道斜向上的恒力F,用时t=50 s将皮艇和小孩拉至顶端,滑道长度L=250 m,重力加速度大小g取10 m/s2,滑道倾角θ=37°,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:
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(1)小孩所受摩擦力的大小和方向;
(2)拉力F的大小;
(3)只给小孩一个沿滑道斜向上的恒定拉力F',求能将他们拉至顶端且不会相对滑动的F'取值范围。
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(2)对皮艇和小孩构成的整体,由牛顿第二定律有
F-(M+m)gsin θ-μ1(M+m)gcos θ=(M+m)a
代入数据得拉力的大小为F=245 N。
(3)给小孩一个沿滑道斜向上的恒定拉力F',能将他们拉至顶端的最小拉力
F'min=(M+m)gsin θ+μ1(M+m)gcos θ=238 N
若小孩和皮艇恰好相对滑动,则皮艇和小孩之间的静摩擦力达到最大静摩擦力μ2mgcos θ,对整体,由牛顿第二定律有
F'max-(M+m)gsin θ-μ1(M+m)gcos θ=(M+m)a'
对皮艇,由牛顿第二定律有
μ2mgcos θ-μ1(M+m)gcos θ-Mgsin θ=Ma'
联立代入数据得F'max=1 176 N
故238 N≤F'≤1 176 N。