2019高考物理一轮复习 微专题系列之热点专题突破 专题12 牛顿运动定律的应用之滑块-板块模型学案(1)
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“牛顿运动定律“是高中物理的核心内容之一,是动力学的基石,也是整个经典力学的理论基础,是历年高考的必考内容。
《考试说明》中对本章的知识能力要求几乎达到了最高地步,因此在历年的高考中,每年都要考查到本章知识,有时还会多题考查。
出题的形式多样,有选择题、填空题和计算题。
一、本章内容、考试范围及要求考点内容要求题型牛顿运动定律牛顿运动定律Ⅱ选择、计算牛顿运动定律的应用Ⅱ选择、计算超重和失重Ⅰ选择、计算实验四验证牛顿运动定律填空二、教材各节内容的重点、难点、易错点各节内容重点难点易错点牛顿第一定律惯性是物体的固有属性,质量是物体惯性大小的量度;运用惯性概念,解释有关实际问题。
理想实验的推理过程;对牛顿第一定律的理解。
力和运动关系实际应用。
实验:探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系;体会“控制变量法”对研究问题的意义。
实验方案的确立、实验数据的分析;体验实验探究过程;会对实验误差作初步分析。
实验的方法与步骤牛顿第二定律理解牛顿第二定律的内容;会用正交分解法和牛顿第二定律解决实际问题。
认识加速度与物体所受的合力之间的关系(正比性、同体性、瞬受力分析三、趋势分析及预测1. 分析总结(1)常考点其考查的重点有:准确理解牛顿第一定律,熟练掌握牛顿第二定律及其应用,尤其是物体的受力分析方法,理解牛顿第三定律,理解和掌握运动和力的关系,理解超重和失重。
本章内容的命题形式倾向于应用型、综合型和能力型,易与生产生活、军事技、工农业生产等紧密联系.还可以力、电综合题形式出现。
从方法上重点考查运用隔离法和整体法来求解加速度相等的连接体问题,运用正交分解法处理受力较复杂的问题,运用图象法处理力与运动的关系问题。
从能力角度来看,重点考查思维能力、分析和解决问题的能力。
(2)命题分析从历年高考物理试题看出,牛顿运动定律的几种命题涉及三个考点:一是对牛顿运动定律的理解,二是牛顿第二定律的应用,三是超重和失重。
三个方面考点通常又相互联系和相互渗透,既可单独命题,又可以与力学、甚至电磁学相联系,构建力电的综合考题。
高三物理一轮复习牛顿运动定律知识点总结高三物理一轮复习,应该如何快速掌握知识点,灵活运用物理公式呢?学霸1对1小编整理出高三物理一轮复习,牛顿运动定律知识点总结,希望能帮助高三生轻松应对一轮复习。
1、运用牛顿第二定律解题的基本思路(1)通过认真审题,确定研究对象.(2)采用隔离体法,正确受力分析.(3)建立坐标系,正交分解力.(4)根据牛顿第二定律列出方程.(5)统一单位,求出答案.2、解决连接体问题的基本方法是:(1)选取最佳的研究对象.选取研究对象时可采取“先整体,后隔离”或“分别隔离”等方法.一般当各部分加速度大小、方向相同时,可当作整体研究,当各部分的加速度大小、方向不相同时,要分别隔离研究.(2)对选取的研究对象进行受力分析,依据牛顿第二定律列出方程式,求出答案.3、解决临界问题的基本方法是:(1)要详细分析物理过程,根据条件变化或随着过程进行引起的受力情况和运动状态变化,找到临界状态和临界条件.(2)在某些物理过程比较复杂的情况下,用极限分析的方法可以尽快找到临界状态和临界条件.易错现象:(1)加速系统中,有些同学错误地认为用拉力F直接拉物体与用一重力为F的物体拉该物体所产生的加速度是一样的。
(2)在加速系统中,有些同学错误地认为两物体组成的系统在竖直方向上有加速度时支持力等于重力。
(3)在加速系统中,有些同学错误地认为两物体要产生相对滑动拉力必须克服它们之间的最大静摩擦力。
高中物理牛顿运动定律的应用(二)1、动力学的两类基本问题:(1)已知物体的受力情况,确定物体的运动情况.基本解题思路是:①根据受力情况,利用牛顿第二定律求出物体的加速度.②根据题意,选择恰当的运动学公式求解相关的速度、位移等.(2)已知物体的运动情况,推断或求出物体所受的未知力.基本解题思路是:①根据运动情况,利用运动学公式求出物体的加速度.②根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力,从而求出未知力.(3)注意点:①运用牛顿定律解决这类问题的关键是对物体进行受力情况分析和运动情况分析,要善于画出物体受力图和运动草图.不论是哪类问题,都应抓住力与运动的关系是通过加速度这座桥梁联系起来的这一关键.②对物体在运动过程中受力情况发生变化,要分段进行分析,每一段根据其初速度和合外力来确定其运动情况;某一个力变化后,有时会影响其他力,如弹力变化后,滑动摩擦力也随之变化.2、关于超重和失重:在平衡状态时,物体对水平支持物的压力大小等于物体的重力.当物体在竖直方向上有加速度时,物体对支持物的压力就不等于物体的重力.当物体的加速度方向向上时,物体对支持物的压力大于物体的重力,这种现象叫超重现象.当物体的加速度方向向下时,物体对支持物的压力小于物体的重力,这种现象叫失重现象.对其理解应注意以下三点:(1)当物体处于超重和失重状态时,物体的重力并没有变化.(2)物体是否处于超重状态或失重状态,不在于物体向上运动还是向下运动,即不取决于速度方向,而是取决于加速度方向. (3)当物体处于完全失重状态(a=g)时,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等.易错现象:(1)当外力发生变化时,若引起两物体间的弹力变化,则两物体间的滑动摩擦力一定发生变化,往往有些同学解题时仍误认为滑动摩擦力不变。
高考物理知识点之牛顿运动定律考试要点基本概念一、牛顿第一定律1.牛顿第一定律(惯性定律):一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
这个定律有两层含义:(1)保持匀速直线运动状态或静止状态是物体的固有属性;物体的运动不需要用力 来维持。
(2)要使物体的运动状态(即速度包括大小和方向)改变,必须施加力的作用,力是改变物体运动状态的原因。
点评:①牛顿第一定律导出了力的概念力是改变物体运动状态的原因。
(运动状态指物体的速度)又根据加速度定义:tv a ∆∆=,有速度变化就一定有加速度,所以可以说:力是使物体产生加速度的原因。
(不能说“力是产生速度的原因”、“力是维持速度的原因”,也不能说“力是改变加速度的原因”。
)②牛顿第一定律导出了惯性的概念一切物体都有保持原有运动状态的性质,这就是惯性。
惯性反映了物体运动状态改变的难易程度(惯性大的物体运动状态不容易改变)。
质量是物体惯性大小的量度。
③牛顿第一定律描述的是理想化状态牛顿第一定律描述的是物体在不受任何外力时的状态。
而不受外力的物体是不存在的。
物体不受外力和物体所受合外力为零是有区别的,所以不能把牛顿第一定律当成牛顿第二定律在F =0时的特例。
2.惯性:物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。
对于惯性理解应注意以下三点:(1)惯性是物体本身固有的属性,跟物体的运动状态无关,跟物体的受力无关,跟物体所处的地理位置无关。
(2)质量是物体惯性大小的量度,质量大则惯性大,其运动状态难以改变。
(3)外力作用于物体上能使物体的运动状态改变,但不能认为克服了物体的惯性。
二、牛顿第三定律1. 对牛顿第三定律理解应注意:(1)两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条上(2)作用力与反作用力总是成对出现.同时产生,同时变化,同时消失(3)作用力和反作用力在两个不同的物体上,各产生其效果,永远不会抵消(4)作用力和反作用力是同一性质的力(5)物体间的相互作用力既可以是接触力,也可以是“场”力定律内容可归纳为:同时、同性、异物、等值、反向、共线2.区分一对作用力反作用力和一对平衡力一对作用力反作用力和一对平衡力的共同点有:大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
突破12 牛顿运动定律的应用之滑块—木板模型一、模型概述滑块-木板模型(如图a),涉及摩擦力分析、相对运动、摩擦生热,多次互相作用,属于多物体多过程问题,知识综合性较强,对能力要求较高,另外,常见的子弹射击木板(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-木板模型类似。
二、滑块—木板类问题的解题思路与技巧:1.通过受力分析判断滑块和木板各自的运动状态(具体做什么运动);2.判断滑块与木板间是否存在相对运动。
滑块与木板存在相对运动的临界条件是什么?⑴运动学条件:若两物体速度或加速度不等,则会相对滑动。
⑵动力学条件:假设两物体间无相对滑动,先用整体法算出共同加速度,再用隔离法算出其中一个物体“所需要”的摩擦力f;比较f与最大静摩擦力f m的关系,若f > f m,则发生相对滑动;否则不会发生相对滑动。
3. 分析滑块和木板的受力情况,根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度;4. 对滑块和木板进行运动情况分析,找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系,建立方程.特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移.5. 计算滑块和木板的相对位移(即两者的位移差或位移和);6. 如果滑块和木板能达到共同速度,计算共同速度和达到共同速度所需要的时间;7. 滑块滑离木板的临界条件是什么?当木板的长度一定时,滑块可能从木板滑下,恰好滑到木板的边缘达到共同速度(相对静止)是滑块滑离木板的临界条件。
【典例1】如图所示,在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板,其上叠放一质量为m2的木块。
假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。
现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt(k是常数),木板和木块加速度的大小分别为a1和a2。
下列反映a1和a2变化的图线中正确的是(如下图所示)()【答案】 A【典例2】如图所示,A 、B 两物块的质量分别为2m 和m ,静止叠放在水平地面上。
A 、B 间的动摩擦因数为μ,B 与地面间的动摩擦因数为21μ。
最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g 。
现对A 施加一水平拉力F ,则( )A .当F <2μmg 时,A 、B 都相对地面静止B .当F =25μmg 时,A 的加速度为31μgC .当F >3μmg 时,A 相对B 滑动D .无论F 为何值,B 的加速度不会超过21μg【答案】 BCD【解析】 A 、B 间的最大静摩擦力为2μmg ,B 和地面之间的最大静摩擦力为23μmg ,对A 、B 整体,只要F >23μmg ,整体就会运动,选项A 错误;当A 对B 的摩擦力为最大静摩擦力时,A 、B 将要发生相对滑动,故A 、B 一起运动的加速度的最大值满足2μmg -23μmg =m a m a x ,B 运动的最大加速度a m a x =21μg ,选项D 正确;对A 、B 整体,有F -23μmg =3m a m a x ,则F >3μmg时两者会发生相对运动,选项C 正确;当F =25μmg 时,两者相对静止,一起滑动,加速度满足F -23μmg =3m a ,解得a =31μg ,选项B 正确。
【典例3】 如图所示,木板静止于水平地面上,在其最右端放一可视为质点的木块。
已知木块的质量m =1 kg ,木板的质量M =4 kg ,长L =2.5 m ,上表面光滑,下表面与地面之间的动摩擦因数μ=0.2。
现用水平恒力F =20 N 拉木板,g 取10 m/s 2。
(1)求木板加速度的大小;(2)要使木块能滑离木板,求水平恒力F 作用的最短时间;(3)如果其他条件不变,假设木板的上表面也粗糙,其上表面与木块之间的动摩擦因数为μ1=0.3,欲使木板能从木块的下方抽出,对木板施加的拉力应满足什么条件?(4)若木板的长度、木块质量、木板的上表面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的动摩擦因数都不变,只将水平恒力增加为30 N ,则木块滑离木板需要多长时间?【答案】 (1)2.5 m/s 2(2)1 s (3)F >25 N (4)2 s【解析】 (1)木板受到的摩擦力F f =μ(M +m )g =10 N 木板的加速度a =M F -Ff =2.5 m/s 2。
(2)设拉力F 作用时间t 后撤去,F 撤去后,木板的加速度为a ′=-M Ff =-2.5 m/s 2,可见|a ′|=a木块滑离木板时,两者的位移关系为x 木板-x 木块=L ,即21a ′木板t 2-21a ′木块t 2=L 代入数据解得:t =2 s 。
【短训跟踪】1. 如图甲所示,静止在光滑水平面上的长木板B (长木板足够长)的右端放着小物块A ,某时刻B 受到水平向右的外力F 作用,F 随时间t 的变化规律如图乙所示,即F =kt ,其中k 为已知常数.若物体之间的滑动摩擦力F f 的大小等于最大静摩擦力,且A 、B 的质量相等,则下列图中可以定性地描述物块A 的v t 图象的是( ).【答案】 B2. 如图所示,质量为m1的足够长的木板静止在光滑水平面上,其上放一质量为m2的木块.t=0时刻起,给木块施加一水平恒力F.分别用a1、a2和v1、v2表示木板、木块的加速度和速度大小,图中可能符合运动情况的是( ).【答案】 AC【解析】t=0时刻起,给木块施加一水平恒力F,两者可能一起加速运动,选项A正确;可能木块的加速度大于木板的加速度,选项C正确.3. 质量为m0 =20 kg、长为L = 5 m的木板放在水平面上,木板与水平面的动摩擦因数为μ1 =0.15。
将质量m = 10 kg 的小木块(可视为质点),以v0 = 4 m/s的速度从木板的左端被水平抛射到木板上(如图所示),小木块与木板面的动摩擦因数为μ2=0.4(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10 m/s2)。
则下列判断中正确的是( )A.木板一定静止不动,小木块不能滑出木板B.木板一定静止不动,小木块能滑出木板C.木板一定向右滑动,小木块不能滑出木板D.木板一定向右滑动,小木块能滑出木板【答案】 A【解析】木板与地面间的摩擦力为F f 1=μ1(m 0+m )g =0.15×(20+10)×10 N=45 N ,小木块与木板之间的摩擦力为F f 2=μ2mg =0.4×10×10 N=40 N ,F f 1>F f 2,所以木板一定静止不动;设小木块在木板上滑行的距离为x ,v 02=2μ2gx ,解得x =2 m <L =5 m ,所以小木块不能滑出木板,A 正确。
4. 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-时间图象可能是下列选项中的( )【答案】 A5. 如图甲,水平地面上有一静止平板车,车上放一质量为m 的物块,物块与平板车间的动摩擦因数为0.2,t =0时,车开始沿水平面做直线运动,其v -t 图象如图乙所示。
g 取10 m/s 2,平板车足够长,则物块运动的v -t 图象为( )【答案】 C【解析】 小车先做匀加速直线运动,然后做匀减速直线运动,匀加速直线运动和匀减速直线运动的加速度大小相等,a 车=4 m/s 2,根据物块与车发生相对滑动时滑动摩擦力产生的加速度大小为a 物=μg =2 m/s 2。
设小车和物块在t 时刻速度相同,有24-a 车(t -6)=a 物t ,解得t =8 s ,物块以2 m/s 2的加速度减速至零也需要8 s ,故只有选项C 正确。
6. 如图所示,长木板放置在水平面上,一小物块置于长木板的中央,长木板和物块的质量均为m ,物块与木板间的动摩擦因数为μ,木板与水平面间的动摩擦因数为3μ,已知最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g .现对物块施加一水平向右的拉力F ,则木板加速度大小a 可能是( ).A .a =μgB .a =32μgC .a =3μgD .a =2m F -3μg【答案】 CD7. 如图所示,物块A 、木板B 的质量均为m =10 kg ,不计A 的大小,B 板长L =3 m 。
开始时A 、B 均静止。
现使A 以某一水平初速度从B 的最左端开始运动。
已知A 与B 、B 与水平面之间的动摩擦因数分别为μ1=0.3和μ2=0.1,g 取10 m/s 2。
(1)若物块A 刚好没有从B 上滑下来,则A 的初速度多大?(2)若把木板B 放在光滑水平面上,让A 仍以(1)问中的初速度从B 的最左端开始运动,则A 能否与B 脱离?最终A 和B 的速度各是多大?【答案】 (1)2 m/s (2)没有脱离 m/s m/s【解析】 (1)A 在B 上向右匀减速运动,加速度大小a 1=μ1g =3 m/s 2木板B 向右匀加速运动,加速度大小a 2=m μ1mg -μ2·2mg =1 m/s 2由题意知,A 刚好没有从B 上滑下来,则A 滑到B 最右端时和B 速度相同,设为v ,得 时间关系:t =a1v0-v =a2vA 的位移x A =022a1-v′2=3 m B 的位移x B =2a2′v′2=1 m 由x A -x B =2 m 可知A 没有与B 脱离,最终A 和B 的速度相等,大小为 m/s 。
8. 如图所示,质量为M 的长木板,静止放置在粗糙水平地面上,有一个质量为m 、可视为质点的物块,以某一水平初速度从左端冲上木板。
从物块冲上木板到物块和木板达到共同速度的过程中,物块和木板的v -t 图象分别如图中的折线acd 和bcd 所示 ,a 、b 、c 、d 点的坐标为a (0,10)、b (0,0)、c (4,4)、d (12,0)。
根据v -t 图象,(g 取10 m/s 2),求:(1)物块冲上木板做匀减速直线运动的加速度大小a 1,木板开始做匀加速直线运动的加速度大小a 2,达到相同速度后一起匀减速直线运动的加速度大小a ;(2)物块质量m 与长木板质量M 之比;(3)物块相对长木板滑行的距离Δx 。
【答案】 (1)1.5 m/s 2 1 m/s 2 0.5 m/s 2(2)3∶2 (3)20 m【解析】 (1)物块冲上木板做匀减速直线运动的加速度大小为a 1=410-4 m/s 2=1.5 m/s 2(3)由v -t 图象知,物块在木板上相对滑行的距离 Δx =21×10×4 m=20 m 。