高考物理状元谋略 二 牛顿定律的综合题型及应对方案

“讲忠诚、严纪律、立政德”三者相互贯通、相互联系。忠诚是共产党人的底色，纪律是不能触碰的底线，政德是必须修炼的素养。永葆底色、不碰底线牛顿定律的综合题型及应对方案力与直线运动的关系是动力学的主要问题之一，主要包括匀变速直线运动的规律、牛顿运动定律等。在不同情境中的应用题型比较多且综合，如板块模型、超重失重模型、传送带模型、匀变速直线运动的有关公式、图象，以及追及相遇问题、牛顿第二定律的基本应用、两类动力学问题等。一、热点解读 应用牛顿运动定律解题是整个高中物理学习的最基本的能力要求之一,在高考中对合成法、正交分解法、隔离法、整体法、极限分析法和假设法的应用考查,历来成为高考命题的热点.本部分内容的另一个热点问题是“传送带模型问题.”“传送带类问题”是以真实物理现象为依据的问题,它既能训练学生的科学思维,又能联系科学、生产和生活实际,因而这种类型题具有生命力,当然也是高考命题专家所关注的问题.由于“传送带类问题”在高考考纲范围内属于涉及力、运动、能量等比较综合的一种常见的模型,所以是历年来高考试题考查的热点.学生对这类问题做答的得分率低.二、解牛顿运动定律题的几种方法1.合成法合成法是根据物体受到的力,用平行四边形定则求出合力,再根据要求进行计算的方法.这种方法一般适用于物体只受两个力作用的情况.1）如图所示,动力小车上有一竖杆,杆顶端用细绳拴一质量为m的小球.当小车沿倾角为30的斜面匀加速向上运动时,绳与杆的夹角为60,小车的加速度为 ( )A B. C. D. 2）. 一倾角为的斜面上放一木块,木块上固定一支架,支架末端用细绳悬挂一小球,木块在斜面上下滑时,小球与滑块相对静止共同运动,当细线(1)沿竖直方向;(2)与斜面方向垂直;(3)沿水平方向,求上述3种情况下滑块下滑的加速度(如图所示).2.正交分解法 当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,通常采用正交分解法解题.为减少矢量的分解,建立坐标系时,确定x轴的正方向常有以下两种选择. (1)分解力而不分解加速度 分解力而不分解加速度,通常以加速度a的方向为x轴的正方向,建立直角坐标系,将物体所受的各个力分解在x轴和y轴上,分别求得x轴和y轴上的合力Fx和Fy.根据力的独立作用原理,各个方向上的力分别产生各自的加速度,得Fx=ma,F y=0.(2)分解加速度而不分解力 物体受几个互相垂直的力的作用,应用牛顿运动定律求解时,若分解的力太多,则比较繁琐,所以在建立直角坐标系时,可根据物体的受力情况,使尽可能多的力位于两坐标轴上而分解加速度a,得ax和ay,根据牛顿第二定律得Fx=max,Fy=may,再求解.这种方法一般是在以某个力的方向为x轴正方向时,其他的力都落在或大多数落在两个坐标轴上而不需要再分解的情况下应用.例题1如图,小车在水平面上以加速度向左做匀加速直线运动,车厢内用、两根细绳系住一个质量为的物体,与竖直方向的夹角为,是水平的；求、两绳的拉力1和2的大小. 例题2如图,倾角为 的光滑斜面固定在水平地面上,质量为的物块叠放在物体上,物体的上表面水平；当随 一起沿斜面下滑时,、 保持相对静止，求对的支持力和摩擦力。3.整体法和分隔法 如果系统是由几个物体组成,它们有相同的加速度,在求它们之间的作用力时,往往是先用整体法求它们的共同加速度,再用分隔法求它们之间的作用力.1)如图所示，在光滑水平面上有一辆小车A，质量mA=2.0kg，小车上放一个物体B，其质量为m B1.0 kg.如图甲所示，给B一个水平推力F，当F增大到稍大于3.0 N时，A、B开始相对滑动如果撤去F，对A施加一水平推力F，如图乙所示要使A、B不相对滑动，则F的最大值Fm为多少？2)在光滑的水平面上放置着紧靠在一起的两个物体A和B，他们的质量分别为mA,和mB，用水平恒力F推物体A，求：（1）AB两物体的加速度；（2）A物体对B物体的作用力.4.极限分析法在处理临界问题时,一般用极限法,特别是当某些题目的条件比较隐蔽、物理过程又比较复杂时.1)一斜面放在水平地面上，倾角=530，一个质量为0.2kg的小球用细绳吊在斜面顶端，如图所示。斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计斜面与水平面的摩擦，当斜面以10m/s2的加速度向右运动时，求细绳的拉力及斜面对小球的弹力。（取g=10m/s2）5.假设法 假设法是解物理问题的一种重要方法.用假设法解题,一般依题意从某一假设入手,然后用物理规律得出结果,再进行适当的讨论,从而得出正确答案三、例题赏析12016上海4. 【题号：3200003121】如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的（A）OA方向 （B）OB方向（C）OC方向 （D）OD方向2(2015全国卷) 【题号：3200000915】如图,两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态,现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45,再由a点从静止释放一同样的微粒,该微粒将( )A.保持静止状态 B.向左上方做匀加速运动C.向正下方做匀加速运动 D.向左下方做匀加速运动3 .（2012江苏物理）【题号：3200001504】如图所示，一夹子夹住木块，在力F作用下向上提升。夹子和木块的质量分别为m和M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f。若木块不滑动，力F的最大值是A BCD4【题号：3210000002】质量为M的金属块和质量为m的木块通过细线系在一起,从静止开始以加速度a在水中下沉,经过时间t剪断细线,金属块和木块分开,再经过时间t,木块停止下沉,此时金属块的速度为多大?(设此时金属块还没有碰到底面)5【 江苏省启东中学2015-2016学年度第一学期第一次月考高三物理试卷】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，B与地面间的动摩擦因数为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F2mg时，A、B都相对地面静止B当F时，A的加速度为C当F3mg时，A相对B滑动D无论F为何值，B的加速度不会超过6【2014上海卷】【题号：3200000106】如图，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为的固定斜面，斜面上放一质量为m的光滑球。静止时，箱子顶部与球接触但无压力。箱子由静止开始向右做匀加速运动，然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止，经过的总路程为s，运动过程中的最大速度为v。（1）求箱子加速阶段的加速度大小a。（2）若ag tan，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。7. （2016年东北三省四市教研联合体高考模拟试卷（三）理 科 综 合）（20分）如图甲所示，质量为M=0.5kg的木板静止在光滑水平面上，质量为m=1kg的物块以初速度v0=4m/s滑上木板的左端，物块与木板之间的动摩擦因数为=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，得到的关系如图乙所示，其中AB与横轴平行，且AB段的纵坐标为1m-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=10m/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是多少？（2）图乙中BC为直线段，求该段恒力F的取值范围及函数关系式。8（2010高考海南物理）【题号：3200001874】 图3-1中，质量为m的物块叠放在质量为2m的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为0.2在木板上施加一水平向右的拉力F，在03s内F的变化如图3-2所示，图中F以mg为单位，重力加速度g=10m/s2整个系统开始时静止 (1)求1s、1.5s、2s、3s末木板的速度以及2s、3s末物块的速度；(2)在同一坐标系中画出03s内木板和物块的vt图象，据此求03s内物块相对于木板滑过的距离。9.如图所示，上表面光滑，长度为3 m、质量M10 kg的木板，在F50 N的水平拉力作用下，以v05 m/s的速度沿水平地面向右匀速运动。现将一个质量为m3 kg的小铁块(可视为质点)无初速度地放在木板最右端，当木板运动了L1 m时，又将第二个同样的小铁块无初速度地放在木板最右端，以后木板每运动1 m就在其最右端无初速度地放上一个同样的小铁块。(g取10 m/s2)求：(1)木板与地面间的动摩擦因数；(2)刚放第三个铁块时木板的速度大小；(3)从放第三个铁块开始以后(以后停止放铁块)到木板停下的过程，木板运动的距离。10.(2015洛阳模拟)一长轻质木板置于光滑水平地面上，木板上放质量分别为mA1 kg和mB2 kg的A、B两物块，A、B与木板之间的动摩擦因数0.2，水平恒力F作用在A物块上，如图所示(重力加速度g取10 m/s2，轻质木板质量忽略不计)。则() A若F1 N，则物块、木板都静止不动B若F1.5 N，则A物块所受摩擦力大小为1.5 NC若F4 N，则B物块所受摩擦力大小为4 ND若F8 N，则B物块的加速度为1 m/s211.(2015洛阳统考)如图所示，A、B、C三个小球(可视为质点)的质量分别为m、2m、3m，B小球带负电，电荷量为q，A、C两小球不带电(不考虑小球间的静电感应)，不可伸长的绝缘细线将三个小球连接起来悬挂在O点，三个小球均处于竖直向上的匀强电场中，电场强度大小为E。则以下说法正确的是 ()A静止时，A、B两小球间细线的拉力为4mgqEB静止时，A、B两小球间细线的拉力为5mgqEC剪断O点与A小球间细线的瞬间，A、B两小球间细线的拉力大小为qED剪断O点与A小球间细线的瞬间，A、B两小球间细线的拉力大小为qE四、例题赏析答案1答案见二维码2答案见二维码3答案见二维码4答案见二维码5答案见二维码6答案见二维码7.【答案】（1）；（2）【解析】 8. 答案见二维码9.答案：（1）0.5；（2）4m/s；（3）1.78m【解析】(1)木板做匀速直线运动时，受到地面的摩擦力为Ff由平衡条件得FFf FfMg 联立并代入数据得0.5 联立并代入数据得到：。10. 【答案】D解析：选D若F1 N，则两物块相对木板静止不动，而木板向左加速运动；若F1.5 N，则两物块与木板的共同加速度为a m/s20.5 m/s2，对A，FFfmAa，解得Ff1 N；当F4 N时，物块A与木板相对滑动，此时木板和B的加速度为a1 m/s2，此时B物块所受摩擦力大小为FfmBa2 N；同理若F8 N，物块A与木板相对滑动，此时木板和B的加速度为a1 m/s2，选项D正确。11. 【答案】C解析：选C静止时，对B球进行受力分析，则有：T2mg