高考物理专题2相互作用与牛顿运动定律含解析.doc

专题2 相互作用与牛顿运动定律【2015年高考命题预测】受力分析和牛顿运动定律在历年高考中都会以选择题的形式直接呈现，刚刚过去的2014年高考中，几乎各地的高考试卷中都有所体现，是热门考点，而且是整个高中物理的基础，是连接力和运动的桥梁。1.该考点涉及到的物理学史和物理学研究方法，在命题中频频出现，特别是围绕力和运动的关系问题上，物理学家克服认知误区，找寻真理的过程，以及实验方法设计等，与其他考点结合出题，备考中需要厘清这一阶段的物理发展历程。2.受力分析是基础，根据平衡条件判断各个力的大小以及根据动态平衡分析各个力的大小变化是这个知识点的常见考试形式，但是随着对考生应用能力的考察，这部分试题的命制已经开始逐步摆脱斜面挡板模型，而改为生活中常见的的情景，比如秋千、墙壁上面挂的篮球等，注意加强从实际情景中挖掘物理模型的能力，从实际生活中提炼动态平衡的变量。3.牛顿运动定律的考察主要和受力分析结合在一起，根据受力判断运动情况，特别是根据力的变化判断加速度的变化，比如细绳拉力的突变等导致的加速度大小方向的变化，或者根据运动情况判断物体受力情况，不但会出现选择题，计算题也会出现以牛顿运动定律为桥梁来分析复杂的运动过程。4.相互作用力不一定局限于重力弹力摩擦力，高中阶段所有的力如电场力，磁场力都会和牛顿运动定律结合，所以考察的形式多种多样，牛顿运动定律是工具，只要涉及到力和运动就会考察到。5.牛顿三大定律之间的关系也是一个新的命题点，根据牛顿定律厘清加速度和速度的关系，厘清超重和失重的关系，厘清完全失重的概念。【2015年高考考点定位】 高考试卷的考察的形式仍会以选择题为主，以受力分析动态平衡为考点，涉及某一个力的变化引起其他力以及加速度的变化情况。其中拉力方向的变化，斜面倾角的变化，摩擦力的突变，细绳拉力的突变，弹簧弹力的变化是动态平衡中常出现的类型。在平衡问题的分析中，摩擦力的方向大小的变化，动摩擦力和静摩擦力之间的转换也需要引起我们的注意。【考点pk】名师考点透析考点一、力和运动的关系【名师点睛】1.1638年，意大利科学家伽利略在两种新科学的对话中，运用实验和逻辑推理的方法论证了重物和轻物下落一样快，并借助斜面，冲淡了重力的作用，延长了运动时间，从而论证了自由落体运动。推翻了亚里士多德关于重物下落快轻物下落慢的观点。2.伽利略通过构思的理想斜面实验指出，在水面上运动的物体，如果没有摩擦将一直运动下去。从而得出结论：力是改变物体运动状态的原因，推翻了亚里士多德力是维持物体运动状态原因的观点。3.1867年，英国科学家牛顿在自然哲学的数学原理中提出三条运动定律即牛顿运动三大定律，奠定了经典力学的基础。其中牛顿第一定律说明了力和运动的关系，并不是牛顿第二定律的特例。考点一、重力、弹力、摩擦力【名师点睛】力是物体对物体的作用，是物体发生形变和改变运动状态的原因，是矢量。1.重力是由于地球的吸引而产生的，是万有引力的一个分力，地面附近可以认为近似等于万有引力。方向竖直向下，大小。2.弹力的方向垂直于接触面，若接触面为曲面则垂直于切面。线、绳的拉力沿线或者绳收缩的方向，轻杆的弹力不一定沿杆的方向。3.摩擦力的方向沿切面，滑动摩擦力和相对运动方向相反，静摩擦力和相对运动趋势方向相反。滑动摩擦力大小，静摩擦力大小在根据运动情况而变化。考点二、受力分析及共点力的平衡【名师点睛】1.受力分析按照先重力，再观察周围什么物体与研究对象接触，是否有弹力，若有弹力再判断是否有摩擦力，沿研究对象分析一周，找出所有的弹力和摩擦力，若摩擦力是否存在不确定，可以先假设没有摩擦力，看物体受力能否满足运动状态的需要。2.若物体处于静止或者匀速直线运动状态，即加速度等于0的状态，物体受到的合外力即为0，若为静态平衡，可以用正交分解法（把所有的力分解到两个互相垂直的坐标轴上去，分别平衡），整体法隔离法（保持相对静止的几个物体可以看做一个整体，不考虑它们之间的相互作用，主要分析与外面其他物体之间的作用力而整体平衡，此后再单独分析某一个物体）。若为动态平衡，则常用图解法（矢量三角形法，画出几个力的矢量三角形，判断某一个力的大小或者方向变化时引起其他力的变化）、相似三角形法（即受力平衡的矢量三角形和题目中已知的结合三角形相似，根据几何三角形边长的变化判断与其平行的力的大小变化）。考点三、牛顿运动定律【名师点睛】1.牛顿第一定律：一切物体总保持静止状态或者匀速直线运动状态，直到有外力改变这种状态为止。明确了力和运动的关系即力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因。保持原来运动状态不变时物质的一种属性，即惯性，大小与质量有关。牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能说牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例。牛顿第一定律定性的给出了力和运动的关系，牛顿第二定律定量的力和运动的关系。2.牛顿第二定律：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，表达式。力和加速度是瞬时对应关系，力发生变化加速度就发生变化，力撤处加速度就为0，力的瞬时效果是加速度，并不是速度，力的变化和加速度的变化瞬时对应，但是力撤去，速度并不会马上等于0.力和加速度都是矢量，即可以根据合力求加速度也可以根据某个方向的加速度求该方向的合力，力和加速度都可以分解。既可以把相对静止的几个物体看做一个整体，根据整体受到的合力等于整体加速度，也可以根据其中一个物体用隔离法求合力得到一个物体加速度，整体法和隔离法的关联点在于整体的加速度和隔离的加速度相同。3.牛顿第三定律：两个物体之间的相互作用力总是大小相等方向相反，作用在一条直线上。相互作用力总是成对出现，同时产生同时消失，是同种性质的力。相互作用力作用在两个物体上，作用效果不能叠加或者抵消。考点三、超重和失重【名师点睛】概念：物体对水平支持物的压力或者竖直悬挂物的拉力超过自身重力即为超重，反之对水平支持物的压力或者竖直悬挂物的拉力小于自身重力即为失重，若对水平支持物没有压力或对竖直悬挂物没有拉力则为完全失重。不论是超重还是失重，物体重力都没有发生变化。超重时加速度向上，但对速度方向没有要求，所以存在加速上升和减速下降两种情况。失重时加速度向下，同理存在加速下降和减速上升两种运动情况。完全失重时不是物体不受重力，物体重力不变，只是物体由于重力而产生的现象都将消失，比如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。【试题演练】1. 【2014湖南五市十校联考】如图所示，质量为M=5kg的箱子B置于光滑水平面上，箱子底板上放一质量为m2=1kg的物体C，质量为m1=2kg的物体A经跨过定滑轮的轻绳与箱子B相连，在A加速下落的过程中，C与箱子B始终保持相对静止。不计定滑轮的质量和一切阻力，取g=10m/s2，下列不正确的是（ ）A物体A处于失重状态B物体A的加速度大小为2.5m/s2C物体C对箱子B的静摩擦力大小为2.5ND轻绳对定滑轮的作用力大小为30N2.【2014山西高三四校联考】如图(a)所示，用一水平外力F拉着一个静止在倾角为的光滑斜面上的物体，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(b)所示，若重力加速度g取10m/s2。根据图(b)中所提供的信息可以计算出 A加速度从2m/s2增加到6m/s2的过程中物体的速度变化量 B斜面的倾角 C物体的质量 D加速度为6m/s2时物体的速度【三年高考】 12、13、14 高考试题及其解析 2014年高考试题及解析1【2014北京卷】伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3，根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是A.如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置B.如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态C.如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变D.小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小2.【2014山东卷】如图，用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千。某次维修时将两轻绳剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变。木板静止时，F1表示木板所受合力的大小，F2表示单根轻绳对木反拉力的大小，则维修后AF1不变，F2变大 BF1不变，F2变小CF1变大，F2变大 DF1变小，F2变小3.【2014福建卷】如图，滑块以初速度v0沿表面粗糙且足够长的固定斜面，从顶端下滑，直至速度为零。对于该运动过程，若用h、s、v、a分别表示滑块的下降高度、位移、速度和加速度的大小，t表示时间，则下列图象最能正确描述这一运动规律的是（ ）4.【2014广东卷】如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是A.M处受到的支持力竖直向上B.N处受到的支持力竖直向上C.M处受到的静摩擦力沿MN方向D.N处受到的静摩擦力沿水平方向【应试技巧】弹力方向判断要先找出接触面，弹力与接触面垂直；摩擦力方向的确定要先判断物体的运动趋势方向，静摩擦力方向与运动趋势方向相反。5.【2014新课标全国卷】如图，用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上，系统处于平衡状态。现使小车从静止开始向左加速，加速度从零开始逐渐增大到某一值，然后保持此值，小球稳定的偏离竖直方向某一角度（橡皮筋在弹性限度内 ）。与稳定在竖直位置时相比，小球高度A一定升高 B一定降低 C保持不变 D升高或降低由橡皮筋的劲度系数决定6.【2014重庆卷】以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时，一个物体所受空气阻力可忽略，另一物体所受空气阻力大小与物体速率成正比，下列用虚线和实线描述两物体运动的图像可能正确的是【答案】D【解析】7.【2014江苏卷】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8.【2014四川卷】如图所示，水平传送带以速度v1匀速运动，小物体P、Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连，t = 0时刻P在传送带左端具有速度v2，P与定滑轮间的绳水平，t = t0时刻P离开传送带。不计定滑轮质量和摩擦，绳足够长。正确描述小物体P速度随时间变化的图象可能是（ ）9.【2014北京卷】应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入，例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是A受托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B受托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态C在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度10.【2014上海卷】（12分）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。所以当时，左侧壁弹力为0.对小球受力分析如下图水平竖直方向正交分解可得水平方向整理可得，即顶部作用力为考点：牛顿运动定律 2013年高考试题及解析1.【2013高考新课标全国卷】一物块静止在粗糙的水平桌面上从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力以a表示物块的加速度大小，F表示水平拉力的大小能正确描述F与a之间的关系的图像是()2.【2013高考安徽卷】如图所示，细线的一端系一质量为m的小球，另一端固定在倾角为的光滑斜面体顶端，细线与斜面平行在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中，小球始终静止在斜面上，小球受到细线的拉力T和斜面的支持力为FN分别为(重力加速度为g)()ATm(gsin acos )FNm(gcos asin )BTm(gcos asin )FNm(gsin acos )CTm(acos gsin )FNm(gcos asin )DTm(asin gcos )FNm(gsin acos )3.【2013天津卷】 如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是()AFN保持不变，FT不断增大BFN不断增大，FT不断减小CFN保持不变，FT先增大后减小DFN不断增大，FT先减小后增大4.【2013浙江卷】 如图所示，水平木板上有质量m1.0 kg的物块，受到随时间t变化的水平拉力F作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小取重力加速度g10 m/s2，下列判断正确的是()A5 s内拉力对物块做功为零B4 s末物块所受合力大小为4.0 NC物块与木板之间的动摩擦因数为0.4D6 s9 s内物块的加速度大小为2.0 m/s25.【2013广东卷】 如图所示，物体P静止于固定的斜面上，P的上表面水平现把物体Q轻轻地叠放在P上，则()AP向下滑动BP静止不动CP所受的合外力增大DP与斜面间的静摩擦力增大2012年高考试题及解析1.【2012新课标】如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为Nl，球对木板的压力大小为N2。以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦，在此过程中AN1始终减小，N2始终增大B N1始终减小，N2始终减小C N1先增大后减小，N2始终减小D N1先增大后减小，N2先减小后增大 【考点定位】动态平衡2.【2012 江苏】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、M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦有均为f，若木块不滑动，力F的最大值是A BC D3.【2012 山东】如图所示，两相同轻质硬杆、可绕其两端垂直纸面的水平轴、转动，在点悬挂一重物M，将两相同木块m紧压在竖直挡板上，此时整个系统保持静止。表示木块与挡板间摩擦力的大小，表示木块与挡板间正压力的大小。若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止且、始终等高，则A变小 B不变 C变小 D变大4.【2012上海】如图，光滑斜面固定于水平面，滑块A、B叠放后一起冲上斜面，且始终保持相对静止，A上表面水平。则在斜面上运动时，B受力的示意图为（）【答案】A【解析】试题分析：以滑块A、B整体为研究对象，整体加速度沿斜面向下，以滑块B为研究对象，沿水平和竖直方向分解滑块B的加速度可知，滑块B受到水平向左的摩擦力，竖直向下的重力，竖直向上的支持力，选项A正确。【考点】本题结合牛顿第二定律考查物体的受力分析5.【2012海南】如图，表面处处同样粗糙的楔形木块abc固定在水平地面上，ab面和bc面与地面的夹角分别为和，且,一初速度为v0的小物块沿斜面ab向上运动，经时间t0后到达顶点b时，速度刚好为零；然后让小物块立即从静止开始沿斜面bc下滑.在小物块从a运动到c的过程中，可能正确描述其速度大小v与时间t的关系的图像是（ ）【两年模拟】 2014年名校模拟题及其答案1.【2014湖北八市高三3月联考】如图所示，质量相等的长方体物块A、B叠放在光滑水平面上，两水平轻质弹簧的一端固定在竖直墙壁上，另一端分别与A、B相连接，两弹簧的原长相同，与A相连的弹簧的劲度系数小于与B相连的弹簧的劲度系数。开始时A、B处于静止状态。现对物块B施加一水平向右的拉力，使A、B一起向右移动到某一位置（A、B无相对滑动，弹簧处于弹性限度内），撤去这个力后ABA物块A的加速度的大小与连接它的弹簧的形变量的大小成正比B物块A受到的合力总大于弹簧对B的弹力C物块A受到的摩擦力始终与弹簧对它的弹力方向相同D物块A受到的摩擦力与弹簧对它的弹力方向有时相同，有时相反2.【2014江西重点中学盟校高三十校第一次联考】如图所示，一轻杆两端分别固定着质量为mA和mB的两个小球A和B（可视为质点）将其放在一个直角形光滑槽中，已知轻杆与槽右壁成角，槽右壁与水平地面成角时，两球刚好能平衡，且，则A、B两小球质量之比 A B C D 3.【2014河南中原名校上学期联考】如图5所示，左右带有固定挡板的长木板放在水平桌面上，物体M放于长木板上静止，此时弹簧对物体的压力为3N，物体的质量为05kg，物体与木板之间无摩擦，现使木板与物体M一起以6 ms2的加速度向左沿水平方向做匀加速运动时 A物体对左侧挡板的压力等于零B物体对左侧挡板的压力等于3NC物体受到4个力的作用D弹簧对物体的压力等于6N 4.【江苏省南通市2013届高三第三次调研】如图所示，在光滑的水平面上有一质量为M、倾角为的光滑斜面，一质量为m的物块从斜面上由静止下滑下面给出的物块在下滑过程中对斜面压力大小FN的四个表达式中，只有一个是正确的，你可能不会求解，但是你可以通过分析，对下列表达式做出合理的判断根据你的判断，合理的表达式应为MmA B C D 5.【山东省临沂市2013届高三5月高考模拟理综】如图所示，A、B两物体叠放在一起，先用手托住B使其静止在固定斜面上，然后将其释放，它们同时沿斜面滑下，斜面与两物体之间的动摩擦因数相同，mAmB，则 A释放前，物体B受到物体A对它的压力B下滑过程中，物体B受到物体A对它的压力C下滑过程中，物体B与物体A之间无相互作用力D下滑过程中，物体A、B均处于失重状态 AB【答案】ACD【解析】2013年名校模拟题及其答案1.【2013武汉武昌区高三期末调研】如图所示，以O作为悬点的两根轻绳a、b将日光灯悬挂在天花板上的O点，两绳与竖直方向的夹角分别为60和45，日光灯保持水平并静止，其重力为G，以下说法正确的是Aa绳的弹力比b绳大Ba绳的弹力与b绳一样大 C日光灯的重心一定在O点的正下方 D日光灯的重心不一定在O点的正下方 2.【2013河南南阳五校高三联谊】如图所示，滑轮A可沿倾角为的足够长光滑轨道下滑，滑轮下用轻绳挂着一个重为G的物体B，下滑时，物体B相对于A静止，则下滑过程中 （ ）AB的加速度为gsin B绳的拉力为 C绳的方向保持竖直 D绳的拉力为G3.【2013辽宁省五校协作体高三第二次模拟考试】射箭是2010年广州亚运会比赛项目之一，如图甲为我国著名选手张娟娟的射箭场景。已知弓的顶部跨度为，弦均匀且弹性良好，其自由长度为。发射时弦和箭可等效为图乙的情景，假设弓的跨度保持不变，即箭在弦的正中间，弦夹住类似动滑轮的附加装置上，将箭发射出去。已知弦的劲度系数为k，发射箭时弦的的最大长度为（弹性限度内），则箭被发射瞬间所受的最大弹力为（设弦的弹力满足胡克定律）（ ）A B C D 4.【2013贵州省天柱民中、锦屏中学、黎平一中、黄平民中高三上期期末联考】质量为m的木块被水平力F紧压在倾角为=60的固定木板上静止，如图所示。则木板对木块的弹力大小为（ ）A B C D 5.【2013湖南怀化高三期末】如图所示，足够长的水平传送带A B以的速度匀速向右运动，另有一物体从传送带的右端向左以的速度滑上传送带，水平面光滑，传送带表面粗糙，以下说法正确的是A.若，物体回到B点的速度 B.若，物体回到B点的速度 C.若，物体回到B点的速度 D.若，物体回到B点的速度 【一年原创】 2013和2014原创试题及其解析1.绕过光滑定滑轮的细绳