2022-2023学年新教材高中物理微专题二牛顿运动定律的三类典型问题学案教科版必修第一册

1、PAGE 16PAGE 微专题(二)牛顿运动定律的三类典型问题【学习目标】1.应用动力学知识分析计算有关图像问题.2.应用物理方法和数学知识分析讨论动力学中的临界、极值问题.3.应用整体和隔离法分析求解连接体问题关键能力合作探究突出综合性素养形成类型一动力学的图像问题1动力学图像问题的类型：2数形结合解决动力学图像问题：(1)在图像问题中，无论是读图还是作图，都应尽量先建立函数关系，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系；然后根据函数关系读取图像信息或者描点作图(2)读图时，要注意图线的起点、斜率、截距、折点以及图线与横坐标包围的“面积”等所对应的物理意义，尽可能多地提取解题信息【典例示

2、范】题型1动力学中的vt图像例1雨滴在高空形成后，由静止开始沿竖直方向下落，雨滴受到空气阻力的作用当雨滴速度为v0时开始计时，其运动的vt图像如图所示，经过时间t1，速度达到v1.假设在0t1时间内雨滴的质量不变，则在0t1时间内()A雨滴运动的加速度增大，雨滴受到的阻力逐渐增大B雨滴运动的加速度减小，雨滴受到的阻力逐渐减小C雨滴运动的加速度增大，雨滴受到的阻力逐渐减小D雨滴运动的加速度减小，雨滴受到的阻力逐渐增大题型2动力学中的Ft图像例2如图甲所示，t0时，水平地面上质量m1kg的物体在水平向左、大小恒为10N的力T的作用下由静止开始运动，同时施加一水平向右的拉力F，拉力F随时间变化的关系

3、图像如图乙所示，物体与地面间的动摩擦因数0.5，g取10m/s2.求：(1)2s末物体的速度大小；(2)前2s内物体的位移；(3)t为多少时物体的速度为0.素养训练1为了探究物体与斜面间的动摩擦因数，某同学进行了如下实验：取一质量为m的物体，使其在沿斜面方向的推力作用下向上运动，如图甲所示，通过力传感器得到推力随时间变化的规律如图乙所示，通过频闪照相处理后得出速度随时间变化的规律如图丙所示，若已知斜面的倾角30，重力加速度g取10m/s2.(1)求物体与斜面间的动摩擦因数；(2)求撤去推力F后，物体还能上升的距离(斜面足够长).【思维方法】解题基本策略(1)问题的实质是力与运动的关系，解题的关

4、键在于弄清图像的斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义(2)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类型二连接体问题1连接体：两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同加速度的整体叫连接体2连接体的类型：(1)弹簧连接体(2)物物叠放、挤压连接体(3)轻绳、轻杆连接体3处理连接体问题的方法方法研究对象选择原则整体法将一起运动的物体系统作为研究对象求解物体系统整体的加速度和所受外力隔离法将系统中的某一物体为研究对象求解物体之间的内力说明：有些题目既可用“整体法”，也可用“隔离法”，还有些题目则需要交替运用“整体法”与“隔

5、离法”【典例示范】例3 (多选)如图所示，质量分别为mA、mB的A、B两物块用轻绳连接，放在倾角为的斜面上，用始终平行于斜面向上的拉力F拉A，使它们沿斜面匀加速上升，A、B与斜面间的动摩擦因数均为.为了增加轻绳上的张力，可行的办法是()A减小A物块的质量B增大B物块的质量C增大倾角D增大动摩擦因数素养训练2两质量均为m的木块A、B叠放在一起，静置于水平面上，水平恒力F作用在A上，两木块一起运动，加速度大小为a1，如图(a)所示现取走木块B，在木块A上施加一方向竖直向下的恒力F1，F1mg(g为重力加速度).木块A仍在上述水平恒力F的作用下运动，加速度大小为a2，如图(b)所示下列关于a1和a2

6、的关系，正确的是()A.a22a1Ba2a1Ca22a1Da1a22a1素养训练3如图甲所示，在粗糙的水平面上，质量分别为mA和mB的物块A、B用轻弹簧相连，两物块与水平面间的动摩擦因数相同，它们的质量之比mAmB21.当用水平力F作用于B上且两物块以相同的加速度向右加速运动时(如图甲所示)，弹簧的伸长量为xA；当用同样大小的力F竖直向上拉B且两物块以相同的加速度竖直向上运动时(如图乙所示)，弹簧的伸长量为xB，则xAxB等于()A11B12C21D32类型三动力学的临界问题1临界问题：某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的转折状态2关键词语：在动力学问题中出现的“最大”“最小”“

7、刚好”“恰能”等词语，一般都暗示了临界状态的出现，隐含了相应的临界条件3临界问题的常见类型及临界条件：常见类型临界条件接触与脱离两物体相接触(或脱离)的临界条件是弹力为零相对静止或相对滑动静摩擦力达到最大静摩擦力绳子断裂与松弛(1)绳子所能承受的张力是有限的，绳子断与不断的临界条件是实际张力等于它所能承受的最大张力；(2)绳子松弛的临界条件是绳上的张力为零加速度最大与速度最大(1)当所受合力最大时，具有最大加速度；(2)当所受合力最小时，具有最小加速度；(3)当出现加速度为零时，物体处于临界状态，对应的速度达到最大值或最小值提醒：(1)两接触的物体分离之前的速度和加速度均相同(2)两物体分离瞬

8、间的速度和加速度仍相同，但物体间的作用力为零【典例示范】例4如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m、2m的物块A和木板B，A、B间的最大静摩擦力为mg，现用水平拉力F拉B，使A、B以同一加速度运动，求拉力F的最大值拓展迁移1在例4中，若拉力F作用在A上，如图所示，求拉力F的最大值拓展迁移2在例4中，在拉力F作用在A上的基础上，再改为：B与水平面间的动摩擦因数为16(认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，使A、B以同一加速度运动，求拉力F的最大值素养训练4质量为0.1kg的小球，用细线吊在倾角为37的斜面上，如图所示系统静止时绳与斜面平行，不计一切摩擦当斜面体向右匀加速运动时，小球与斜面刚好不分离，

9、则斜面体的加速度为()AgsinBgcosCgtanDgtana素养训练5一弹簧一端固定在倾角为37的光滑斜面的底端，另一端拴住质量为m14kg的物块P，Q为一重物，已知Q的质量为m28kg，弹簧的质量不计，劲度系数k600N/m，系统处于静止，如图所示，现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F，使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，已知在前0.2s时间内，F为变力，0.2s以后，F为恒力，求：力F的最大值与最小值(sin370.6，g取10m/s2)【思维方法】解决临界问题的基本思路(1)认真审题，详尽分析问题中变化的过程(包括分析整体过程中有几个阶段).(2)寻找过程中变化的物理量(3)探索物理

10、量的变化规律(4)确定临界状态，分析临界条件，找出临界关系随堂演练自主检测突出创新性素养达标1.质量为0.8kg的物体在一水平面上运动，如图所示，a、b分别表示物体不受拉力作用和受到水平拉力作用时的vt图线，则拉力和摩擦力之比为()A98B32C21D432(多选)在倾角为的光滑斜面上有两个用轻弹簧连接的物体A和B，它们的质量分别为3m和2m，弹簧的劲度系数为k，C为一固定挡板，系统处于静止状态现用一沿斜面向上的恒力F拉物体A使之沿斜面向上运动，当B刚要离开C时，A的加速度方向沿斜面向上，大小为a，则()A物体A始终做匀加速运动B从静止到B刚离开C的过程中，弹簧的弹力先减小后增大C从静止到B刚

11、离开C的过程中，A运动的距离为5mg sinkD恒力F的大小为5mgsin2ma3某同学为了研究物体下落过程的特点，设计了如下实验：将两本书A、B从高楼楼顶放手让其落下，两本书下落过程中没有翻转和分离，由于受到空气阻力的影响，其vt图像如图乙所示，虚线在P点与速度图线相切，已知mA2kg，mB2kg，g取10m/s2.由图可知()A02s内，A、B的平均速度等于4.5m/sBt2s时，A、B受到的空气阻力大小等于25NCt2s时，A对B的压力大小等于16ND下落过程中A对B的压力不变4(多选)如图甲所示，物块的质量m1kg，初速度v010m/s，在一水平向左的力F作用下从O点沿粗糙的水平面向右

12、运动，某时刻后力F突然反向，大小不变，整个过程中物块速度的平方随位置变化的关系图像如图乙所示，g取10m/s2.下列说法中正确的是()A05s内物块做匀减速运动B在t1s时刻，力F反向C力F大小为10ND物块与水平面间的动摩擦因数为0.35如图所示，将一个斜面放在小车上面固定，斜面倾角37，紧靠斜面有一质量为5kg的光滑小球，重力加速度g取10m/s2，sin370.6，cos370.8.则试求：(1)小车向右匀速运动时，斜面和小车对小球的弹力大小分别是多少？(2)小车向右以3m/s2的加速度做匀加速直线运动，斜面和小车对小球的弹力大小分别是多少？(3)小车至少以多大的加速度运动才能使小球相对

13、于斜面向上运动？微专题(二)牛顿运动定律的三类典型问题类型一【典例示范】例1解析：vt图像切线斜率不断减小，根据速度时间图像的斜率表示加速度可知，雨滴运动的加速度在减小根据牛顿第二定律得mgf阻ma，可知阻力在增大答案：D例2解析：(1)由牛顿第二定律得TFmgma1，解得前2s内的加速度：a13m/s2，方向水平向左，由速度公式得2s末物体的速度：v1a1t16m/s，方向水平向左；(2)由位移公式得前2s内物体的位移：x12a1t126m，方向水平向左；(3)2s后合力方向向右，物体向左做减速运动，由牛顿第二定律得FmgTma2，解得a21m/s2，方向水平向右，由速度公式得0v1a2t2

14、，解得t26s所求tt1t28s，即t8s以后物体的速度为0.答案：(1)6m/s(2)6m方向水平向左(3)8s素养训练1解析：(1)02s内，F1mgsinmgcosma1，a1vt0.5m/s2，2s后，F2mgsinmgcosma20，代入数据解得m3kg，39.(2)撤去推力F后，有mgcosmgsinma3，解得a3203m/s2，x30v22a30.075m.答案：(1)39(2)0.075m类型二【典例示范】例3解析：对A、B组成的系统应用牛顿第二定律得F(mAmB)gsin(mAmB)gcos(mAmB)a隔离物块B，应用牛顿第二定律得TmBgsinmBgcosmBa以上两式

15、联立可解得：TmBFmA+mB，由此可知，T的大小与、无关，mB越大，mA越小时，T越大答案：AB素养训练2解析：设A与地面间的动摩擦因数为，对A和B的整体分析，由牛顿第二定律得F2mg2ma1；对A施加一压力F1mg，由受力分析可知F(F1mg)ma2，整理得2mg2ma1(mgmg)ma2，解得a22a1.答案：A素养训练3解析：设mA2mB2m，对甲图运用整体法，由牛顿第二定律得，整体的加速度aFmA+mBgmA+mBF3mg，对A物块有F弹2mg2ma，可得F弹2F3kxA，则有xA2F3k；对乙图，整体的加速度aFmA+mBgmA+mBF3mg，对A物块有F弹2mg2ma，可得F弹2

16、F3kxB，则有xB2F3k，即xAxB11，A符合题意答案：A类型三【典例示范】例4解析：A、B两物体恰好相对滑动时，由牛顿第二定律得：对A：mgma，对A、B系统：F(m2m)a，解得：F3mg.答案：3mg拓展迁移1解析：A、B两物体恰好相对滑动时由牛顿第二定律得：对B：mg2ma，对A、B系统：F(m2m)a，解得：F1.5mg.答案：1.5mg拓展迁移2解析：A、B两物体恰好相对滑动时由牛顿第二定律得：对B：mg16(m2m)g2ma对A、B系统：F16(m2m)g(m2m)a解得：F54mg.答案：54mg素养训练4解析：因小球与斜面刚好不分离，所以小球受力如图所示，由图知tanm

17、gm则，agtan，D正确答案：D素养训练5解析：从受力角度看，两物体分离的条件是两物体间的压力恰好为0，从运动学角度看，一起运动的两物体恰好分离时，两物体在沿斜面方向上的加速度和速度仍相等设刚开始时弹簧压缩量为x0，则(m1m2)gsinkx0因为在前0.2s时间内，F为变力，0.2s以后，F为恒力，所以在0.2s时，P对Q的作用力恰好为0，此时对P：由牛顿第二定律知kx1m1gsinm1a对QFm2gsinm2a前0.2s时间内P、Q向上运动的距离为x0 x112at2式联立解得a3m/s2当P、Q刚开始运动时拉力最小，此时有Fmin(m1m2)a36N；当P与Q分离时拉力最大，此时有Fm

18、axm2(agsin)72N随堂演练自主检测1解析：由题可知，题图中图线a表示的为仅受摩擦力时的运动图线，加速度大小a11.5m/s2；图线b表示的为受水平拉力和摩擦力的运动图线，加速度大小为a20.75 m/s2；由牛顿第二定律得fma1，Ffma2，解得Ff32，B正确答案：B2解析：物体A受弹簧弹力的作用，而弹簧的弹力是变化的，物体A所受合力就是变化的，因此加速度是变化的，A错误；弹簧开始时是被压缩的，物体A向上运动时，弹簧先恢复原长，后被拉长，弹力先减小后增大，B正确；开始A处于静止状态，弹簧处于压缩状态，根据平衡条件有3mgsinkx1，可得x13mgsink，当B刚离开C时，B对挡板的弹力为零，弹簧处于拉伸状态，有kx22mgsin，解得x22mgsink，可知从静止到B刚离开C的过程中，A发生的位移xx1x25mgsink，C正确；B刚要离开C时，对A根据牛顿第二定律有F3mgsinkx23ma，解得F5mgsin3ma，D错误答案：BC3解析：A错：根据速度时间图像可知，t2s时的速度为9m/s，根据图像与坐标轴围成的面积表示位移可知，2s内的位移大于9m，所以2s内的