2024届高考一轮复习物理课件(新教材人教版浙江专用) 运动和力的关系 牛

牛顿第二定律的综合应用目标要求1.知道连接体的类型以及运动特点，会用整体法、隔离法解决连接体问题.2.理解几种常见的临界极值条件.3.会用极限法、假设法、数学方法解决临界极值问题.4.掌握运动学图像，并能分析图像特殊点、斜率、截距、面积的物理意义.专题强化二

内容索引题型一动力学中的连接体问题题型二动力学中的临界和极值问题题型三动力学图像问题课时精练题型一动力学中的连接体问题1.连接体多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆、弹簧等联系)在一起构成的物体系统称为连接体.连接体一般(含弹簧的系统，系统稳定时)具有相同的运动情况(速度、加速度).2.常见的连接体(1)物物叠放连接体：两物体通过弹力、摩擦力作用，具有相同的速度和加速度速度、加速度相同(2)轻绳连接体：轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等.速度、加速度相同速度、加速度大小相等，方向不同(3)轻杆连接体：轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度.速度、加速度相同(4)弹簧连接体：在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度、加速度不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速度、加速度相等.3.整体法与隔离法在连接体中的应用整体法的选取原则若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体，分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解整体法、隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力，即“先整体求加速度，后隔离求内力”.例1

如图所示，水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，中间用一条轻绳连接，两木块的材料相同，现用力F向右拉木块2，当两木块一起向右做匀加速直线运动时，已知重力加速度为g，下列说法正确的是A.若水平面是光滑的，则m2越大绳的拉力越大B.若木块和地面间的动摩擦因数为μ，则绳的拉

力为

＋μm1gC.绳的拉力大小与水平面是否粗糙无关D.绳的拉力大小与水平面是否粗糙有关考向1共速连接体√若设木块和地面间的动摩擦因数为μ，以两木块整体为研究对象，例2

(多选)如图所示，质量分别为mA、mB的A、B两物块紧靠在一起放在倾角为θ的固定斜面上，两物块与斜面间的动摩擦因数相同，用始终平行于斜面向上的恒力F推A，使它们沿斜面向上匀加速运动，为了增大A、B间的压力，可行的办法是A.增大推力F B.减小倾角θC.减小B的质量 D.减小A的质量√√设物块与斜面间的动摩擦因数为μ，对A、B整体受力分析，有F－(mA＋mB)gsin

θ－μ(mA＋mB)gcos

θ＝(mA＋mB)a，对B受力分析，有FAB－mBgsin

θ－μmBgcos

θ＝mBa，例3

(2023·山东省师范大学附中高三月考)如图所示，足够长的倾角θ＝37°的光滑斜面体固定在水平地面上，一根轻绳跨过定滑轮，一端与质量为m1＝1kg的物块A连接，另一端与质量为m2＝3kg的物块B连接，绳与斜面保持平行.开始时，用手按住A，使B悬于空中，释放后，在B落地之前，下列说法正确的是(所有摩擦均忽略不计，不计空气阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)A.绳的拉力大小为30NB.绳的拉力大小为6NC.物块B的加速度大小为6m/s2D.如果将物块B换成一个竖直向下且大小为30N的力，对物块A的运动没有影响考向2关联速度连接体√对B分析，由牛顿第二定律得m2g－FT＝m2a，对A、B整体分析，由牛顿第二定律得m2g－m1gsinθ＝(m1＋m2)a，联立解得a＝6m/s2，FT＝12N，故A、B错误，C正确；如果将物块B换成一个竖直向下且大小为30N的力，对A由牛顿第二定律得F－m1gsinθ＝m1a′，解得a′＝24m/s2，前后加速度不一样，对物块A的运动有影响，故D错误.题型二动力学中的临界和极值问题例4

如图所示，物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上，A、B质量分别为mA＝6kg，mB＝2kg，A、B之间的动摩擦因数μ＝0.2(可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，拉力F作用于物体A，开始时F＝10N，此后逐渐增加，在增大到45N的过程中，则A.当拉力F<12N时，物体均保持静止状态B.两物体开始没有相对运动，当拉力超过12N后，开始相对运动C.两物体从受力开始就有相对运动D.两物体始终没有相对运动考向1相对滑动的临界问题√当A、B间的静摩擦力达到最大静摩擦力(等于滑动摩擦力)时，A、B才会发生相对运动.此时对B有：Ffmax＝mBa，而Ffmax＝μmAg＝12N，a＝6m/s2，即二者开始相对运动时的加速度为6m/s2，此时对A、B整体：F＝(mA＋mB)a＝48N，即F>48N后，A、B才会有相对运动，故选项A、B、C错误，D正确.例5

(多选)(2023·河北保定市模拟)如图所示，一质量M＝3kg、倾角为α＝45°的斜面体放在光滑水平地面上，斜面体上有一质量为m＝1kg的光滑楔形物体.用一水平向左的恒力F作用在斜面体上，系统恰好保持相对静止地向左运动.重力加速度为g＝10m/s2，下列判断正确的是A.系统做匀速直线运动B.F＝40NC.斜面体对楔形物体的作用力大小为ND.增大力F，楔形物体将相对斜面体沿斜面向上运动√√对整体受力分析如图甲所示，由牛顿第二定律有F＝(M＋m)a，对楔形物体受力分析如图乙所示，由牛顿第二定律有mgtan45°＝ma，可得F＝40N，a＝10m/s2，A错，B对.增大力F，则斜面体在水平方向的加速度增大，则斜面体对楔形物体的支持力也增大，则支持力在竖直方向的分力大于重力，有向上的加速度，所以楔形物体将会相对斜面体沿斜面向上运动，D对.例6

(多选)如图所示，质量mB＝2kg的水平托盘B与一竖直放置的轻弹簧焊接，托盘上放一质量mA＝1kg的小物块A，整个装置静止.现对小物块A施加一个竖直向上的变力F，使其从静止开始以加速度a＝2m/s2做匀加速直线运动，已知弹簧的劲度系数k＝600N/m，g＝10m/s2.以下结论正确的是A.变力F的最小值为2NB.变力F的最小值为6NC.小物块A与托盘B分离瞬间的速度为0.2m/sD.小物块A与托盘B分离瞬间的速度为

m/s√考向2恰好脱离的动力学临界问题√A、B整体受力产生加速度，则有F＋FNAB－(mA＋mB)g＝(mA＋mB)a，可得F＝(mA＋mB)a＋(mA＋mB)g－FNAB，当FNAB最大时，F最小，即刚开始施力时，FNAB最大且等于A和B的重力之和，则Fmin＝(mA＋mB)a＝6N，B正确，A错误；刚开始，弹簧的压缩量为x1＝

＝0.05m，A、B分离时，其间恰好无作用力，对托盘B，由牛顿第二定律可知kx2－mBg＝mBa，得x2＝0.04m，物块A在这一过程的位移为Δx＝x1－x2＝0.01m，由运动学公式可知v2＝2aΔx，代入数据得v＝0.2m/s，C正确，D错误.1.常见的临界条件(1)两物体脱离的临界条件：FN＝0.(2)相对滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值.(3)绳子断裂或松弛的临界条件：绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力；绳子松弛的临界条件是FT＝0.方法点拨2.解题基本思路(1)认真审题，详细分析问题中变化的过程(包括分析整个过程中有几个阶段)；(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.方法点拨3.解题方法(1)极限法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的.(2)假设法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题.(3)数学法：将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出临界条件.方法点拨例7

如图甲所示，木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变，当θ＝30°时，可视为质点的一小物块恰好能沿着木板匀速下滑.如图乙，若让该小物块从木板的底端每次均以大小相等的初速度v0＝10m/s沿木板向上运动，随着θ的改变，小物块沿木板向上滑行的距离x将发生变化，重力加速度g取10m/s2.考向3动力学中的极值问题(1)求小物块与木板间的动摩擦因数；(2)当θ角满足什么条件时，小物块沿木板向上滑行的距离最小，并求出此最小值.当θ变化时，设沿斜面向上为正方向，物块的加速度为a，则－mgsin

θ－μmgcos

θ＝ma，当α＋θ＝90°，即θ＝60°时x最小，题型三动力学图像问题1.常见图像(1)v－t图像：根据图像的斜率判断加速度的大小和方向，再根据牛顿第二定律求解.(2)a－t图像：注意加速度的正负，正确分析每一段的运动情况，然后结合物体的受力情况应用牛顿第二定律列方程求解.(3)F－t图像：结合物体受到的力，由牛顿第二定律求出加速度，分析每一段的运动情况.(4)F－a图像：首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推导出两个量间的函数关系式，根据函数关系式结合图像，明确图像的斜率、截距或面积的意义，从而由图像给出的信息求出未知量.2.解题策略(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点.(2)注意图线中的一些特殊点：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等.(3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情景结合起来，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.例8

甲、乙两物体都静止在水平面上，质量分别为m甲、m乙，与水平面间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙.现用水平拉力F分别作用于两物体，加速度a与拉力F的关系如图，图中b、－2c、－c为相应坐标值，重力加速度为g.由图可知C.m甲∶m乙＝1∶2，μ甲∶μ乙＝1∶2D.m甲∶m乙＝2∶1，μ甲∶μ乙＝1∶2√故a与F关系图像的斜率表示质量的倒数，斜率越大，质量越小，例9

(多选)(2021·全国乙卷·21)水平地面上有一质量为m1的长木板，木板的左边上有一质量为m2的物块，如图(a)所示.用水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间t的变化关系如图(b)所示，其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小.木板的加速度a1随时间t的变化关系如图(c)所示.已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1，物块与木板间的动摩擦因数为μ2，假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g.则D.在0～t2时间段物块与木板加速度相等√A.F1＝μ1m1g√√由题图(c)可知，t1时刻物块、木板一起刚要在水平地面滑动，物块与木板相对静止，此时以整体为研究对象有F1＝μ1(m1＋m2)g，故A错误；由题图(c)可知，t2时刻物块与木板刚要发生相对滑动，以整体为研究对象，

根据牛顿第二定律，有F2－μ1(m1＋m2)g＝(m1＋m2)a，以木板为研究对象，根据牛顿第二定律，有μ2m2g－μ1(m1＋m2)g＝m1a>0，由题图(c)可知，0～t2时间段物块与木板相对静止，所以有相同的加速度，故D正确.四课时精练1.在光滑的水平面上，有两个相互接触的物体，如图所示，已知M>m，第一次用水平力F由左向右推M，物体间的相互作用力为F1；第二次用同样大小的水平力F由右向左推m，物体间的相互作用力为F2，则A.F1>F2

B.F1＝F2C.F1<F2

D.无法确定123456789101112√基础落实练第一次用水平力F由左向右推M，对M、m整体，根据牛顿第二定律：F＝(M＋m)a，对m有：F1＝ma；123456789101112第二次用同样大小的水平力F由右向左推m，对M、m整体，根据牛顿第二定律：F＝(M＋m)a，对M有：F2＝Ma，已知M>m，所以F1<F2，所以A、B、D错误，C正确.2.(2021·全国甲卷·14)如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，上部架在横杆上.横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角θ可变.将小物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角θ的大小有关.若由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间t将A.逐渐增大

B.逐渐减小C.先增大后减小

D.先减小后增大√123456789101112设PQ的水平距离为L，由运动学公式可知123456789101112可知θ＝45°时，t

有最小值，故当θ从由30°逐渐增大至60°时，物块的下滑时间t先减小后增大，故选D.3.如图所示，质量为M、中间为半球形的光滑凹槽放置于光滑水平地面上，光滑凹槽内有一质量为m的小铁球，现用一水平向右的推力F推动凹槽，小铁球与光滑凹槽相对静止时，凹槽圆心和小铁球圆心的连线与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g，则下列说法正确的是A.小铁球受到的合外力方向水平向左B.凹槽对小铁球的支持力大小为C.凹槽与小铁球组成的系统的加速度大小

a＝gtan

αD.推力大小F＝Mgtan

α√123456789101112根据小铁球与光滑凹槽相对静止可知，系统有向右的加速度且大小为a＝gtan

α，小铁球受到的合外力方向水平向右，凹槽对小铁球的支持力大小为

推力F＝(M＋m)gtan

α，选项A、B、D错误，C正确.1234567891011124.(多选)如图所示，倾角为θ的斜面体放在粗糙的水平地面上，现有一带固定支架的滑块m正沿斜面加速下滑.支架上用细线悬挂的小球达到稳定(与滑块相对静止)后，细线的方向与竖直方向的夹角也为θ，斜面体始终保持静止，则下列说法正确的是A.斜面光滑B.斜面粗糙C.达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向左D.达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向右123456789101112√√隔离小球，可知稳定后小球的加速度方向沿斜面向下，大小为gsin

θ，小球稳定后，支架系统的加速度与小球的加速度相同，对支架系统进行分析，只有斜面光滑，支架系统的加速度才是gsin

θ，A正确，B错误.123456789101112隔离斜面体，斜面体受到的力有自身重力、地面的支持力、支架系统对它垂直斜面向下的压力，因斜面体始终保持静止，则斜面体还应受到地面对它水平向左的摩擦力，C正确，D错误.5.(多选)(2023·四川成都市石室中学模拟)我国高铁技术处于世界领先水平，和谐号动车组是由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车.假设某列动车组各车厢质量均相等，在做匀加速直线运动时每节动车提供的动力均为F，动车组在水平直轨道上运行过程中每节车厢受到的阻力均为Ff.该动车组由8节车厢组成，其中第1、3、6节车厢为动车，其余为拖车，则该动车组A.启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相反B.做匀加速直线运动时，第5、6节车厢间的作用力为

1.125FC.做匀加速直线运动时，第5、6节车厢间的作用力为0.125FD.做匀加速直线运动时，第6、7节车厢间的作用力为0.75F√123456789101112√123456789101112启动时乘客的加速度方向与车厢的运动方向相同，乘客受重力和车厢的作用力，由平行四边形定则可知，车厢对乘客的作用力方向与车运动的方向不是相反关系，故A错误；做匀加速直线运动时，加速度为a＝

对后三节车厢，有F56＋F－3Ff＝3ma，解得第5、6节车厢间的作用力为F56＝0.125F，故B错误，C正确；123456789101112对最后两节车厢，有F67－2Ff＝2ma，解得第6、7节车厢间的作用力为F67＝0.75F，故D正确.6.(多选)(2023·河南许昌市高三月考)如图所示，置于粗糙水平面上的物块A和B用轻质弹簧连接，在水平恒力F的作用下，A、B以相同的加速度向右运动.A、B的质量关系为mA>mB，它们与地面间的动摩擦因数相等.为使弹簧稳定时的伸长量增大，下列操作可行的是A.仅增大B的质量B.仅将A、B的位置对调C.仅增大水平面的粗糙程度D.仅增大水平恒力F√123456789101112√√弹簧稳定时的伸长量取决于弹簧的弹力FT，设物块与地面间的动摩擦因数为μ，以整体为研究对象，123456789101112123456789101112则弹簧弹力的大小与水平面的粗糙程度无关，若增大弹簧弹力，可仅增大B的质量，也可仅将A、B位置对调，也可仅增大水平恒力F，故A、B、D正确，C错误.7.一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动，小球通过细绳与车顶相连.小球某时刻正处于图示状态.设斜面对小球的支持力为FN，细绳对小球的拉力为FT，关于此时刻小球的受力情况，下列说法正确的是A.若小车向左运动，FN可能为零B.若小车向左运动，FT不可能为零C.若小车向右运动，FN不可能为零D.若小车向右运动，FT不可能为零√123456789101112123456789101112若小车向左做减速运动，则加速度向右，若此时重力和绳子的拉力的合力可以使小球的加速度与小车的加速度相同，则FN可能为零，故A正确；若小车向左加速运动，则加速度向左，若此时重力与斜面的支持力的合力可以使小球的加速度与小车的加速度相同，则FT可能为零，故B错误；同理可知当小车向右运动时，也可能做加速或减速运动，故加速度也可能向右或向左，FN和FT均可能为零，故C、D错误.8.(多选)物块B放在光滑的水平桌面上，其上放置物块A，物块A、C通过细绳相连，细绳跨过定滑轮，如图所示，物块A、B、C质量均为m，现释放物块C，A和B一起以相同加速度加速运动，不计细绳与滑轮之间的摩擦力，重力加速度大小为g，A、B未与滑轮相撞，C未落地，则细绳中的拉力大小及A、B间的摩擦力大小分别为√123456789101112能力综合练√123456789101112以C为研究对象，由牛顿第二定律得mg－FT＝ma；9.(多选)如图甲所示，用一水平力F拉着一个静止在倾角为θ的光滑固定斜面上的物体，逐渐增大F，物体做变加速运动，其加速度a随外力F变化的图像如图乙所示，重力加速度取g＝10m/s2，根据图乙中所提供的信息可以计算出A.物体的质量B.斜面倾角的正弦值C.加速度为6m/s2时物体的速度D.物体能静止在斜面上所施加的最小外力123456789101112√√√123456789101112123456789101112由于外力F为变力，物体做非匀变速运动，故利用高中物理知识无法求出加速度为6m/s2时物体的速度，故C错误；物体能静止在斜面上所施加的最小外力为Fmin＝mgsin

θ＝12N，故D正确.10.(2023·云南省玉溪师范学院附属中学高三检测)如图甲所示，一轻质弹簧的下端固定在水平面上，上端放置一物体(物体与弹簧不拴接)，初始时物体处于静止状态，现用竖直向上的拉力F作用在物体上，使物体开始向上做匀加速运动，拉力F与物体位移x的关系如图乙所示(g＝10m/s2)，则正确的结论是A.物体与弹簧分离时，弹簧处于压缩状态B.弹簧的劲度系数为7.5N/cmC.物体的质量为3kgD.物体的加速度大小为5m/s2√123456789101112123456789101112物体与弹簧分离时，二者没有相互作用力，所以弹簧处于原长，A错误；物体与弹簧一起向上匀加速时，根据牛顿第二定律得F＋k(x0－x)－mg＝ma，可知题图乙中图线斜率表示劲度系数，可得k＝5N/cm，B错误；根据牛顿第二定律有10N＝ma,30N－mg＝ma，联立解得m＝2kg，a＝5m/s2，C错误，D正确.11.(多选)(2019·全国卷Ⅲ·20)如图(a)，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平.t＝0时，木板开始受到水平外力F