4.5 牛顿运动定律的应用 （原卷版）

4.5牛顿运动定律的应用——划重点之初升高暑假预习强化精细讲义知识点1：从受力情况求运动情况1.基本思路分析物体的受力情况，求出物体所受的合外力，由牛顿第二定律求出物体的加速度;再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况.流程图如下：2.解题的一般步骤(1)确定研究对象，对物体进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图。(2)根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合外力。根据牛顿第二定律列方程,求岀物体的加速度。(3)结合给定的物体运动的初始条件，选择合适的运动学公式，求解待求的物理量。（1）只要知道物体的受力情况,就能确定物体的运动情况.(X)解释：运动情况由受力情况和运动初始条件共同决定.（2）由运动学公式求加速度，要特別注意加速度的方向，并由此可以确定合外力的方向.（X）解释：合外力的方向与加速度的方向相同，而与速度的方向无关.知识点2：从运动情况求受力情况1.基本思路分析物体的运动情况，由运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律求出物体所受的合外力；再分析物体的受力情况,求出物体受到的作用力.流程图如下：2.解题的一般步骤(1)确定研究对象，对物体进行受力分析和运动分析.并画出物体的受力示意图。(2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度。(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合力。(4)选择合适的力的合成与分解的方法，由合力和已知力求出待求的力。（1）解决两类动力学基本问题的关键①两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析。②一个“桥梁”——物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁.两类动力学基本问题都涉及加速度，因此加速度在解决动力学问题中起到关键作用。（2）应用牛顿运动定律时的注意事项（1）若物体做直线运动，一般将力沿运动方向和垂直于运动方向进行分解；若求加速度，一般要沿加速度方向分解力；若求某一个力，可沿该力的方向分解加速度。（2）物体的受力情况与运动状态有关，所以受力分析和运动分析往往同时考虑，交叉进行，作受力分析图时，把所受的外力画到物体上的同时，速度和加速度的方向也可以标在图中。“等时圆模型"适用条件：弦是光滑的，且物体自弦的顶端由静止释放.(1)各弦交点为最低点:=1\*GB3①xAD=2Rsinα=2\*GB3②mgsinα=ma=3\*GB3③xAD=at2联立①=2\*GB3②=3\*GB3③解得t=结论：运动时间与倾角无关，即沿各弦运动时间相同。(2)各弦交点为最高点时，结论同上。 【典例1】同学们小时候都喜欢玩滑梯游戏，如图所示，已知斜面的倾角为θ，斜面长度为L，小孩与斜面的动摩擦因数为μ，小孩可看成质点，不计空气阻力，则下列有关说法正确的是（）①小孩下滑过程中对斜面的压力大小为mgcosθ②小孩下滑过程中的加速度大小为gsinθ③到达斜面底端时小孩速度大小为2gLsinθ④下滑过程小孩所受摩擦力的大小为μmgA．①② B．①④C．②③ D．②④【典例2】如图所示，ab、cd是竖直平面内两根固定的细杆，a、b、c、d位于同一圆周上，圆周半径为R，b点为圆周的最低点，c点为圆周的最高点。现有两个小滑环A、B分别从a、c处由静止释放，滑环A经时间t1从a点到达b点，滑环B经时间t2从c点到达d点；另有一小球C从c点静止释放做自由落体，经时间t3到达b点，不计一切阻力与摩擦，且A、B、C都可视为质点，则t1、t2、t3的大小关系为（）A．t1=tC．t2>【典例3】如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系xOy，该平面内有AM、BM、CM三条光滑固定轨道，其中B、C两点处于同一个圆上，C是圆上任意一点，B、M分别为此圆与y轴、x轴的切点，A点在y轴上且∠AMO=60°，O'为圆心，现将a、b、c三个小球分别从A、B、C点同时由静止释放，它们将沿轨道运动到M点，所用时间分别为tA、tB、A．tA<tBB．tA=tBC．tA>tBD．由于C点的位置不确定，故无法比较时间大小关系【典例4】静置于水平地面上质量为m的物体，受一竖直向上的恒力F作用，从静止开始向上运动。经时间t后撤去F，又经时间t物体刚好落回地面。不计空气阻力，重力加速度为g，则恒力F等于（）A．43mg B．53mg C．【典例5】（多选）一质量为m的无人机，在其动力系统提供的恒力作用下，由静止开始竖直向上运动，经t时间后关闭动力系统，再经3t时间后无人机恰好返回起点。已知重力加速度为g，不计空气阻力，则（）A．恒力的大小为24B．关闭动力系统时无人机的速度大小为9C．无人机上升的最大高度为72D．无人机返回起点时的速度大小为11【典例6】（多选）如图所示，球筒中静置着一个羽毛球。小明左手拿着球筒，右手迅速拍打筒的上端，使筒获得向下的初速度并与左手发生相对运动，最后羽毛球（视为质点）从筒口上端出来，已知球筒质量为M=90g（不含球的质量），羽毛球质量为m=5g，球筒与手之间的滑动摩擦力为f1=2.6N，球与筒之间的滑动摩擦力为f2=0.1A．静置时，羽毛球的摩擦力为0.1B．拍打球筒后瞬间，羽毛球受到向上的摩擦力C．拍打球筒后瞬间，羽毛球的加速度为30D．仅拍打一次，羽毛球恰能出来，则筒的初速度为3【典例7】如图所示，质量为M=5kg的一只长方体形空铁箱在水平拉力F作用下沿水平面向右匀加速运动，铁箱与水平面间的动摩擦因数μ1为0.3。这时铁箱内一个质量为m=1kg的木块恰好能静止在后壁上。木块与铁箱内壁间的动摩擦因数μ2为0.25。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，（1）木块对铁箱压力的大小；（2）水平拉力F的大小；（3）减小拉力F，经过一段时间，木块沿铁箱左侧壁落到底部且不反弹，当箱的速度为6m/s时撤去拉力，又经1s时间木块从左侧到达右侧，则铁箱的长度是多少？重难点1：连接体问题(1)连接体及其特点两个或两个以上物体相互连接参与运动的系统称为连接体。各物体通过绳、杆、弹簧相连，或多个物体直接叠放。连接体一般具有相同的运动情况(速度、加速度).常见情形如下：(2)处理连接体问题的常用方法类型一:①连接体的各部分加速度相同;②不涉及物体之间的相互作用力，求连接体的加速度或合外力。方法:整体法。整体法是把几个物体视为一个整体，作为研究对象进行受力分析和运动分析。整体法的优点是研究对象少，未知量少,方程少,求解简单。类型二:①当各部分加速度不同时，一般采用隔离法；②在分析连接体内各物体(或一个物体的各个部分)间的相互作用力时必须用隔离法.方法:隔离法。将要分析的物体从连接体中隔离出来，作为研究对象进行受力分析。将物体间的内力转化为外力。优点是容易得出单个物体的受力情况。【注意】整体法求加速度，隔离法求相互作用力。求内力，先整体，后隔离;求外力，先隔离，后整体。 【典例8】如图所示，a、b两物体的质量分别为ma和mb，由轻质弹簧相连，当用恒力F水平向右拉着a，使a、b一起沿粗糙水平面做匀加速直线运动时，弹簧伸长量为x，加速度大小为a1。已知aA．如果恒力增大为2F，则两物体的加速度增大为2B．如果恒力增大为2F，则弹簧伸长量仍为xC．若水平面光滑，则弹簧伸长量仍为xD．若水平面光滑，则加速度大小仍为a【典例9】如图所示，质量为M、倾角为30°的斜面体置于水平地面上，一轻绳绕过两个轻质滑轮连接着固定点P和物体B，两滑轮之间的轻绳始终与斜面平行，物体A、B的质量分别为m、2m，A与斜面间的动摩擦因数为33，重力加速度大小为g

A．轻绳对P点的拉力大小为4B．物体A的加速度大小为1C．地面对斜面体的支持力大小为Mg+2mgD．增大A的质量，再将A、B静止释放，则B有可能上升【典例10】（多选）如图所示，小车位于水平面上，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球。下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是（

）A．小车静止时，F=mgsinθ，方向沿杆向上B．小车静止时，一定有F=mg，方向竖直向上C．小车向右匀加速运动时，一定有F>mg，方向可能沿杆向上D．小车向右匀速运动时，F=mgcosθ，方向垂直于杆向上【典例11】（多选）如图所示，质量均为m的物体A、B放在质量为2m物体C上，C放在粗糙水平地面上，C与地面间的动摩擦因数为μ，在水平力F作用下，A、B和C以相同加速度向左做匀加速直线运动。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．物体C受到6个力作用B．物体B对物体C有向左的摩擦力C．物体C受到地面的摩擦力大小为4μmgD．物体A、C之间的动摩擦因数的最小值为μ+【典例12】（多选）如图所示，质量为m1倾角为30°的斜面体A静置于粗糙水平面上，质量为m2的物体B通过平行于斜面的轻绳绕过光滑轻质滑轮与质量为m3A．斜面A对物体B的摩擦力可能等于0B．地面对斜面A的静摩擦力大小为0C．地面对斜面体A的支持力为mD．若用力拉动B，使之沿斜面向下做加速运动，则绳子拉力仍为m重难点2：利用牛顿第二定律求解临界问题1.临界状态和临界值在物体的运动状态发生变化的过程中，往往在达到某个特定状态时，有关的物理量将发生突变，此状态即为临界状态，相应物理量的值为临界值。2.临界问题的标志（1）有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，一般表明题述的过程存在着临界点。（2）若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就对应临界点。（3）若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点。（4）若题目要求“最终加速度”“稳定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度。3.四种典型的临界条件（1）接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离的临界条件是弹力FN=0。（2）相对静止与相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止状态时，常常存在静摩擦力，则相对静止与相对滑动的临界条件为静摩擦力达到最大值。（3）绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的，绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它的最大张力;绳子松弛的临界条件是拉力FT=0。（4）加速度与速度的临界条件：当物体受到变力作用，加速度为零时，物体处于临界状态，所对应的速度便会出现最大值或最小值。4.解答临界极值问题的三种方法（1）极限法:解决临界问题一般都用极限法，即把问题推向极端，分析在极端情况下可能岀现的状态满足的条件，应用物理规律列出在极端情况下的方程，从而找出临界条件。（2）假设法：有些物理过程没有出现明显的临界线索，即判断不出会不会出现临界状态，解决此类问题时，一般用假设法，即假设出现某种临界状态，分析物体的受力情况与题设是否相同，然后再根据实际情况处理。（3）数学法:将物理方程转化为数学表达式，如二次函数、不等式、三角函数等，然后根据数学中求极值的方法，求出临界条件。 【典例13】如图，水平地面上有一汽车做加速运动，车厢内有一个倾角θ=37°的光滑斜面，斜面上有一个质量为m的小球，用轻绳系于斜面的顶端，小球的重力大小为mg，绳对球的拉力大小为FT、斜面对小球的弹力大小为FN，当汽车以大小为a的加速度向左做匀加速直线运动时（sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g取10m/s2）（）A．若a=14m/s2，小球受mg、FT、FN三个力作用B．若a=14m/s2，小球受mg、FT两个力作用C．若a=13m/s2，小球受mg、FT两个力作用D．不论a多大，小球均受mg、FT、FN三个力作用【典例14】如图所示，静止在水平面上的小车里用两根不可伸长的轻绳连着一质量为m的小球，绳子均处于拉直状态，AB绳水平，在以下情况中BC绳保持与竖直方向的夹角为α，则下列说法正确的是（）A．若小车突然向右加速运动时，BC绳对球的拉力不变B．若小车突然向左加速运动时，BC绳对球的拉力会增大C．若小车突然向左加速运动时，小车的加速度不可能小于gD．不管小车向左或向右运动，AB绳的拉力不可能为0【典例15】（多选）如图所示，一辆运送沙子的自卸卡车装满沙子，沙粒之间的动摩擦因数为μ1，沙子与车厢底板间的动摩擦因数为μ2μ2>A．要顺利地卸干净全部沙子，应满足μB．要顺利地卸干净全部沙子，应满足μC．只卸去部分沙子，车上还留有一部分沙子，应满足μD．只卸去部分沙子，车上还留有一部分沙子，应满足μ重难点3:传送带模型1.传送带的基本类型一个物体以速度v0(v0≥0)在另一个匀速运动的物体上运动的力学系统可看成传送带模型.传送带模型按放置方向分为水平传送带和倾斜传送带两种，如图所示。2.水平传送带当传送带水平转动时，应特别注意摩擦力的突变和物体运动状态的变化.摩擦力的突变常常导致物体的受力情况和运动性质的突变。求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断。静摩擦力达到最大值时是物体与传送带恰好保持相对静止的临界状态，滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间，因此两物体的速度达到相同时，滑动摩擦力要发生突变(摩擦力变为零或变为静摩擦力)。判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度与传送带的速度关系，也就是分析物体在运动(对地)的过程中速度是否和传送带速度相等.物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻。项目图示滑块可能的运动情况情景一(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速情景二(1)v0>v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速(2)v0<v时，可能一直加速，也可能先加速再匀速情景三(1)传送带较短时，滑块一直减速到达左端(2)传送带较长时，滑块还要被传送带传回右端．其中v0>v返回时速度为v，当v0<v返回时速度为v03.倾斜传送带项目图示滑块可能的运动情况情景一①可能一直加速②可能先加速后匀速情景二①可能一直加速②可能先加速后匀速③可能先以a1加速后以a2加速情景三①可能一直加速②可能先加速后匀速③可能一直匀速④可能先以a1加速后以a2加速情景四①可能一直加速②可能一直匀速③可能先减速后反向加速对于倾斜传送带，除了要注意摩擦力的突变和物体运动状态的变化外，还要注意物体与传送带之间的动摩擦因数与传送带倾角的关系.若μ≥tanθ且物体能与传送带共速，则共速后物体做匀速运动；若μ＜tanθ且物体能与传送带共速，则共速后物体做匀变速运动。求解的关键在于分析物体与传送带间的相对运动情况,确定其是否受到滑动摩擦力作用.如果受到滑动摩擦力作用,应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况。当物体的速度与传送带的速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变。 【典例16】如图所示，足够长水平传送带逆时针转动的速度大小为v1，一小滑块从传送带左端以初速度大小v0滑上传送带，小滑块与传送带之间的动摩擦因数为μ，小滑块最终又返回到左端。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（A．小滑块的加速度向右，大小为μgB．若v0<C．若v0>D．若v0>【典例17】如图甲所示，倾斜的传送带正以恒定速率v1沿顺时针方向转动，传送带的倾角为37∘。一煤块以初速度v0从传送带的底部冲上传送带并沿传送带向上运动，其运动的v−t图像如图乙所示，煤块到传送带顶端时速度恰好为零，sin37∘=0.6，A．煤块在传送带上的划痕为8米B．物块与传送带间的动摩擦因数为0.5C．摩擦力方向一直与物块运动的方向相反D．传送带转动的速率越大，物块到达传送带顶端时的速度就会越大【典例18】（多选）如图所示，水平传送带A、B两端点相距x=4m,以v0=2ms的速度（始终保持不变）顺时针运转，今将一小煤块（可视为质点）无初速度地轻放至A点处，已知小煤块与传送带间的动摩擦因数为0.1，g取10m/s2，由于小煤块与传送带之间有相对滑动，会在传送带上留下划痕，则小煤块从A．小煤块先做加速运动后做匀速运动B．小煤块一直做加速运动C．小煤块从A运动到B的时间是2D．小煤块从A运动到B的时间是3s【典例19】（多选）一足够长的粗糙倾斜传送带以恒定的速率逆时针转动，某时刻在传送带上适当的位置放上具有一定初速度v0的小物块，如图所示，取沿传送带向下的方向为正方向，则下列描述小物块在传送带上运动的v-t图像中可能正确是（）A． B．C． D．【典例20】（多选）粮袋的传送装置如图所示，已知A、B两端间的距离为L，传送带与水平方向的夹角为θ，工作时运行速度为v，粮袋与传送带间的动摩擦因数为μ，正常工作时工人在A端将粮袋轻放到运行中的传送带上。设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度大小为g。关于粮袋从A到B的运动，以下说法正确的是（

）A．粮袋到达B端的速度与v比较，可能大，可能小，也可能相等B．若L足够大，且μ>tanθ，粮袋先做加速度为g(sinθ−μcosθ)的匀加速运动，再以速度v做匀速运动C．若L足够大，且μ<tanθ，粮袋先做加速度为g(sinθ＋μcosθ)的匀加速运动，再做加速度为g(sinθ−μcosθ)做匀加速运动D．不论μ大小如何，粮袋从A端到B端一直做匀加速运动，且加速度a>gsinθ一、单选题1．一个滑块在倾角为θ的斜面上恰好匀速下滑，若该滑块以某一较大的初速度从斜面底端冲上斜面，则在滑块向上运动的过程中，滑块的加速度大小是（）A．gsinθ B．gcosθ C．2gsinθ D．2gcosθ2．如图所示，ad、bd、cd是竖直平面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、d位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，d点为圆周的最低点。每根杆上都套着一个小滑环，三个滑环分别从a、b、c处释放（初速度都为0），用t1、t2、t3依次表示各滑环滑到d的时间，则（）A．t1<tC．t1>t3．如图所示，光滑水平桌面上木块A、B叠放在一起，木块B受到一个大小为F水平向右的力，A、B一起向右运动且保持相对静止。已知A的质量为m、B的质量为2m，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．木块A受到两个力的作用B．木块B受到四个力的作用C．木块A所受合力大小为FD．木块B受到A的作用力大小为mg4．如图所示，A、C、D长方体木块完全相同，质量均为m，其中C、D放在光滑水平面上，A放在长木板B上，B质量为3m，A、B、C、D间动摩擦因数均为μ，现用水平向右的恒力F拉木块A，使A、B、C、D保持相对静止一起沿水平面向右运动，不计空气阻力，重力加速度为g，则（）A．B对A的摩擦力大小为μmg，方向向左B．A对B的摩擦力大小为5F6C．C对B的摩擦力大小为F3D．C、D两木块所受到的摩擦力大小相等，方向相反5．如图所示，光滑水平地面上有一足够长的轻质薄板，物块A和物块B分别静止在薄板上，两物块的质量均为m=2kg，物块A与薄板之间的动摩擦因数μ1=0.2，物块B与薄板之间的动摩擦因数μ2=0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现对