新高考物理一轮复习重难点练习难点05 牛顿第二定律的综合应用（原卷版）

难点05牛顿第二定律的综合应用一、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(1)整体法当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体，分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法．(2)隔离法当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中隔离出来，分析其受力和运动情况，再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法．(3)处理连接体方法①共速连接体，一般采用先整体后隔离的方法．如图所示，先用整体法得出合力F与a的关系，F＝(mA＋mB)a，再隔离单个物体(部分物体)研究F内力与a的关系，例如隔离B，F内力＝mBa＝eq\f(mB,mA＋mB)F②关联速度连接体分别对两物体受力分析，分别应用牛顿第二定律列出方程，联立方程求解．力的“分配”两物块在力F作用下一起运动，系统的加速度与每个物块的加速度相同，如图：地面光滑m1、m2与地面间的动摩擦因数相同，地面粗糙m1、m2与固定粗糙斜面间的动摩擦因数相同，以上4种情形中，F一定，两物块间的弹力只与物块的质量有关且F弹＝eq\f(m2,m1＋m2)F.【例1】（2022·全国·高三课时练习）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SKIPIF1<0＋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【例2】（2022·江苏·模拟预测）如图，在倾角为SKIPIF1<0的光滑斜面上，有两个物块P和Q，质量分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，用与斜面平行的轻质弹簧相连接，在沿斜面向上的恒力F作用下，两物块一起向上做匀加速直线运动，则（

）A．两物块一起运动的加速度大小为SKIPIF1<0B．弹簧的弹力大小为SKIPIF1<0C．若只增大SKIPIF1<0，两物块一起向上匀加速运动时，它们的间距变小D．若只增大SKIPIF1<0，两物块一起向上匀加速运动时，它们的间距变大二、动力学中的临界和极值问题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＝0.2．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．3．解题方法极限法把物理问题(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连接体恰好脱离满足两个条件(1)物体间的弹力FN＝0；(2)脱离瞬间系统、单个物体的加速度仍相等．【例3】（2022·山西吕梁·一模）质量为m1的数学书和质量为m2的物理书叠放在桌面上，数学书和桌面之间的动摩擦因数为μ1，物理书和数学书之间的动摩擦因数为μ2，欲将数学书从物理书下抽出，则要用的力至少为（）A．（μ1+μ2）（m1+m2）g B．（m1+m2）g+μ1m2gC．（μ1+μ2）m2g D．（μ1m1+μ2m2）g【例4】（2022·全国·高三专题练习）如图所示一位登山者小王站在倾角为30°的斜坡上，正在通过平行于斜坡的绳索拉动朋友。已知小王总质量为65kg，最大静摩擦力为压力的0.8倍，sin30°=0.5、cos30°=0.87，若小王没有滑动，则（）A．小王受到的摩擦力可能沿斜坡向下B．小王对绳索的拉力最大值约为125NC．朋友丢掉背包后，小王受到的最大静摩擦力会减小D．小王受到绳索拉力与摩擦力的合力会随绳索拉力的变化而变化【例5】（2023·全国·高三专题练习）竖直插销的简化侧视图如图所示，下端部件A可沿水平槽向前推动，部件B可沿竖直槽向上滑动。A、B之间的接触面与水平成45°角且摩擦因数为μ，槽与A、B间的摩擦不计。若B的质量为m，为使插销启动，加在A上的水平力F的最小值为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0动力学图像问题1．常见图像v－t图像、a－t图像、F－t图像、F－a图像等．2．题型分类(1)已知物体受到的力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况．(2)已知物体的速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况．(3)由已知条件确定某物理量的变化图像．3．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所表示的物理意义：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6】（2022·山东·高三专题练习）如图甲所示，水平桌面上一个物块在与桌面平行的外力牵引下做直线运动，其v—t图像如图乙所示，已知物块质量为2kg，物块与地面间动摩擦因数为0.3，重力加速度g大小取10m/s2，以下判断正确的是（

）A．物体在1~3s内摩擦生热36JB．物体在0~1s内水平力F大小为14NC．物体在0~1s内和3~5s内的合外力冲量大小之比为1：2D．0~5s内水平力F对物体做的功大于摩擦力对物体做的功【例7】（2022·山东枣庄·模拟预测）如图甲所示，一物体放在水平地面上，物体所受水平拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，物体的速度v随时间t的变化关系如图丙所示，下列说法正确的是（）A．物体的质量为1kgB．丙图中横坐标t1的数值为7.5C．0~6s内，拉力的冲量为10N•sD．0~t1内，物体克服摩擦力所做的功为29J一、单选题1．（2022·山西大同·高三阶段练习）如图所示，质量为SKIPIF1<0的物块A与水平地面间的动摩擦因数为SKIPIF1<0，质量为m的物块B与地面的摩擦不计，在大小为F的水平推力作用下，A、B一起向右做加速运动，则A和B之间的作用力大小为（）。A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（2022·河北省唐县第一中学高三阶段练习）如图所示，倾角SKIPIF1<0的足够长斜面静止在水平地面上，质量m=0.1kg的物块A与质量M=0.3kg的物块B，用细线绕过光滑定滑轮连接，物块A与定滑轮间的细线与斜面平行，用手（图中未画出）托着物块B，使其与定滑轮间的细线竖直。将物块B由静止释放，当物块A沿斜面向上运动L=0.4m的距离时（物块B未落地），细线断开。已知物块A与斜面间的动摩擦因数μ=0.5，斜面始终保持静止，取重力加速度大小g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，下列说法正确的是（）A．释放物块B前，水平地面对斜面的摩擦力方向向右B．细线断开时，物块A的速度大小为2m/sC．物块A沿斜面向上运动的时间为0.2sD．细线断开后，物块A沿斜面向上运动时，水平地面对斜面的摩擦力大小为1.2N3．（2022·湖南永州·三模）在倾角为θ的光滑固定绝缘足够长的斜面上有两个用绝缘轻弹簧连接的物块A和B，它们的质量分别为m和3m，弹簧的劲度系数为k，C为一固定挡板，开始未加电场，系统处于静止状态，A带正电，B不带电，现加一沿斜面向上的匀强电场，物块A沿斜面向上运动，当B刚离开C时，A的速度为v，之后两个物体运动中，当A的加速度为0时，B的加速度大小为a，方向沿斜面向上，则下列正确的是（

）A．未加电场时，挡板C对物块B的作用力大小为SKIPIF1<0B．从加电场后到B刚离开C的过程中，A发生的位移大小为SKIPIF1<0C．从加电场后到B刚离开C的过程中，物块A的机械能和电势能之和保持不变D．B刚离开C时，电场力对A做功的瞬时功率为SKIPIF1<04．（2022·四川·石室中学三模）如图甲所示，一物块从倾角为SKIPIF1<0的斜面底端以一定的初速度沿足够长的斜面上滑，其运动的速度一时间图像如图乙所示，2t0时刻速度减为零，5t0时刻回到出发点。则下列说法正确的是（）A．物块返回斜面底端时的速度大小为SKIPIF1<0B．物块返回斜面底端时的速度大小为SKIPIF1<0C．物块与斜面之间的动摩擦因数为SKIPIF1<0D．物块与斜面之间的动摩擦因数为SKIPIF1<05．（2022·湖南·长郡中学模拟预测）如图所示，不带电物体A和带电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接，A、B的质量分别为2m和m，劲度系数为k的轻弹簧一端固定在水平面上，另一端与物体A相连，倾角为θ斜面处于沿斜面向上的匀强电场中，整个系统不计一切摩擦。开始时，物体B在一沿斜面向上的外力SKIPIF1<0的作用下保持静止且轻绳恰好伸直，然后撤去外力F，直到物体B获得最大速度，且弹簧未超过弹性限度（已知弹簧形变量为x时弹性势能为SKIPIF1<0为），则在此过程中（）A．物体B带负电，受到的电场力大小为SKIPIF1<0B．物体B的速度最大时，弹簧的伸长量为SKIPIF1<0C．撤去外力F的瞬间，物体B的加速度为SKIPIF1<0D．物体B的最大速度为SKIPIF1<06．（2022·湖南·长郡中学二模）如图所示，倾角为SKIPIF1<0的斜面体C置于水平面上，在它上面放有质量为m的木块B，用一根平行于斜面的细线连接一个轻环A，并将轻环套在一根两端固定、粗糙的水平直杆上，整个系统处于静止状态，重力加速度为g。则（）A．若斜面体上表面粗糙，细线对木块B一定有拉力作用B．若斜面体上表面粗糙，水平面对斜面体C的摩擦力方向可能向右C．若斜面体上表面光滑，水平面对斜面体C的摩擦力大小为SKIPIF1<0D．若斜面体上表面光滑，则细线被剪断的前后，水平面对斜面体C的摩擦力方向会反向二、多选题7．（2022·海南·嘉积中学三模）如图，P、Q两物体叠放在水平面上，已知两物体质量均为SKIPIF1<0，P与Q间动摩擦因数为SKIPIF1<0，Q与水平面间动摩擦因数为SKIPIF1<0，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度SKIPIF1<0，当水平向右的外力SKIPIF1<0作用在Q物体上时。下列说法正确的是（）A．Q对P的摩擦力方向水平向右 B．水平面对Q的摩擦力大小为2NC．P与Q之间的摩擦力大小为4N D．P与Q发生相对滑动8．（2022·新疆·模拟预测）如图所示，质量为SKIPIF1<0、倾角为SKIPIF1<0的光滑斜面置于光滑的水平地面上，将一质量为SKIPIF1<0的小球从斜面上由静止释放，同时对斜面施加一水平方向的力SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A．若要使斜面和小球保持相对静止，则SKIPIF1<0B．若要使斜面和小球保持相对静止，则SKIPIF1<0C．若要使小球做自由落体运动，则SKIPIF1<0D．若要使小球做自由落体运动，则SKIPIF1<09．（2022·云南·二模）如图所示，在倾角为SKIPIF1<0的斜面上放置A、B两正方体物块（可以视为质点），A、B两物块质量分别为M、m。A物块与斜面之间的动摩擦因数为SKIPIF1<0，B与斜面之间无摩擦，两物块相互接触由静止释放。已知重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（）A．两物块的加速度大小为SKIPIF1<0B．两物块的加速度大小为SKIPIF1<0C．两物块之间的弹力大小为SKIPIF1<0D．两物块之间的弹力大小为SKIPIF1<010．（2022·广东·高三阶段练习）一物块在平行于斜面向下的拉力F作用下沿粗糙的斜面向下做匀加速直线运动，如图甲所示，斜面倾角为37°，物体运动的加速度a随拉力F的变化图像如图乙所示，重力加速度g取10m/s2，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则（）A．如果增大斜面的倾角SKIPIF1<0，则图线的斜率变大 B．如果增大物块的质量，则图线的斜率变小C．物块的质量SKIPIF1<0kg D．物体和斜面之间的动摩擦因数SKIPIF1<011．（2022·全国·高三专题练习）如图，质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上，二者用一轻弹簧水平连接，两滑块与桌面间的动摩擦因数均为SKIPIF1<0。重力加速度大小为g。用水平向右的拉力F拉动P，使两滑块均做匀速运动；某时刻突然撤去该拉力，则从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前（）A．P的加速度大小的最大值为SKIPIF1<0B．Q的加速度大小的最大值为SKIPIF1<0C．P的位移大小一定大于Q的位移大小D．P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小12．（2022·湖南·长郡中学二模）如图所示，小物块放在足够长的木板AB上，以初速度SKIPIF1<0从木板的A端向B端运动，若木板与水平面之间的夹角不同，物块沿木板向上运动的最大距离也不同。已知物块与木板之间的动摩擦因数为μ，若物块沿木板运动到最高点后又返回到木板的A端，且沿木板向下运动的时间是向上运动时间的3倍，则下列说法正确的是（）A．物块上滑时损失的机械能是下滑时损失的机械能的3倍B．物体下滑到A端时的速度v的大小是初速度SKIPIF1<0大小的SKIPIF1<0C．物块上滑时的合力的冲量是下滑时合力的冲量的3倍D．根据题设条件不能求出斜面倾角的正切SKIPIF1<0的大小三、解答题13．（2021·河北·深州长江中学高三阶段练习）如图所示，两个质量均为m=1kg的物体A、B并排放置在倾角为θ=30°的固定斜面上，且物体A与斜面间的动摩擦因数为SKIPIF1<0。现用沿斜面向上、大小为20N的恒力F作用在物体A上，使二者一起沿着斜面运动，8s后撤去力F，已知物体B与A之间的相互作用力与恒力F之比为7：16，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，求（1）物体B与斜面间的动摩擦因数；（2）撤去力F瞬间，物体A的加速度大小；（3）撤去力F后，上滑过程中A、B间的最大距离。14．（2022·四川省南充高级中学高三阶段练习）一个质量SKIPIF1<0的小物块，以SKIPIF1<0的初速度，在平行斜面向上的拉力SKIPIF1<0作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经SKIPIF1<0的时间物块由A点运动到B点，A、B之间的距离SKIPIF1<0，已知斜面倾角SKIPIF1<0。求：（1）物块加速度a的大小；（2）物块与斜面之间的动摩擦因数SKIPIF1<0；（3）若拉力F的大小和方向可调节，如图所示，为保持原加速度不变，F的最小值是多少。15