2021高考物理二轮复习专题一力和运动第2讲力与直线运动课件

2021高考物理二轮复习专题一力和运动第2讲力与直线运动课件

第 2 讲 　 力与直线运动 - 2 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 - 3 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 1 . (2019· 浙江卷 ) 甲、乙两物体零时刻开始从同一地点向同一方向做直线运动 , 位移 — 时间图像如图所示 , 则在 0 ~t 1 时间内 ( 　　 ) A. 甲的速度总比乙大 B. 甲、乙位移相同 C. 甲经过的路程比乙小 D. 甲、乙均做加速运动 B 解析 : 在位移 — 时间图像中 , 斜率表示速度 , 在 t 1 时刻 , 乙的斜率大于甲的斜率 , 乙的速度大于甲的速度 ,A 错误 ; 在位移 — 时间图像中 , 位移就是两时刻的坐标差 ,0 ~t 1 时间内 , 甲和乙的坐标差相等 ,B 正确 ; 斜率始终为正数 , 表明速度始终沿着正方向做直线运动 , 位移等于路程 , 甲和乙的路程相等 ,C 错误 ; 甲的斜率不变 , 甲做匀速运动 ,D 错误。 - 4 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 匀变速直线运动的图像。 能力要求 本题考查对位移图像的物理意义的理解 , 只要抓住纵坐标表示物体的位置 , 纵坐标的变化量等于物体的位移 , 斜率等于速度 , 就能 分析两 物体的运动情况。 - 5 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 2 . ( 多选 )(2016· 天津卷 ) 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。假设动车组各车厢质量均相等 , 动车的额定功率都相同 , 动车组在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比。某列动车组由 8 节车厢组成 , 其中第 1 、 5 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. 做匀加速运动时 , 第 5 、 6 节与第 6 、 7 节 车厢间的作用力之比为 3 ∶ 2 C. 进站时从关闭发动机到停下来滑行的距离与关闭发动机时的速度成正比 D. 与改为 4 节动车带 4 节拖车的动车组最大速度之比为 1 ∶ 2 BD - 6 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 设每节车厢质量为 m , 由题意可知 , 动车组所受阻力 F f =k· 8 mg , k 为比例系数。启动时 , 乘客随车一起向前做加速运动 , 水平方向由 F=m 人 a 知乘客所受到车厢作用力的方向与车运动方向相同 , 竖直方向受到重力和支持力 , 则乘客受到车厢作用力应沿前进方向斜向上 , 选项 A 错误 ; 做匀加速运动时 , 设总动力为 F , 则 F-k· 8 mg= 8 ma , 设第 5 、 6 节车厢之间的作用力为 F 1 , 以 “6 、 7 、 8” 三节车厢为研究对象 , 得 确 ; 进站时从关闭发动机到停下来 , 水平方向上只受阻力 , a'=kg , 由 0 -v 2 =- 2 ·a'·x 知 , 滑行距离与速度的二次方成正比 , 选项 C 错误 ;2 节动车 ,2 P=k· 8 mg·v m1 ,4 节动车 ,4 P=k· 8 mg·v m2 , 解得 v m1 ∶ v m2 = 1 ∶ 2, 故选项 D 正确。 - 7 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 牛顿运动定律、功率、动能定理。 能力要求 能应用整体法与隔离法 分析连接体 问题 , 恰当选取研究 对象 分析 动力学 与能量问题。 - 8 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 3 . ( 多选 )(2019· 全国卷 3) 如图甲所示 , 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 的作用 , 在 t= 4 s 时撤去外力。细绳对物块的拉力 F' 随时间 t 变化的关系如图乙所示 , 木板的速度 v 与时间 t 的关系如图丙所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取 10 m/s 2 。由题给数据可以得出 ( 　　 ) - 9 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 A. 木板的质量为 1 kg B.2 ~ 4 s 内 , 力 F 的大小为 0 . 4 N C.0 ~ 2 s 内 , 力 F 的大小保持不变 D. 物块与木板之间的动摩擦因数为 0 . 2 答案 : AB 　 解析 : 对物块受力分析可知 , 细绳对物块的拉力 F' 等于木板与物块间的摩擦力。由题图乙可知 , 滑动摩擦力 F f = 0 . 2 N, 设木板质量为 m 木 , m 木 = 1 kg,A 正确。对木板 :2 ~ 4 s 内 , F-F f =m 木 a 1 , a 1 = 0 . 2 m/s 2 , 求得 F= 0 . 4 N,B 正确。对木板 :0 ~ 2 s, 拉力 F 与静摩擦力 F f 静 平衡 , F=F f 静 =kt ,C 错误。物块质量未知 , 无法求正压力 , 无法求动摩擦因数 μ ,D 错误。 - 10 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 牛顿运动定律的综合应用。 能力要求 关键是弄清楚物体的运动过程和受力情况 , 利用牛顿第二定律或运动学的计算公式求解加速度 , 再根据题目要求进行 解答。 - 11 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 4 . (2018· 天津卷 ) 我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机 C919 首飞成功后 , 拉开了全面试验试飞的新征程。假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动 , 当位移 x= 1 . 6×10 3 m 时才能达到起飞所要求的速度 v= 80 m/s 。已知飞机质量 m= 7 . 0×10 4 kg, 滑跑时受到的阻力为自身重力 的 , 重力加速度 g 取 10 m/s 2 。求飞机滑跑过程中 : (1) 加速度 a 的大小 ; (2) 牵引力的平均功率 P 。 - 12 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 答案 : (1)2 m/s 2 　 (2)8 . 4×10 6 W 解析 : (1) 飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动 , 有 v 2 = 2 ax ① 代入数据解 得 a= 2 m/s 2 。 ② (2) 设飞机滑跑受到的阻力为 F 阻 , 依题意有 F 阻 = 0 . 1 mg ③ 设发动机的牵引力为 F , 根据牛顿第二定律有 F-F 阻 =ma ④ 联立 ②③④⑤⑥ 式得 P= 8 . 4×10 6 W 。 ⑦ - 13 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 牛顿运动定律 , 匀变速直线运动。 能力要求 分析运动 过程与受力情况 , 根据运动规律与牛顿运动 定律 分析 。 - 14 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 突破点五 匀变速直线运动规律的应用 考查方向 常以选择题或计算题的形式考查。 突破方略 1 . 牢记解决匀变速直线运动问题的五种常用方法 逆向思维法 → 匀减速直线运动可视为反方向的匀加速直线运动 比例法 → 适用于初速度为 0 或末速度为 0 的匀变速直线运动 - 15 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 突破点五 2 . 处理刹车类问题的思路 先判断刹车时间 , 再进行 分析计算 。 - 16 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 突破点五 模型构建 【例 1 】 (2019· 山东六校联考 ) 某高速公路同一直线车道上同向匀速行驶的轿车和货车 , 其速度大小分别为 v 1 = 30 m/s 、 v 2 = 20 m/s, 轿车与前方货车间距离 x 0 = 12 m 时轿车司机才发现货车 , 若此时轿车立即刹车 , 则轿车要经过 x= 112 . 5 m 的匀减速直线运动才能停下来。两车均可视为质点 , 忽略轿车司机的反应时间。 (1) 若轿车刹车时货车以速度 v 2 匀速行驶 , 通过计算 分析两 车是否会相撞 ; (2) 若轿车在刹车的同时给货车发信号 , 货车司机经 t 0 = 1 s 收到信号并立即以大小 a 0 = 2 m/s 2 的加速度匀加速行驶 , 通过 计算 分析 两 车是否会相撞。 - 17 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 突破点五 分析推理 (1) 匀减速直线运动追匀速直线运动 , 速度相等时若未相撞 , 以后还会相撞吗 ? (2) 货车司机在反应时间内做什么运动 ? (1) 提示 : 不会。 (2) 提示 : 仍以原来速度做匀速直线运动 。 - 18 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 突破点五 答案 : (1) 会相撞 　 (2) 不会相撞 解析 : (1) 轿车经过 x= 112 . 5 m 才能停下来 , 可得轿车刹车过程的加速度大小 a 1 = 4 m/s 2 恰好不相撞时两车速度相等 , 即 v 1 -a 1 t=v 2 货车前进的距离 x 2 =v 2 t= 50 m 因为 x 1 >x 2 +x 0 , 所以两车相撞。 - 19 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 突破点五 (2) 设经历时间 t' 两车的速度相等 则 v 1 -a 1 t'=v 2 +a 0 ( t'-t 0 ) 此过程中轿车前进的距离 解得 x 1 '= 52 m, x 2 '= 41 m 因 x 1 '-x 2 '= 11 m 6 N 时 ,A 相对于 B 运动 , 反之则相对静止。 由上面的分析知 , 当拉力 F< 4 N 时 , 二者相对静止一块运动 , 故 A 错误 ; 当拉力 F= 3 N 时 , 二者相对静止 , 对整体由牛顿第二定律得 确 ; 由上面的分析知 : 当 F> 6 N 时 ,A 相对于 B 运动。故 C 错误 ; 拉力 F 作用于 B,A 、 B 要发生相对运动时的加速度为 a'= μ g= 2 m/s 2 , 对整体由牛顿第二定律得 F'= ( m A +m B ) a'= 12 N 。当 F'> 12 N 时 ,A 相对于 B 运动 , 反之则相对静止 , 故 D 错误。 - 37 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 传送带问题 考查方向 常以选择题或计算题考查牛顿运动定律的应用 —— 传送带问题。 突破方略 1 . 传送带问题的实质是相对运动问题 , 这样的相对运动将直接影响摩擦力的方向。因此 , 搞清楚物体与传送带间的相对运动方向是解决该问题的关键。 2 . 传送带问题还常常涉及临界问题 , 即物体与传送带速度相同时 , 会出现摩擦力改变的临界状态 , 具体如何改变要根据具体情况判断。 - 38 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 模型构建 【例 4 】 ( 多选 )(2019· 山东泰安上学期期末 ) 如图所示 , 水平传送带匀速运动 , 在传送带的右侧固定一弹性挡杆。在 t= 0 时刻 , 将工件轻轻放在传送带的左端 , 当工件运动到弹性挡杆所在的位置时与挡杆发生碰撞 , 已知碰撞时间极短 , 不计碰撞过程的能量损失。则从工件被轻轻放在传送带的左端开始 , 到与挡杆第二次碰撞前的运动过程中 , 工件运动的 v - t 图像可能是 ( 　　 ) CD - 39 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 解析 : 工件与弹性挡杆发生碰撞后 , 其速度的方向发生改变 , 应取负值 , 故 A 、 B 错误 ; 工件与弹性挡杆发生碰撞前的加速过程中和工件与弹性挡杆碰撞后的减速过程中所受滑动摩擦力不变 , 所以两过程中加速度不变 , 故 C 、 D 正确。 - 40 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 迁移训练 4 . ( 多选 )(2018· 安徽滁州联合质检 ) 如图甲所示 , 倾角为 37 ° 足够长的传送带以恒定速率转动 , 将一质量 m= 1 kg 的小物体以某一初速度放在传送带上 , 物体相对地面的速度大小随时间变化的关系如图乙所示 , 取沿传送带向上为正方向 , g 取 10 m/s 2 ,sin 37 ° = 0 . 6,cos 37 ° = 0 . 8, 则下列说法正确的是 ( 　　 ) - 41 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 A. 传送带逆时针转动 , 速度大小为 4 m/s B. 物体与传送带间的动摩擦因数为 0 . 75 C.0 ~ 8 s 内物体位移的大小为 14 m D.0 ~ 8 s 内物体与传送带之间因摩擦而产生的热量为 126 J 答案 : CD 　 - 42 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 解析 : 由题图乙可知 , 小物体先沿负方向做减速运动 , 后沿正方向做加速运动 , 最后沿正方向匀速运动 , 故传送带速度方向沿斜面向上 , 最终物体和传送带的速度相同 , 传送带速度大小为 4 m/s,A 错误 ; 根据 v - t 图像的斜率表示加速度可得 , 物体相对传送带滑动时的 加速 - 43 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 “ 滑块 — 木板 ” 问题 考查方向 常以选择题或计算题考查牛顿运动定律的应用。 突破方略 1 . 分析 : “ 滑块 — 木板 ” 模型时要抓住一个转折和两个关联 (1) 一个转折 —— 滑块与木板达到相同速度或者滑块从木板上滑下是受力和运动状态变化的转折点。 (2) 两个关联 —— 转折前、后受力情况之间的关联和滑块、木板位移的板长之间的关联。 (3) 两物体发生相对运动的临界条件 —— 加速度相同且两物体间的摩擦力为最大静摩擦力 , 分析此 临界条件前后物体的运动状态是解题的关键。 - 44 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 2 . 分析多 过程问题的基本方法 应当将复杂的运动过程分解为几个子过程 , 就每个子过程进行求解 , 关键是 分析每 一个子过程的特征 ( 包括受力和运动 ) 并且要寻找各子过程之间的联系。 - 45 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 模型构建 【例 5 】 (2019· 天津南开中学月考 ) 如图甲所示 , 质量为 m'= 0 . 5 kg 的木板静止在光滑水平面上 , 质量为 m= 1 kg 的物块以初速度 v 0 = 4 m/s 滑上木板的左端 , 物块与木板之间的动摩擦因数为 μ = 0 . 2, 在物块滑上木板的同时 , 给木板施加一个水平向右的恒力 F 。当恒力 F 取某一值时 , 物块在木板上相对于木板滑动的路程为 s , 给木板施加不同大小的恒力 F , 得到 - F 的关系如图乙所示 , 其中 AB 与横轴平行 , 且 AB 段的纵坐标为 1 m - 1 。将物块视为质点 , 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 , 重力加速度 g 取 10 m/s 2 。 - 46 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 (1) 若恒力 F= 0, 则物块会从木板的右端滑下 , 求物块在木板上滑行的时间 t 是多少 ? (2) 图乙中 BC 为直线段 , 求该段 B 点的横坐标和 C 点的纵坐标。 (3) 图乙中 BC 为直线段 , 求该段恒力 F 的取值范围 及 - F 函数关系式。 - 47 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 分析推理 (1) 当 F 较小时 , 物块将从木板哪端滑下 ? (2) 当 F 较大时物块可以与长木板相对静止吗 ? (1) 提示 : 右端。 (2) 提示 : 可以。 - 48 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 解析 : (1) 以初速度 v 0 为正方向 , 物块的加速度大小 为 当 t= 1 s 时 , 滑块的速度为 2 m/s, 木板的速度为 4 m/s, 而当物块从木板右端滑离时 , 滑块的速度不可能小于木板的速度 ,t=1 s 应舍弃 , 故所求时间为 t= s 。 - 49 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 (2) ① 当 F 较小时 , 物块将从木板右端滑下 , 当 F 增大到某一值时物块恰好到达木板的右端 , 且两者具有共同速度 v , 历时 t 1 , 由题图乙知 , 相对路程 s ≤ 1 m 代入解得 F ≥ 1 N 。 - 50 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 ② 当 F 继续增大时 , 物块减速、木板加速 , 两者在木板上某一位置具有共同速度 ; 当两者共速后能保持相对静止 ( 静摩擦力作用 ), 一起以相同加速度 a 做匀加速运动 , 由于静摩擦力存在最大值 , 所以 F f ≤ F fmax = μ mg= 2 N, 联立解得 F ≤ 3 N 综上所述 , BC 段恒力 F 的取值范围是 1 N ≤ F ≤ 3 N, - 51 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 (3) 根据 (2) 的分析可得 : BC 段恒力 F 的取值范围是 1 N ≤ F ≤ 3 N, - 52 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 迁移训练 5 . (2019· 山东日照二模 ) 如图甲所示 , 质量 m'= 2 kg 、长 l= 1 m 的木板静止在粗糙的水平地面上 , 在木板的左端放置一质量 m= 1 kg 、大小可以忽略的铁块。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。 ( g 取 10 m/s 2 ) - 53 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 (1) 若在铁块上施加一随时间增大的水平力 F=kt ( k 是常数 ), 通过摩擦力传感器描绘出铁块受到木板的摩擦力 F f 随时间 t 变化的图像如图乙所示。求木板与地面间的动摩擦因数 μ 1 和木板与铁块间的动摩擦因数 μ 2 。 (2) 若在铁块上施加恒力 F , 使铁块从木板上滑落 , 求 F 的大小范围。 (3) 若在铁块上施加向右的恒力 F= 8 N, 求铁块运动到木板右端所用的时间。 - 54 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 答案 : (1) μ 1 = 0 . 1 　 μ 2 = 0 . 5 　 (2) F> 6 N 　 (3)1 s 解析 : (1) 由题图乙可知 ,0 ~ 1 s 内 , 木板与铁块均没有滑动 , F 1 =F=kt ;1 ~ 3 s, 木板和铁块相对静止 , 但整体相对地面运动 , 故 t= 1 s 时 , 恰好有 F f1 = μ 1 ( m+m' ) g= 3 N 。 求得木板与地面间的动摩擦因数 μ 1 = 0 . 1 3 s 后 , 木板和铁块相对滑动 , 铁块受到滑动摩擦力 , 有 μ 2 mg= 5 N 求得木板与铁块间的动摩擦因数为 μ 2 = 0 . 5 。 - 55 - 突破点三 突破点四 突破点五 突破点一 突破点二 (2) 使铁块从木板上滑落 , 必须有铁块的加速度大于木板的加速度 , 设铁块的加速度为 a 1 , 木板的加速度为 a 2 , 由牛顿第二定律 , 对铁块有 F- μ 2 mg=ma 1 对木板有 μ 2 mg- μ 1 ( m+m' ) g=m'a 2 当 a 1 >a 2 时 , 铁块才能从木板上滑落 , 代入数据解得 F> 6 N 。 (3) 由牛顿第二定律 F- μ 2 mg=ma 1 , 解得 a 1 = 3 m/s 2 ; 对木板有 μ 2 mg- μ 1 ( m+m' ) g=m'a 2 , 解得 a 2 = 1 m/s 2 解得 t= 1 s 。