2022年高考物理第一轮复习 补充资料 第3单元 牛顿运动定律3 牛顿运动定律的应用1

2022年高考物理第一轮复习 补充资料 第3单元 牛顿运动定律3 牛顿运动定律的应用1一知识点1超重和失重2连接体问题3临界与极值4多过程问题二典例解析1超重和失重（含完全失重）【例1】（xx年海南卷）如右图，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块：木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为A加速下降B加速上升C减速上升D减速下降BAv变式：如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛（不计空气阻力）。下列说法正确的是A. 在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B. 上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C. 下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D. 在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力2连接体问题（整体与隔离 内力与外力 过程与状态 力的传递规律）ABF【例2】如图所示,光滑水平地面上有A、B两物块，质量分别为mA和mB，中间用轻绳水平相连。现给B物块水平向右的力F，求轻绳传递给A的力T。（考虑水平面的摩擦呢？在能拖动的前提下 ）ABF变式1：若例2中，给A一个水平向左的力，且m。第一次用F1作用于小车A上，使系统（车与小球）一起向左匀加速直线运动，倾斜的细线与水平方向成角；第二次用F2作用于小球B上，使系统一起向右匀加速直线运动，倾斜的细线与水平方向亦成角。设两种情况下细线对小球的拉力分别为T1和T2，则有：（ ）A. T1=T2 F1=F2 B. T1=T2 F1F2C. T1T2 F1T2 F1F2 FAB变式7：如图所示，质量分别为mA和mB两球A、B用轻绳相连，在F作用下向上加速运动，不计空气阻力，则轻绳的张力多大？（一定要向上加速吗？比如小于总重力呢？）变式8：如图所示，弹簧秤外壳质量为m0，弹簧及挂钩的质量忽略不计，挂钩吊着一质量为m的重物，现用一方向竖直向上的外力F拉着弹簧秤，使其向上做匀加速运动，则弹簧秤的示数为 （ ）ABCDAB变式9：如图所示，A、B两物体质量分别为mA、mB，且mAmB，通过一轻绳跨过轻定滑轮连接，不计一切摩擦。求释放后轻绳对B球的拉力T。【例3】如图所示，质量M=kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块：A与质量m=kg的小球相连。今用跟水平方向成=300角的力F=N,拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中M、m相对位置保持不变，取g=10m/s2。求：（1）运动过程中轻绳与水平方向夹角；（2）木块与水平杆间的动摩擦因数为。3临界与极值问题（假设法 极限法 解析法 图解法）【例4】如图所示，细线的一端固定于倾角为45的光滑楔形滑块A的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m的小球，当滑块至少以加速度a= 向左运动时，小球对滑块的压力等于零，当滑块以a=2g的加速度向左运动时，线中拉力T= 。变式1：如图甲所示，一质量为m的物体，静止于动摩擦因数为的水平地面上，现用与水平面成角的力F拉物体，为使物体能沿水平地面做匀加速运动，求F的取值范围。变式2：F一质量为m的物体，在一动摩擦因数为的水平面上受水平力F的作用做匀加速直线运动，现在对该物体多施加一个力的作用而不改变它的加速度，问：（1）上述情况有可能出现吗？（2）若有可能，应沿什么方向施力？对该力的大小有何要求？（通过定量计算和必要的文字说明回答）变式3：下面甲、乙、丙、丁四个图中，轻质弹簧的一端固定在地面上，物体A、B（不粘连）叠放在一起，质量分别为m和M，没有F作用时A、B能保持静止的位置称为平衡位置。下列说法中正确的是：FFFF乙图（B与弹簧粘连，用力F向下压住）丙图（B与弹簧粘连，用力F向下压住）丁图（B与弹簧粘连，开始时A、B处于平衡位置，后施力F）甲图（B与弹簧不粘连，用力F向下压住）A甲图中撤去F后，物体A、B到达平衡位置时速度最大，弹簧恢复原长后若再上升A、B不会分离B乙图中撤去F的瞬间，A、B间弹力大小为m(g+)，物体A、B上升到达平衡位置时分离C丙图中F若小于(M+m)g，则撤去F后，物体A、B上升过程中不会分离 D丁图中要使物体A、B从平衡位置向上匀加速运动，则F应随位移线性减小，直到弹簧恢复原长变式4：如图所示，长L1.6m，质量M3kg的木板静放在光滑水平面上，质量m1kg的小物块放在木板的右端，木板和物块间的动摩擦因数0.1。现对木板施加一水平向右的拉力F，取g10m/s2，求：(1)使物块不掉下去的最大拉力F；(2)如果拉力F10N恒定不变，小物块的所能获得的最大速度。4多过程问题（一般有多物体，多过程常结合能量观点解题） 【例6】如图所示，质量为4m，长为L的圆管上端塞有一个质量为m的弹性小球，球和管间的滑动摩擦力和最大静摩擦力大小均为2mg圆管从距垂直于斜面的挡板H处由静止滑下，已知斜面光滑，且30，圆管碰到挡板后以原速度大小弹回，管与挡板的作用时间极短。求：(1)圆管弹起后小球不致滑落出圆管，L应满足什么条件? （10分）(2)圆管上升到最大高度时与挡板的距离? （ 2分）HEBADNMO变式：（xx四川）在如图所示的竖直平面内，物体A和带正电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接，分别静止于倾角370的光滑斜面上的M点和粗糙绝缘水平面上，轻绳与对应平面平行。劲度系数k=5N/m的轻弹簧一端固定在O点，一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连，弹簧处于原长，轻绳恰好拉直，DM垂直于斜面。水平面处于场强E5104N/C、方向水平向右的匀强电场中。已知A、B的质量分别为mA=0.1kg,mB=0.2kg,B所带电荷量q=+410-6C。设两物体均视为质点，不计滑轮质量和摩擦，绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，B电量不变。取g10m/s2,sin370=0.6,cos370=0.8 (1) 求B所受摩擦力的大小；(2) 现对A施加沿斜面向下的拉力F使A以加速度a=0.6m/s2开始作匀加速直线运动。A从M到N的过程中，B的电势能增加了。已知DN沿竖直方向，B与水平面间的动摩擦因数为=0.4.求A到达N点时拉力F的瞬时功率？典例解析参考答案例1：BD 变式：A（整个过程AB均处于完全失重状态）例2：分析：以A、B整体为研究对象，有：a=以A为对象，有：T=mAa得：T=规律：轻绳传递给A的力T与A的质量mA在系统质量(mA+mB)中所占比例成正比。变式1：T=+规律：可以把F理解成两个同向的分力和（F-），若只有（F-）存在，则T=，再考虑另一个分力叠加时，这个力不改变系统加速度，会等大传递，即传递的力为+。变式2： FN=变式3：FN=变式4：FNx=变式5：分析：对系统受力分析并应用牛顿第二定律，有：a=以B为对象，有：Tx=mBa得：Tx=变式6：解析：先对小球在竖直方向上进行受力分析，两种情况下小球受竖直向上的力都来自于T1和T2的分力，与小球的重力平衡，有：T1sin=mgT2sin=mg得：T1=T2 再在水平方向考虑A、B间传递的力，即细线拉力T的水平分力。第一种情况中A传递给B的水平力为：T1cos第二种情况中B传递给A的水平力为：T2cos因为T1=T2，故两种情况下A、B间传递的水平力相等：T1cos= T2cos=Tx传由连接体间弹力的传递规律有：第一种情况下：F1通过A传递给B的水平力为Tx传= 第二种情况下：F2通过B传递给A的水平力为Tx传=因传递的力相等，故有： = 考虑到Mm，所以：F1F2故正确的选项是B。变式7：FT=式8：D（示数与mg的大小关系如何？示数大于mg）变式9：根据力的传递规律，把A所受的重力mAg分解为两个同方向的力mBg和(mAg-mBg)，其中mBg被细绳全部传递给B物体，另一个分力按质量比例传递给B物体。即细绳上的张力为：T=mBg+ (mAg-mBg) =例3：（1）设细绳对B的拉力为T，由平衡条件可得：例4： a=g T=例4：（既要保证拉动并有加速度，又要保证不飘起来）变式2：（1）有可能；（2）沿与全反力平行的方向（左上或右下，与法线夹摩擦角s），向左上方最大为，向右下大小不限。【解析】在物体上施加一个力，不改变物体的加速度，只有两个可能的方向：若减小压力就会减小摩擦力，则要向后偏左上方，若增大压力就会增大摩擦力，则要向右偏右下方，只有这样才能保证物体所受合力不变。设施加的力为，如图甲所示，未施加前有：若偏向左上方与竖直方向夹（压力减小，摩擦力减小，水平方向合力不变），如图乙，有：联立有：，且,即FmgNfFmgNfFyFxFFmgNfFyFxF图甲图乙图丙若偏向右下方与竖直方向夹（压力增大，摩擦力增大，水平方向合力不变），如图丙，有：联立有：，的大小没有限制。 本题如果变为选择题，可利用摩擦角自锁规律秒解。变式3：A C变式4：例题6：答案：(1) (2) 小球：（2分）圆管：（2分）设经过时间t1,小球速度减到零，此时圆管速度：小球 （2分）设经过时间t2，两者获得共速v2，（1分）小球（1分）圆管（1分） （1分） （2分）变式：【答案】（1）0.4N （2）0.528W【解析】（1）对A：绳拉力T 对B：受电场力FqE=0.2NT 故B受到的摩擦力：f=TF=0.4N(2)A从M到N的过程中，B的电势能增加了,则克服电场力做功为A、B匀加速直线运动，加速度大小a、运动的位移大小s、末速度大小v都相等，对B： T11.12N对A到达N点时：弹簧的伸长量x=弹力0.1=0.5N由牛顿第二定律得：F0.88NA到达N点时拉力F的瞬时功率三对应练习1 “蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。据图可知，此人在蹦极过程中最大加速度约为AgB2g C3gD4gBhO2（xx年天津卷）图4是滑道压力测试的示意图，光滑圆弧轨道与光滑斜面相切，滑道底部B处安装一个压力传感器，其示数N表示该处所受压力的大小。某滑块从斜面上不同高度h处由静止下滑，通过B时，下列表述正确的有AN小于滑块重力BN大于滑块重力CN越大表明h越大DN越大表明h越小3如图，在水平面上的箱子内，带异种电荷的小球a、b用绝缘细线分别系于箱子的上、下两边，处于静止状态。地面受到的压力为N，球b所受细线的拉力为F。剪断连接球b的细线后，在球b上升过程中地面受到的压力A小于NB等于NC等于N+FD大于N+F4如图所示，重4N的物体A，被平行于斜面的细线栓在斜面的上端，整个装置保持静止状态，倾角为300的斜面被固定在测力计上，物块与斜面间无摩擦，装置稳定后，当细线被烧断物块正在下滑时与静止时比较，测力计的示数（ ）A增加4N B减少3N C减少1N D不变5如图所示，固定斜面倾角为，整个斜面分为AB、BC两段，且2AB=BC小物块P（可视为质点）与AB、BC两段斜面之间的动摩擦因数分别为1、2已知P由静止开始从A点释放，恰好能滑动到C点而停下，那么、1、2间应满足的关系是（ ）Atan=Btan= Ctan=212Dtan=2216如图所示，光滑水平面上有质量分别为m1和m2的甲、乙两木块，两木块中间用一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧连接起来，现用一水平力F向左推木块乙，当两木块一起匀加速运动时，两木块之间的距离是 AB C D7如图所示，质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐振动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于A0BkCD 8如图所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的，即a=g,则小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？9（xx年上海卷）如图，将质量m0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上。环的直径略大于杆的截面直径。环与杆间动摩擦因数m0.8。对环施加一位于竖直平面内斜向上，与杆夹角q53的拉力F，使圆环以a4.4m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小。（取sin530.8，cos530.6，g10m/s2）。10（xx年江苏卷）(16分）某缓冲装置的理想模型如图所示，劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，与槽间的滑动摩擦力恒为f。轻杆向右移动不超过l时，装置可安全工作。一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧，将导致轻杆向右移动。轻杆与槽间的最大静擦力等于滑动摩擦力，且不计小车与地面的摩擦。（1）若弹簧的劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x；（2）求为使装置安全工作，允许该小车撞击的最大速度vm ； （3）讨论在装置安全工作时，该小车弹回速度v和撞击速度v的关系。mvl轻杆对应练习参考答案1【答案】B（竖直向上，与第一个F最大值（峰）对应）2【答案】B、C3【答案】D（剪断后瞬间压力等于N+F，剪断后的过程中压力大于N+F，且逐渐增大。可用整体与隔离法，也可用系统牛顿第二定律）4【答案】C5【答案】A6【答案】7【答案】D8 9【解析】杆对环的弹力为零时，加速度最大为am由牛顿第二定律Fsin530mgFcosmam解得：F1.25N am=7.5m/s2当F1.25N时，杆对环的弹力向上由牛顿第二定律FcosFNmaFNFsinmg=0解得：F1N，当F1.25N时，杆对环的弹力向下由牛顿第二定律FcosFNmaFsinmgFN=0解得：F9N，10【解析】（1）轻杆开始移动时，弹簧的弹力 且 F=f解得 （2）设轻杆移动前小车对弹簧所做的功为W，则小车从撞击到停止的过程中动能定理 同理，小车以vm撞击弹簧时 解得 （3）设轻杆恰好移动时，小车撞击速度为v1由解得 当时，当时