高考物理考前三个月 名师专题讲义 专题二 力与物体的直线运动 第1课时 动力学观点在力学中的应用课件

本专题解决的是物体本专题解决的是物体(或带电体或带电体)在力的作用下的匀变速直线运动在力的作用下的匀变速直线运动问题高考对本专题考查的内容主要有：问题高考对本专题考查的内容主要有：匀变速直线运动的规律及运动图匀变速直线运动的规律及运动图像像问题；问题；行车安全问题；行车安全问题；物体在传送带物体在传送带(或平板车或平板车)上的运动问题；上的运动问题；带电粒子带电粒子(或带电或带电体体)在电场、磁场中的匀变速直线运动问题；在电场、磁场中的匀变速直线运动问题；电磁感应中的动电磁感应中的动力学分析考查的主要方法和规律有：动力学方法、图力学分析考查的主要方法和规律有：动力学方法、图像像法、法、临界问题的处理方法、运动学的基本规律等临界问题的处理方法、运动学的基本规律等专题定位抓住抓住“两个分析两个分析”和和“一个桥梁一个桥梁”“两个分析两个分析”是指是指“受受力分析力分析”和和“运动情景或运动过程分析运动情景或运动过程分析”“一个桥梁一个桥梁”是是指指“加速度是联系运动和受力的桥梁加速度是联系运动和受力的桥梁”综合应用牛顿运动综合应用牛顿运动定律和运动学公式解决问题定律和运动学公式解决问题应考策略 知 识 方 法 聚 焦 热 点 考 向 例 析 审题破题 真题演练栏目索引知识方法聚焦1.物体或带电粒子所受合力为恒力，且与速度方向共线物体或带电粒子所受合力为恒力，且与速度方向共线2.v0at.3.加速度加速度 位移位移 倾斜直线倾斜直线4.速度速度 抛物线抛物线5.压力压力 拉力拉力 无关无关 加速度加速度 超重超重 失重失重 完全失重完全失重 知识回扣 知识方法聚焦规律方法1.动力学的两类基本问题的处理思路动力学的两类基本问题的处理思路2.解决动力学问题的常用方法解决动力学问题的常用方法(1)整体法与隔离法整体法与隔离法.(2)正交分解法：一般沿加速度方向和垂直于加速度方向进行正交分解法：一般沿加速度方向和垂直于加速度方向进行分解，有时根据情况也可以把加速度进行正交分解分解，有时根据情况也可以把加速度进行正交分解.(3)逆向思维法：把运动过程的末状态作为初状态的反向研究逆向思维法：把运动过程的末状态作为初状态的反向研究问题的方法，一般用于问题的方法，一般用于直线运动问题，比如刹车直线运动问题，比如刹车问题、竖直上抛运动问题、竖直上抛运动.匀减速匀减速热点考向例析考向1运动学基本规律的应用例1(2014新课标新课标24)公路上行驶的两汽车之间应保持一公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离定的安全距离.当前车突然停止时，后车司机可以采取刹车当前车突然停止时，后车司机可以采取刹车措施，使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰措施，使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰.通常情通常情况下，人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为况下，人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1 s.当汽当汽车在晴天干燥沥青路面上以车在晴天干燥沥青路面上以108 km/h的速度匀速行驶时，的速度匀速行驶时，安全距离为安全距离为120 m.设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时因数为晴天时的的 .若要求安全距离仍为若要求安全距离仍为120 m，求汽车在雨，求汽车在雨天安全行驶的最大速度天安全行驶的最大速度.(g取取10 m/s2)审题突破审题突破 在反应时间内汽车做什么运动？采取刹车措施后在反应时间内汽车做什么运动？采取刹车措施后呢？要求安全距离和汽车的位移有什么关系？呢？要求安全距离和汽车的位移有什么关系？解析设路面干燥时，汽车与地面间的动摩擦因数为设路面干燥时，汽车与地面间的动摩擦因数为0，刹车，刹车时汽车的加速度大小为时汽车的加速度大小为a0，安全距离为，安全距离为s，反应时间为，反应时间为t0，由牛，由牛顿第二定律和运动学公式得顿第二定律和运动学公式得0mgma0 式中，式中，m和和v0分别为汽车的质量和刹车前的速度分别为汽车的质量和刹车前的速度.设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a，安全行驶的最大，安全行驶的最大速度为速度为v，由牛顿第二定律和运动学公式得，由牛顿第二定律和运动学公式得mgma 联立联立式并代入题给数据得式并代入题给数据得v20 m/s(v24 m/s不符合实际，舍去不符合实际，舍去)设在雨天行驶时，汽车与地面间的动摩擦因数为设在雨天行驶时，汽车与地面间的动摩擦因数为，依题意有，依题意有答案20 m/s解决此类问题必须熟练掌握运动学的基本规律和推论解决此类问题必须熟练掌握运动学的基本规律和推论(即五个关系式即五个关系式).对于匀减速直线运动还要会灵活运用逆对于匀减速直线运动还要会灵活运用逆向思维法向思维法.对于追及相遇问题要能分别清晰地分析两物对于追及相遇问题要能分别清晰地分析两物体的运动过程，能找出空间和时间的关系等体的运动过程，能找出空间和时间的关系等.以题说法针对训练针对训练1 为了迎接外宾，对国宾车队要求非常严格为了迎接外宾，对国宾车队要求非常严格.设从设从同一地点先后开出甲、乙两辆不同型号的国宾汽车在平直同一地点先后开出甲、乙两辆不同型号的国宾汽车在平直的公路上排成直线行驶的公路上排成直线行驶.汽车甲先开出，汽车乙后开出汽车甲先开出，汽车乙后开出.汽汽车甲从静止出发先做加速度为车甲从静止出发先做加速度为a1的匀加速直线运动，达到的匀加速直线运动，达到速度速度v后改为匀速直线运动后改为匀速直线运动.汽车乙从静止出发先做加速度汽车乙从静止出发先做加速度为为a2的匀加速直线运动，达到同一速度的匀加速直线运动，达到同一速度v后也改为匀速直线后也改为匀速直线运动运动.要使甲、乙两辆汽车都匀速行驶时彼此间隔的间距为要使甲、乙两辆汽车都匀速行驶时彼此间隔的间距为x.则甲、乙两辆汽车依次启动的时间间隔为多少？则甲、乙两辆汽车依次启动的时间间隔为多少？(不计汽不计汽车的大小车的大小)解析设当甲经过一段时间设当甲经过一段时间t1匀加速运动达到速度匀加速运动达到速度v，位移为，位移为x1，对甲，有：对甲，有：va1t1 v22a1x1 设乙出发后，经过一段时间设乙出发后，经过一段时间t2匀加速运动达到速度匀加速运动达到速度v，位移为，位移为x2，对乙，有：对乙，有：v 2t2 v22 2x2 设甲匀速运动时间设甲匀速运动时间t后，乙也开始匀速运动，甲、乙依次启动后，乙也开始匀速运动，甲、乙依次启动的时间间隔为的时间间隔为t，由题意知：由题意知：tt1tt2 xx1vtx2答案热点考向例析考向2挖掘图像信息解决动力学问题例例2 如图如图1甲所示，在倾角为甲所示，在倾角为37的粗糙且足够长的斜面底端，的粗糙且足够长的斜面底端，一质量一质量m2 kg可视为质点的滑块压缩一轻弹簧并锁定，滑块可视为质点的滑块压缩一轻弹簧并锁定，滑块与弹簧不相连与弹簧不相连.t0 s时解除锁定，计算机通过传感器描绘出滑时解除锁定，计算机通过传感器描绘出滑块的速度时间图块的速度时间图像像如图乙所示，其中如图乙所示，其中Ob段为曲线，段为曲线，bc段为直段为直线，线，g取取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.则下列说法正则下列说法正确的是确的是()A.在在0.15 s末滑块的加速度为末滑块的加速度为8 m/s2B.滑块在滑块在0.10.2 s时间间隔内沿斜面向下运动时间间隔内沿斜面向下运动C.滑块与斜面间的动摩擦因数滑块与斜面间的动摩擦因数0.25D.在滑块与弹簧脱离之前，滑块一直在做加速运动在滑块与弹簧脱离之前，滑块一直在做加速运动图图1审题突破审题突破结合图结合图像像可知滑块在斜面上分别做什么运动？可知滑块在斜面上分别做什么运动？bc段段为直线说明什么？为直线说明什么？解析 在在vt图图像像中，斜率代表加速度，中，斜率代表加速度，0.15 s末滑块的加速末滑块的加速度度a8 m/s2，故，故A正确；正确；滑块在滑块在0.10.2 s时间间隔内沿斜面向上运动，故时间间隔内沿斜面向上运动，故B错误；滑错误；滑块在块在0.10.2 s内，由牛顿第二定律可知，内，由牛顿第二定律可知，mgsin 37mgcos 37ma，可求得，可求得0.25，故，故C正确；正确；答案AC在在00.1 s过程中为滑块和弹簧接触的过程，由图过程中为滑块和弹簧接触的过程，由图像像可知，滑可知，滑块先做加速运动后做减速运动，故块先做加速运动后做减速运动，故D错误错误.解图解图像像类问题的关键在于将图类问题的关键在于将图像像与物理过程对应起来，与物理过程对应起来，通过图通过图像像的坐标轴、关键点、斜率、面积等信息，对的坐标轴、关键点、斜率、面积等信息，对运动过程进行分析，从而解决问题运动过程进行分析，从而解决问题.以题说法针对训练针对训练2 (2014福建福建15)如图如图2所示，所示，滑块以初速度滑块以初速度v0沿表面粗糙且足够长的沿表面粗糙且足够长的固定斜面，从顶端下滑，直至速度为零固定斜面，从顶端下滑，直至速度为零.对于该运动过程，若用对于该运动过程，若用h、s、v、a分别表示滑块的下降高分别表示滑块的下降高度、位移、速度和加速度的大小，度、位移、速度和加速度的大小，t表示时间，则下列图表示时间，则下列图像像最能正确描述这一运动规律的是最能正确描述这一运动规律的是()图图2答案B解析滑块沿斜面向下做匀减速运动，故滑块下滑过程中，滑块沿斜面向下做匀减速运动，故滑块下滑过程中，速度随时间均匀变化，加速度速度随时间均匀变化，加速度a不变，选项不变，选项C、D错误错误.热点考向例析考向3应用动力学方法分析传送带问题应用动力学方法分析传送带问题例例3如图如图3所示，一水平传送带以所示，一水平传送带以4 m/s的速度逆时针传送，水平部分的速度逆时针传送，水平部分长长L6 m，其左端与一倾角为，其左端与一倾角为30的光滑斜面平滑相连，的光滑斜面平滑相连，斜面足够长，一个可视为质点的物块无初速度地放在传送带斜面足够长，一个可视为质点的物块无初速度地放在传送带最右端，已知物块与传送带间的动摩擦因数最右端，已知物块与传送带间的动摩擦因数0.2，g10 m/s2.求物块从放到传送带上到第一次滑回传送带最远端所用求物块从放到传送带上到第一次滑回传送带最远端所用的时间的时间.图图3审题突破审题突破物块在传送带上向左和向右如何判断做何运动？物块在传送带上向左和向右如何判断做何运动？在斜面上向上、向下运动的时间是否一样？在斜面上向上、向下运动的时间是否一样？解析物块与传送带间的摩擦力：物块与传送带间的摩擦力：fmgma1代入数据得代入数据得a12 m/s2设当物块加速到与传送带速度相同时发生的位移为设当物块加速到与传送带速度相同时发生的位移为x1，由由v22a1x1，解得：，解得：x14 m6 m则物块加速到则物块加速到v的时间：的时间：物块与传送带速度相同时，它们一起运动，一起运动物块与传送带速度相同时，它们一起运动，一起运动的位移的位移为为x2Lx12 m物块从放到传送带上到第一次滑回传送带最远端所用的时间：物块从放到传送带上到第一次滑回传送带最远端所用的时间：t总总t1t22t3t46.1 s.答案6.1 s1.传送带问题的实质是相对运动问题，这样的相对运动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将直接影响摩擦力的方向.因此，搞清楚物体与传送带因此，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到临界问题，即物体与传送带传送带问题还常常涉及到临界问题，即物体与传送带速度相同，这时会出现摩擦力改变的临界状态，具体速度相同，这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如何改变要根据具体情况判断.以题说法针对训练针对训练3 如图如图4所示，与水平方向成所示，与水平方向成37角的传送带以恒定速度角的传送带以恒定速度v2 m/s顺顺时针方向转动，两传动轮间距时针方向转动，两传动轮间距L5 m.现现将质量为将质量为1 kg且可视为质点的物块以且可视为质点的物块以v04 m/s的速度沿传送带向上的方向自底端滑上传送带的速度沿传送带向上的方向自底端滑上传送带.物块与物块与传送带间的动摩擦因数为传送带间的动摩擦因数为0.5，取，取g10 m/s2，已知，已知sin 370.6，cos 370.8，计算时，可认为滑动摩擦力近似，计算时，可认为滑动摩擦力近似等于最大静摩擦力，求物块在传送带上上升的最大高度等于最大静摩擦力，求物块在传送带上上升的最大高度.图图4解析物块刚滑上传送带时，物块相对传送带向上运动，受物块刚滑上传送带时，物块相对传送带向上运动，受到摩擦力沿传送带向下，将匀减速上滑，直至与传送带速度到摩擦力沿传送带向下，将匀减速上滑，直至与传送带速度相同，物块向上减速时，由牛顿第二定律得相同，物块向上减速时，由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma1则有：则有：a1g(sin cos )10(0.60.50.8) m/s210 m/s2物块沿传送带向上的位移为：物块沿传送带向上的位移为：由于最大静摩擦力由于最大静摩擦力fmgcos mgsin ，物块与传送带速度，物块与传送带速度相同后，物块受到滑动摩擦力沿传送带向上，但合力沿传送相同后，物块受到滑动摩擦力沿传送带向上，但合力沿传送带向下，故继续匀减速上升，直至速度为零带向下，故继续匀减速上升，直至速度为零.根据牛顿第二定律可得：根据牛顿第二定律可得：mgsin mgcos ma2得：得：a2g(sin cos )10(0.60.50.8)m/s22 m/s2答案0.96 m物块沿传送带向上运动的位移为：物块沿传送带向上运动的位移为：则物块沿传送带上升的最大高度为：则物块沿传送带上升的最大高度为：H(x1x2)sin 37(0.61)0.6 m0.96 m.例例4(14分分)如图如图5所示，水平地面上有一质量为所示，水平地面上有一质量为M的长木板，的长木板，一个质量为一个质量为m的物块的物块(可视为质点可视为质点)放在长木板的最右端放在长木板的最右端.已知已知m与与M之间的动摩擦因数为之间的动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数为，木板与地面间的动摩擦因数为2.从某时刻起物块从某时刻起物块m以以v1的水平初速度向左运动，同时木板的水平初速度向左运动，同时木板M在在水平外力水平外力F作用下始终向右以速度作用下始终向右以速度v2(v2v1)匀速运动，求：匀速运动，求：审题破题 真题演练2.应用动力学方法分析“滑块木板模型”问题图图5(1)在物块在物块m向左运动过程中外力向左运动过程中外力F的大小；的大小；(2)木板至少多长物块不会从木板上滑下来？木板至少多长物块不会从木板上滑下来？思维导图答题模板解析(1)在物块在物块m向左运动过程中，木板受力如向左运动过程中，木板受力如图所示，其中图所示，其中f1、f2分别为物块和地面给木板分别为物块和地面给木板的摩擦力，由题意可知的摩擦力，由题意可知f11mg (1分分)f22(mM)g(2分分)由平衡条件得：由平衡条件得：Ff1f21mg2(mM)g(2分分)(2)设物块向左匀减速至速度为零的时间为设物块向左匀减速至速度为零的时间为t1，则，则t1(1分分)答题模板设物块向左匀减速运动的位移为设物块向左匀减速运动的位移为x1，则，则设物块由速度为零向右匀加速至与木板同速设物块由速度为零向右匀加速至与木板同速(即停止相对滑动即停止相对滑动)的时间为的时间为t2，则，则t2 (1分分)设物块向右匀加速运动的位移为设物块向右匀加速运动的位移为x2，则，则答题模板此过程中木板向右匀速运动的总位移为此过程中木板向右匀速运动的总位移为x，则，则xv2(t1t2) (1分分)则物块不从木板上滑下来的最小长度：则物块不从木板上滑下来的最小长度：Lxx1x2 (2分分)答题模板点睛之笔平板车类问题中，滑动摩擦力的分析方法与传送带类平板车类问题中，滑动摩擦力的分析方法与传送带类似，但这类问题比传送带类问题更复杂，因为平板车似，但这类问题比传送带类问题更复杂，因为平板车往往受到摩擦力的影响也做匀变速直线运动，处理此往往受到摩擦力的影响也做匀变速直线运动，处理此类双体匀变速运动问题要注意从速度、位移、时间等类双体匀变速运动问题要注意从速度、位移、时间等角度，寻找它们之间的联系角度，寻找它们之间的联系.要使滑块不从车的末端掉要使滑块不从车的末端掉下来的临界条件是滑块到达小车末端时的速度与小车下来的临界条件是滑块到达小车末端时的速度与小车的速度恰好相等的速度恰好相等.高 考 现 场 (限时：15分钟，满分18分)如图如图6所示，倾角所示，倾角30的足够长光滑斜的足够长光滑斜面固定在水平面上，斜面上放一长面固定在水平面上，斜面上放一长L1.8 m、质量、质量M3 kg的薄木板，木板的最的薄木板，木板的最右端叠放一质量右端叠放一质量m1 kg的小物块，物块的小物块，物块与木板间的动摩擦因数与木板间的动摩擦因数 .对木板施加沿斜面向上的恒力对木板施加沿斜面向上的恒力F，使木板沿斜面由静止开始做匀加速直线运动，使木板沿斜面由静止开始做匀加速直线运动.设物块与木板设物块与木板间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g10 m/s2.图图6(1)为使物块不滑离木板，求力为使物块不滑离木板，求力F应满足的条件；应满足的条件；解析对对M、m组成的整体，由牛顿第二定律组成的整体，由牛顿第二定律答案F30 NF(Mm)gsin (Mm)a对对m，有，有fmgsin mafmgcos 代入数据得代入数据得F30 N.(2)若若F37.5 N，物块能否滑离木板？若不能，请说明，物块能否滑离木板？若不能，请说明理由；若能，求出物块滑离木板所用的时间及滑离木板理由；若能，求出物块滑离木板所用的时间及滑离木板后沿斜面上升的最大距离后沿斜面上升的最大距离.解析 F37.5 N30 N，物块能滑离木板，物块能滑离木板对对M，有，有Fmgcos Mgsin Ma1对对m，有，有mgcos mgsin ma2设物块滑离木板所用时间为设物块滑离木板所用时间为t，由运动学公式，由运动学公式代入数据得：代入数据得：t1.2 s答案能1.2 s0.9 m物块滑离木板时的速度物块滑离木板时的速度va2t由由2gssin 0v2代入数据得代入数据得s0.9 m.