高考冲刺-力和运动综合专题.doc

高考综合复习力和运动综合审稿：李井军 责编：代 洪【高考展望】牛顿运动定律是高中物理的重要内容，是经典力学的核心内容，也是历年高考重点考查的热点内容。历年高考中对牛顿运动定律的考查覆盖面大，且达到了较高层次，纵观近几年牛顿运动定律主要从以下几个方面考查：（1）综合应用牛顿运动定律与运动学规律；（2）熟练运用正交分解法；（3）要求灵活运用隔离法和整体法相结合解决加速度相同的连结体问题；（4）将本章知识运用于电磁学问题的求解中去，常常结合带电粒子在电场、磁场中的运动、导体棒切割磁感线的运动等问题，考查考生综合应用牛顿运动定律和其他相关规律分析解决问题的能力。由于牛顿定律是物理学最基本和最重要的知识，故其与物理学其它部分的知识结合紧密，与生产、生活及现代科学的关联也十分明显。因此在复习时，需要考生要夯实基础，灵活迁移，注重在分析和综合应用中提高。 【知识升华】 牛顿运动定律反映的是力和运动的关系，所以应用牛顿运动定律解决的动力学问题主要有两类：（1）已知物体受力情况求运动情况；（2）已知物体运动情况求受力情况。在这两类问题中，加速度是联系物体受力情况和运动情况的桥梁. 物体所受的合外力决定物体运动的性质。物体所受的合外力是否为零，决定物体的运动是匀速运动（或静止）还是变速运动；物体所受的合外力是否恒定，决定物体的运动是匀变速运动还是非匀变速运动；物体所受合外力的方向与物体运动方向的关系决定物体的运动轨迹是直线还是曲线。平衡问题其实是牛顿定律应用的特例，特殊在其加速度为零，合外力为零。 至于超重和失重状态，仅是动力学的简单问题之一，只要能熟练应用牛顿定律解决动力学问题，超重和失重问题很容易解决。在有些题目中用超重、失重的思想去进行推理、分析、判断，还是比较简捷和有用的。 应用牛顿运动定律解决动力学问题，要对物体进行受力分析，进行力的分解和合成；要对物体运动过程进行分析，然后根据牛顿第二定律，把物体受的力和运动联系起来，列方程求解。这是对多方面力学知识、分析综合能力、推理能力、应用数学知识解决物理问题的能力的综合考查。要深刻理解牛顿运动定律的物理意义，要能够熟练地应用牛顿运动定律解题。即便是向应用型、能力型变革的高考试题中，无非是增加些结合实际生产、生活的一些实例，在把这些实例抽象成物理模型的过程中考查学生的能力和物理学的思想方法，最后解决物理问题，仍然离不开基本的物理知识和规律。 【典型例题】1.两木块A、B由同种材料制成，mAmB，并随木板一起以相同速度向右匀速运动，如图所示，设木板足够长，当木板突然停止运动后，则：（ ）A若木板光滑，由于A的惯性大，故A、B间距离将增大B若木板粗糙，由于A受阻力大，故B可能与A相碰C无论木板是否光滑，A、B间距离将保持不变D无论木板是否光滑，A、B二物体一定能相碰解析：若木板光滑，A、B在水平面上不受力，由于物体具有惯性，则A、B将相对于地球静止；若木板粗糙，尽管两木块的质量不同，所受的摩擦力大小不同，但其加速度为a=mg/m=g，与质量无关，故两物体将有相同的加速度，任意时刻有相同的速度。保持相对静止，故C答案正确。点评：质量大的物体惯性大，可能会导致对本题理解的误导，因此应摆脱定性思维的模糊性，注意引出公式，发挥定量思维准确、简洁的优势。举一反三【变式】如图所示，一个劈形物体ABC置于固定的光滑斜面上，AB面光滑且水平，在AB面上放一个小物体，现将ABC由静止开始释放，则在小物块碰到斜面之前的运动由它的受力情况可知是：（ ）A匀速直线运动B初速度为零的匀加速直线运动C自由落体运动D平抛运动解析：小物体只在竖直方向上受重力和支持力，水平方向不受力，所以，小物体在碰到斜面之前只能在竖直方向上做匀加速直线运动，故选项B正确。 答案：B2.物体A、B都静止在同一水平面上，它们的质量分别是mA、mB，与水平面之间的动摩擦因数分别为A、B。用平行于水平面的力F分别拉物体A、B，作出物体运动的加速度a和拉力F的关系图象分别如图中、所示。（取最大静摩擦力等于滑动摩擦力） 利用图象求出两个物体的质量mA和mB。 根据图象计算 A、B两物体与水平面之间动摩擦因数A、B的数值。 解析：（1） （2）， 举一反三【变式】质量为0.3kg的物体在水平面上运动，图中的两条直线分别表示物体受水平拉力和不受水平拉力的速度时间图像，则下列说法中正确的是：（ ）A物体不受水平拉力时的速度图像一定是bB物体受水平拉力时的速度图像可能是aC物体的摩擦力可能等于0.2ND水平拉力一定等于0.1N答案：BCD3.蹦床是跳水运动员日常训练时的重要辅助器材。一个运动员从高处落到蹦床上后又被弹起到原高度，利用仪器测得该运动员从高处开始下落到弹回的整个过程中，运动速度随时间变化的图像如图所示，图中 oa 段和 cd 段为直线。由图可知，运动员发生超重的时间段为：（ ）A. t1t2Bt2t3C. t3t4Dt4t5解析：0t1和t5以后一段时间对应的vt图是直线，表明加速度恒定，正是运动员与蹦床不相接触时在空中受恒力作用的情形。超重的阶段应是加速上升和减速下降的阶段。本题正确选项为BC。举一反三【变式】下列哪个说法是正确的：（ ）A体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态D游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 答案：B4.如图所示，小球用水平弹簧系住，并以倾角为30的光滑板AB托着，当板AB突然向下撤离的瞬间，球的加速是多大？若改用水平细绳系住，在板AB突然向下撤离瞬间小球加速度又是多大？ 解析：当物体用质量不计的轻弹簧连接时，弹簧的形变不是相当可观，在变化的瞬时，可以认为形变还来不及恢复，则认为弹力没变，而当物体是用质量不计的轻绳连接时，绳则被认为是弹性极好的弹性体，其形变的恢复不需要时间。小球用弹簧连接并处于平衡状态时，其受力分析如图，当板被撤去时支持力N为零，但弹簧的形变没变，其弹力依旧，故T、mg的合力F为mg/cos30，由此产生的加速度为小球用绳连接并处于平衡状态时，板撤去时，随着N的消失，绳的弹力也瞬时改变为零，所以小球的加速度方向向下，大小为g。点评：注意理想绳连接与弹簧连接模型的区别。举一反三【变式】（2010全国）如右图，轻弹簧上端与一质量为的木块1相连，下端与另一质量为的木块2相连，整个系统置于水平放置的光滑木坂上，并处于静止状态。现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大小分别为a1、a2重力加速度大小为g。则有A，B，CD，答案：C解析：在抽出木板的瞬时，弹簧对1的支持力和对2的压力并未改变。对1物体受重力和支持力，mg=F，a1=0。对2物体受重力和压力，根据牛顿第二定律 5.举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目，就“抓举”而言，其技术动作可以分为预备、提杠铃、发力，下蹲支撑、起立、放下杠铃等六个步骤，如图所示照片表示了其中的几个状态。现测得轮子在照片中的直径为1.0cm，在照片上用尺量出从发力到支撑杠铃上升的距离为1.3cm。已知运动员所举杠铃直径为45cm，质量为150kg。运动员从发力到支撑历时0.8s。试估算这个过程中杠铃向上运动的最大速度；若将运动员发力时的作用力简化为恒力，则该力有多大？解析：题目描述的举重的实际情景，要把它理想化为典型的物理情景。抓举中，举起杠铃是分两个阶段完成的，从发力到支撑是第一阶段，举起一部分高度。该过程中，先对杠铃施加一个力（发力），使杠铃做加速运动，当杠铃有一定速度后，人下蹲、翻腕，实现支撑，在人下蹲、翻腕时，可以认为运动员对杠铃没有提升的作用力，这段时间杠铃是凭借这已经获得的速度在减速上升，最好的动作配合是，杠铃减速上升，人下蹲，当杠铃的速度减为零时，人的相关部位恰好到达杠铃的下方完成支撑的动作。因此从发力到支撑的0.8s内，杠铃先做加速运动（当作匀加速），然后做减速运动到速度为零（视为匀减速），这就是杠铃运动的物理模型。根据轮子的实际直径 0.45m和它在照片中的直径1.0cm，可以推算出照片缩小的比例，在照片上用尺量出从发力到支撑，杠铃上升的距离，按此比例可算得实际上升的高度为。设杠铃在该过程中的最大速度为 ，有，得减速运动的时间应为加速运动的位移：又解得根据牛顿第二定律，有 解得：点评：该题中，将举重的实际情景抽象成物理模型，是解题的关键，这种抽象也是解所有实际问题的关键。这里，首先应细致分析实际过程，有了大致认识后，再做出某些简化，这样就能转化成典型的物理问题。比如该题中，认为发力时运动员提升的力是恒力，认为运动员下蹲、翻腕时，对杠铃无任何作用，认为杠铃速度减为零时，恰好完全支撑，而且认为杠铃的整个运动是直线运动。举一反三【变式】如图所示，一物体从倾角为30的斜面顶端由静止开始下滑，S1段光滑，S2有摩擦，已知S2=2S1，物体到达底部的速度刚好为零，则S2段的动摩擦因数为多少？ 解析：解一：在S1段物体做匀加速直线运动，而在S段物体做匀减速运动，选择物体为对象，在S1、S2两段的受力分析如图1所示，则由牛顿第二定律，得在 S1段：a1=gsin30在 S2段：a2=gcos30-gsin30根据运动学方程： 在 S1段：v2=2a1S1在S2段：v2=2a2S2即：a1S1=a2S2由S2=2S1代入解得：= 解二：作出物体整个运动过程的v-t图象如图2所示由于 S2=2S1，根据三角形面积公式表示位移，可得 a1=2a2 即gsin30=-2（gsin30-gcos30）解得： = 点评：本例是在已知物体的运动情况的前提下，研究物体的受力情况，在运用运动学公式解题时，应注意矢量的符号的一致性。 【变式】（2010上海）将一个物体以某一速度从地面竖直向上抛出，设物体在运动过程中所受空气阻力大小不变，则物体（ ）A刚抛出时的速度最大 B在最高点的加速度为零C上升时间大于下落时间 D上升时的加速度等于下落时的加速度答案：A解析：，所以上升时的加速度大于下落时的加速度，D错误；根据，上升时间小于下落时间，C错误，B也错误，正确选项A。6.如图所示，一平板车以某一速度v0匀速行驶，某时刻一货箱（可视为质点）无初速度地放置于平板车上，货箱离车后端的距离为=3m，货箱放入车上的同时，平板车开始刹车，刹车过程可视为做a=4m/s2的匀减速直线运动。已知货箱与平板车之间的摩擦因数为=0.2，g=10m/s2。为使货箱不从平板上掉下来，平板车匀速行驶的速度v0应满足什么条件？ 解析：货箱先相对平板车向左滑，当与平板车的速度相等后相对平板车向右滑。若货箱与平板车的速度相等时，货箱仍未从平板车上掉下来，则以后货箱不会从平板上掉下来。设经过时间 t，货箱和平板车达到共同速度v，以货箱为研究对象，由牛顿第二定律得，货箱向右做匀加速运动的加速度a1=g 货箱向右运动的位移 S箱=a1t2/2 又 v=a1 t 平板车向右运动的位移 S车=v0t-at2/2 又 v= v0-a t 为使货箱不从平板车上掉下来，应满足： S箱+LS车 联立方程解得： 代入数据：举一反三【变式】某传动装置的水平传送带以恒定速度v0=5 m/s运行。将一块底面水平的粉笔轻轻地放到传送带上，发现粉笔块在传送带上留下一条长度=5 m的白色划线。稍后，因传动装置受到阻碍，传送带做匀减速运动，其加速度a0=5 m/s2，问传动装置受阻后：(1)粉笔块是否能在传送带上继续滑动？若能，它沿皮带继续滑动的距离=?(2)若要粉笔块不能继续在传送带上滑动，则皮带做减速运动时，其加速度a0应限制在什么范围内？ 答案：(1)能，2.5 m；（2）a02.5 m/s2解析：(1)先求粉笔与皮带间的动摩擦因数。 皮带初始以 v0=5 m/s匀速行驶，粉笔对地以g的加速度匀加速运动，划痕=5 m为相对位移 则 v0 即a= =2.5 m/s2=g 所以=0.25 第二阶段，因皮带受阻，做 a0=5 m/s2的匀减速运动。 粉笔还能在皮带上做相对滑动，粉笔相对皮带滑行距离 =2.5 m(2)因为皮带对粉笔的最大静摩擦力为mg，所以粉笔对地的最大加速度为g，为防止粉笔在皮带上做相对滑动，皮带加速度a0应限制在g范围内，即a02.5 m/s2。