2019年高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律本章学科素养提升学案.doc

第三章 牛顿运动定律纵观全国近几年的高考试题，以图象的方式考查牛顿第二定律是一类很重要的题目，此类问题要求考生具备理解图象所给予的信息和破译图象信息的能力，图象的形式以vt、at、Ft图象居多，考查最多的是vt图象，题型既有选择题也有计算题，难度中等.1.明确常见图象的意义，如下表：vt图象根据图象的斜率判断加速度的大小和方向，进而根据牛顿第二定律求解合外力Fa图象首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推导出两个量间的函数关系式，根据函数关系式结合图象，明确图象的斜率、截距或面积的意义，从而由图象给出的信息求出未知量at图象要注意加速度的正负，正确分析每一段的运动情况，然后结合物体受力情况根据牛顿第二定律列方程Ft图象要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律求出加速度，分析每一时间段的运动性质2.图象类问题的实质是力与运动的关系问题，以牛顿第二定律Fma为纽带，理解图象的种类，图象的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义.运用图象解决问题一般包括两个角度：(1)用给定图象解答问题；(2)根据题意作图，用图象解答问题.在实际的应用中要建立物理情景与函数、图象的相互转换关系.例1(多选)(2015课标全国20)如图1(a)，一物块在t0时刻滑上一固定斜面，其运动的vt图线如图(b)所示.若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量，则可求出()图1A.斜面的倾角B.物块的质量C.物块与斜面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度答案ACD解析由vt图象可求知物块沿斜面向上滑行时的加速度大小为a，根据牛顿第二定律得mgsinmgcosma，即gsingcos.同理向下滑行时gsingcos，两式联立得sin，可见能计算出斜面的倾斜角度以及动摩擦因数，选项A、C正确；物块滑上斜面时的初速度v0已知，向上滑行过程为匀减速直线运动，末速度为0，那么平均速度为，所以沿斜面向上滑行的最远距离为xt1，根据斜面的倾斜角度可计算出向上滑行的最大高度为xsint1，选项D正确；仅根据vt图象无法求出物块的质量，选项B错误.关注图象中的函数关系及特殊值在图象问题中，无论是读图还是作图，都应尽量先建立函数关系，然后根据函数关系读取图象信息或者描点作图.作图时，往往只需确定一个或两个特殊点的坐标(如变力F的最小值Fmin和最大值Fmax、抛物线的顶点和任意点、圆的圆心等)，即可根据函数关系连线作图.当不能定量确定函数关系时，特殊值的判断尤为重要，读图时，要注意图线的起点、斜率、截距、折点以及图线与横轴包围的“面积”等所对应的物理意义，尽可能多地提取解题信息.例2(16分)如图2甲所示，质量M1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数10.1，在木板的左端放置一个质量m1kg、大小可忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数20.4，g取10m/s2，试求：图2(1)若木板长L1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端？(2)若在铁块右端施加一个从零开始连续增大的水平向右的力F，假设木板足够长，在图乙中画出铁块受到木板的摩擦力Ff2随拉力F大小变化而变化的图象.【思维流程】答案(1)1s(2)见解析图【书面表达过程】(1)对铁块应用牛顿第二定律：F2mgma1，加速度大小a14 m/s2，(2分)对木板应用牛顿第二定律：2mg1(Mm)gMa2，加速度大小a22 m/s2，(2分)设经过时间t铁块运动到木板的右端，则有a1t2a2t2L，解得t1 s.(2分)(2)当F1(mgMg)2 N时，M、m相对静止且对地静止，Ff2F；(3分)设FF1时，M、m恰保持相对静止，此时系统的加速度aa22 m/s2，以系统为研究对象，根据牛顿第二定律有F11(Mm)g(Mm)a，解得F16 N.所以，当2 NF6 N时，M、m相对静止，系统向右做匀加速运动，其加速度a1以M为研究对象，根据牛顿第二定律有Ff21(Mm)gMa，Ff2Ff2，解得Ff21.(4分)当F6 N时，M、m发生相对运动，Ff22mg4 N.如图所示.(3分)1.本题是一道滑块木板模型的动力学问题，首先要在审题析题方面定准位，然后遵循此类题型特点，寻求解决问题的突破口.2.由于本题还要作图象，它又是一道图象信息题，因此第(2)问的解答只是作出图象而没有分析过程是不规范的.3.规范要求必要的文字说明和重要规律应用的原型表达式.1.实验器材的改进(1)气垫导轨(不用平衡摩擦力)长木板(如图3)图3(2)利用光电门测速度(如图4)图4(3)利用位移传感器测位移(如图5)图52.数据测量的改进通过打点纸带求加速度3.实验的拓展延伸以“探究加速度与力、质量的关系”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数.例3甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验.已知重力加速度为g.图6(1)甲同学所设计的实验装置如图6甲所示.其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计.实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数.则该设计能测出_(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为_.(2)乙同学的设计如图乙所示.他在一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力.实验时，多次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t.在坐标系中作出F的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，与横轴的截距为c.因乙同学不能测出小车质量，故该同学还应该测出的物理量为_.根据该测量物理量及图线信息可知物块和长木板之间的动摩擦因数表达式为_.答案(1)A与B(2)光电门A、B之间的距离x解析(1)当A达到稳定状态时B处于静止状态，弹簧测力计的读数F与B所受的滑动摩擦力Ff大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由FfFN得，为A与B之间的动摩擦因数.(2)物块由静止开始做匀加速运动，位移xat2.可得：a根据牛顿第二定律得对于物块，F合Fmgma则：Fmg则图线的斜率为：k2mx，纵轴的截距为：bmg；k与摩擦力是否存在无关，物块与长木板间的动摩擦因数为：.