1、专题三 牛顿运动定律,【高考帮物理】：专题三 牛顿运动定律,考情精解读,A.考点帮知识全通关,目录 CONTENTS,考纲要求,命题规律,命题分析预测,考点1 牛顿运动定律的理解与应用,考点2 两类典型的动力学问题及动力学问题中的三大模型,考点3 实验:探究加速度与力、质量的关系,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,方法2 求解动力学两类基本问题的方法,方法3 实验改进与创新问题的求解方法,B.方法帮题型全突破,C.考法帮考向全扫描,考向1 运用牛顿第二定律分析力和运动的关系,考向2 考查动力学中的图象问题,考向3 考查动力学中的临界与极值问题,考向4 牛顿运动定律的综合应用,考向5 考查探
2、究加速度与力、质量的关系实验,物理 专题三：牛顿运动定律,考情精解读,考纲要求 命题规律 命题分析预测,物理 专题三：牛顿运动定律,1.牛顿运动定律及其应用 2.超重和失重 3.实验:验证牛顿运动定律,考纲要求,命题规律,重点考查对牛顿运动定律的理解及灵活应用,试题联系生产、生活实际,涉及临界、极值并与图象相结合等综合应用,对学生的理解能力、分析综合能力及应用数学方法解题的能力等要求较高,命题分析预测,A.考点帮知识全通关,考点1 牛顿运动定律的理解与应用 考点2 两类典型的动力学问题及动力学问题中的三大模型 考点3 实验:探究加速度与力、质量的关系,物理 专题三：牛顿运动定律,考点1 牛顿运
3、动定律的理解与应用,物理 专题三：牛顿运动定律,3.对牛顿第三定律的理解 (1)作用力和反作用力 两个物体之间力的作用总是相互的,一个物体对另一个物体施加了力,另一个 物体一定同时对这个物体也施加了力.力是物体与物体间的相互作用,物体间 相互作用的这一对力通常叫做作用力和反作用力. (2)牛顿第三定律 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条 直线上. (3)一对平衡力与作用力和反作用力的比较,物理 专题三：牛顿运动定律,4.对超重和失重的理解 (1)超重、失重和完全失重的比较,物理 专题三：牛顿运动定律,(2)不管物体处于超重状态还是失重状态,物体本身的重力并没有改
4、变,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)不等于物体本身的重力. (3)超重或失重现象与物体的速度无关,只取决于加速度的方向.加速度向上(包括“加速上升”和“减速下降”)是超重;加速度向下(包括“加速下降”和“减速上升”)是失重. (4)在完全失重的状态下,日常生活中一切由于重力产生的物理现象都会完全消失,如物体间不再相互挤压、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.,物理 专题三：牛顿运动定律,1.两类典型的动力学问题 (1)已知物体受力情况,判断其运动情况; (2)已知物体运动情况,判断其受力情况. 应用牛顿第二定律解决动力学问题,受力分析和运动分析是关键,加速度是解
5、决此类问题的纽带,分析流程如下:2.动力学问题中的三大模型 (1)“弹簧问题”模型,考点2 两类典型的动力学问题及动力学,弹簧问题特征 在高中阶段,弹簧的质量可忽略不计,即“轻质弹簧”,当受到外力作用时,弹簧发生弹性形变,遵守胡克定律:F=kx. 弹簧问题分类 a.弹簧秤两端受力F1、F2与弹簧秤示数F3的关系 对于轻弹簧来说,有F1必有F2、F3,且它们的大小均相等,F1=F2=F3. b.弹力的双向性 弹簧的形变,既可以是压缩也可以是拉伸,在不知道是什么形变时要讨论多解. c.弹簧弹力的变化量F与弹簧长度的变化量x的关系 设弹簧原长为x0,当拉力为F1时,弹簧长度为x1,则F1=k(x1-
6、x0);当拉力为F2时,弹簧长度为x2,则F2=k(x2-x0),物理 专题三：牛顿运动定律,则F2-F1=k(x2-x1),即F=kx. 故弹力的变化量F与弹簧长度的变化量x仍遵守胡克定律. d.弹力不能突变求瞬时加速度 弹簧长度变化需要一段时间,所以弹力不能发生突变,即某瞬间可以认为弹力大小和方向不变,而轻绳和轻杆的弹力是可以发生突变的. e.与弹簧相关联物体的最大或最小拉力问题 弹力随弹簧形变量改变,其关联物所受拉力也会改变,存在着最大值或最小值问题. (2)“滑板滑块”问题模型 叠放在一起的滑块,它们之间存在相互作用力,在其他外力作用下它们以相同或不同的加速度运动,当然无论是哪种情况,
7、受力分析和运动过程分析都是解题的关键.对此类问题的分析,必须清楚加速度、速度、位移等物理量之间的关系.,物理 专题三：牛顿运动定律,加速度关系 如果滑块之间没有发生相对运动,可以用“整体法”求出它们一起运动的加速度;如果滑块之间发生相对运动,应采用“隔离法”求出每一个滑块运动的加速度.应注意找出滑块是否发生相对运动等隐含的条件. 速度关系 滑块之间发生相对运动时,认清滑块间的速度关系,从而确定滑块受到的摩擦力.应注意当滑块的速度相同时,摩擦力会发生突变的情况. 位移关系 滑块叠放在一起运动时,应仔细分析各个滑块的运动过程,弄清滑块对地的位移和滑块的相对位移之间的关系.这些关系就是解题过程中列方
8、程所必需的关系,各种关系找到了,自然也就容易列出所需要的方程式.,物理 专题三：牛顿运动定律,(3)“传送带”问题模型 皮带运输是利用货物和传送带之间的摩擦力将货物运送到别的地方去,它是牛顿第二定律在生活中的应用.传送带问题涉及摩擦力的判断、物体运动状态的分析和运动学知识的运用,具有较强的综合性和灵活性,应该很好地落实训练. 常见传送带类型,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,传送带模型分析流程,物理 专题三：牛顿运动定律,考点3 实验:探究加速度与力、质量的关系,1.学会运用控制变量法研究物理规律 要探究加速度a与力F及质量M的关系,应用的基本方法是控制变量法,即先 控制
9、一个参量小车的质量M不变,探究加速度a与力F的关系;再控制小 盘和砝码的质量不变,即力F不变,改变小车质量M,探究加速度a与质量M的 关系. 2.理解实验必须控制的两个条件,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,4.从图象分析实验误差原因 (1)若实验中得到的图象如图所示,说明拉力F很大时AB段明显偏离直线,即所挂小盘及盘中砝码的总质量太大,不满足远小于小车和车中砝码的总质量的条件.(2)若得到如图甲所示的图线,说明平衡摩擦力过大或平衡摩擦力时木板倾角过大;若得到如图甲所示的图线,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时木板倾角过小.,(3)若得到图乙所示
10、图线,说明平衡摩擦力过大;若得到图乙所示图线,说明平衡摩擦力不够,因为拉力大于F0时才产生加速度.,物理 专题三：牛顿运动定律,B.方法帮题型全突破,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法 方法2 求解动力学两类基本问题的方法 方法3 实验改进与创新问题的求解方法,物理 专题三：牛顿运动定律,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,方法解读： 1.对牛顿运动定律的理解 牛顿运动定律告诉我们,物体固有的属性惯性,以及物体不受力与其他物体发生相互作用时的运动规律,包括对惯性等基本概念的理解,对超重、失重现象的理解和分析.应用牛顿运动定律分析求解动力学问题,包括动力学的瞬时、临界与极值等问题,还有动力学
11、图象问题的分析与应用及连接体问题的分析与应用.,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,2.应用牛顿第二定律的解题步骤.,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,3.几个典型动力学问题的求解方法 (1)牛顿第二定律瞬时性问题的分析方法 在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时,需要利用情境突变前的受力来确定情境突变后瞬间的受力及加速度.经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮条这些常见的物理模型. 两种模型及特征 加速度与合外力具有瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时变化、同时消失,具体可简化为以下两种模型:,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,求解瞬时加速度的一般思路,方法1 牛顿运动定律的理解及应
12、用方法,(2)动力学中临界问题的分析方法 应用牛顿第二定律求解动力学问题的过程中,当物体的加速度不同时,物体有可能处于不同的运动状态,当题中出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,往往会有临界现象,此时要用极限分析法,看物体加速度不同时,会有哪些现象发生,找出临界点,求出临界条件,临界问题一般都具有一定的隐蔽性,审题时应尽量还原物理情境,利用变化的观点分析物体的运动规律,利用极限分析法确定临界点,抓住临界状态的特征,找到正确的解题方向.对于存在多种可能的临界问题,或变化过程中不确定是否出现临界条件的问题,往往用假设法解决. (3)动力学中的图象问题分析 物理公式与物理图象结合的题目是一种重要题型
13、.动力学中常见的图象有v-t图象、x-t图象、F-t图象、F-a图象等,解决图象问题的关键有: 分清图象的横、纵坐标所代表的物理量及单位,并且注意坐标原点是否从零开始,明确其物理意义.,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,明确图线斜率的物理意义.如v-t图线的斜率表示加速度,注意图线中一些特殊点(图线与横、纵坐标轴的交点,图线的转折点,两图线的交点等)所表示的物理意义. 把图象与具体的题意、情境相结合,弄清斜率、特殊点等的物理意义,确定从图象中反馈出来的有用信息(如v-t图线与t轴所围面积表示位移等),结合牛顿运动定律进行分析求解. 4.连接体问题的分析方法 解决连接体问题的基本方法:整体法
14、与隔离法. (1)整体法:把整个系统作为一个研究对象来分析的方法.不必考虑系统内力的影响,只考虑系统受到的外力,依据牛顿第二定律列方程求解.此方法适用于系统中各部分物体的加速度大小和方向相同的情况.,方法1 牛顿运动定律的理解及应用方法,(2)隔离法:把系统中的各个部分(或某一部分)隔离,作为一个单独的研究对象来分析的方法.在分析时应注意此时系统的内力就有可能成为该研究对象的外力,然后依据牛顿第二定律列方程求解. 此方法对于系统中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同的情况均适用. (3)整体法与隔离法的选用 求各部分加速度相同的连接体的加速度或合力时,优先考虑整体法,如果还要求物体之间的作
15、用力,再用隔离法;如果连接体中各部分加速度不同,一般选用隔离法. 解决连接体问题的关键是灵活应用整体法和隔离法,合理选取研究对象,并对所选取的研究对象进行正确的受力分析.,题型 1 对牛顿运动定律的理解 考法示例1 2014北京高考,19,6分伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法,有力 地促进了人类科学认识的发展.利用如图所示的装置做如下实验:小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动,并沿右侧斜面上升.斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时,小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比,可以得到的最直接的结论是A.如果斜面光滑,小球将上升到与
16、O点等高的位置 B.如果小球不受力,它将一直保持匀速运动或静止状态 C.如果小球受到力的作用,它的运动状态将发生改变 D.小球受到的力一定时,质量越大,它的加速度越小,物理 专题三：牛顿运动定律,解析 斜面粗糙程度越小,小球机械能损失越少,小球上升的高度越接近与O点等高的位置.若斜面光滑,小球无机械能损失,将上升到与O点等高的位置,A正确.B、C两项是A选项的推论,并非“最直接”的结论.D项不能从本实验中看出. 答案 A易错警示 本题变换情境,考查伽利略开创的“实验研究与逻辑推理相结合”的科学方法的应用,审题时要注意题目中要求得到“最直接的结论”.尽管B、C、D选项说法也是正确的,但它们并不是
17、由该实验结果所得出的最直接的结论,这一点是很容易误判的.,物理 专题三：牛顿运动定律,考法示例2 一质点受多个力的作用,处于静止状态.现使其中一个力的大小逐渐减小到零,再沿原方向逐渐恢复到原来的大小.在此过程中,其他力保持不变,则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是 A.a和v都始终增大 B.a和v都先增大后减小 C.a先增大后减小,v始终增大 D.a和v都先减小后增大解析 质点在多个力作用下处于静止状态时,其中一个力必与其余各力的合力等值反向.当该力大小逐渐减小到零的过程中,质点所受合力从零开始逐渐增大,做加速度逐渐增大的加速运动;当该力再沿原方向逐渐恢复到原来大小的过程中,质点所受合
18、力方向仍不变,大小逐渐减小到零,质点沿原方向做加速度逐渐减小的加速运动,故C正确.答案 C,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,特别提醒 力与运动的关系 1.力是产生加速度的原因; 2.作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律; 3.速度的改变需经历一定的时间,不能突变;有力就一定有加速度,但有力不一定有速度.,物理 专题三：牛顿运动定律,考法示例3 如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”.两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者为赢.若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力 B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉
19、力是作用力与反作用力 C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利 D.若乙收绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,题型 2 动力学的瞬时、临界与极值问题 考法示例4 多选如图所示,竖直光滑杆上套有一个小球和两根轻质弹簧,两弹簧的一端各与小球相连,另一端分别用销钉M、N固定于杆上,小球处于静止状态.若拔去销钉M的瞬间,小球的加速度大小为12 m/s2,若不拔去销钉M而拔去销钉N的瞬间,小球的加速度可能为(g取10 m/s2)A.22 m/s2,方向竖直向上 B.22 m/s2,方向竖直向下 C.2 m/s2,方向竖直向上 D
20、.2 m/s2,方向竖直向下,物理 专题三：牛顿运动定律,解析 若上面的弹簧压缩有压力,则下面的弹簧也压缩,小球受力如图甲所示 静止时有k2x2=k1x1+mg 只拔去M有k2x2-mg=m12 m/s2 只拔去N有k1x1+mg=ma 所以a=22 m/s2,方向竖直向下 若下面的弹簧伸长有拉力,则上面的弹簧也伸长,小球受力如图乙所示 静止时有k1x1=k2x2+mg 只拔去M有k2x2+mg=m12 m/s2 只拔去N有k1x1-mg=ma 所以a=2 m/s2,方向竖直向上. 答案 BC,物理 专题三：牛顿运动定律,方法提炼 求解此类问题的关键是要知道加速度与力的变化具有瞬时对应关系,因
21、此必须认真分析变化前后物体的受力情况.特别是注意区别牛顿第二定律瞬时性的两种模型: 1.刚性绳(或接触面)不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间; 2.弹簧(或橡皮绳)两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳),特点是形变量大,其形变恢复需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变.,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,特别提醒 本题要求在分析问题时,从不定因素中寻找极限.因当M增大时,可得到存在的极限为M,ag,所以Fmg,结合木板不滑动的临界条件最大静摩擦力大于等于F,即可
22、解出动摩擦因数应该满足的条件.因此审题时,要善于从关键字句中发现和确定可能存在的极限及极限产生的结果.,物理 专题三：牛顿运动定律,考法示例6 如图所示,在光滑水平面上,放置着A、B两个物体.A、B紧靠在 一起,其质量分别为mA=3 kg,mB=6 kg,推力FA作用于A上,拉力FB作用于B上,FA、FB大小均随时间而变化,其规律为FA=(12-2t) N,FB=(6+2t) N.问从t=0开始,到A、B相互脱离为止,A、B的共同位移是多少?,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,题型 3 动力学中的图象问题 考法示例7 静止于粗糙水平面上的物体,受到
23、方向恒定的水平拉力F的作用,拉力F的大小随时间变化如图甲所示.在拉力F从0逐渐增大的过程中,物体的加速度随时间变化如图乙所示,g取10 m/s2.则下列说法中错误的是图甲 图乙 A.物体与水平面间的摩擦力先增大,后减小至某一值并保持不变 B.物体与水平面间的动摩擦因数为0.1 C.物体的质量为6 kg D.4 s末物体的速度为4 m/s,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,关键能力 1.理解常见的动力学图象的物理意义 理解v-t图象、a-t图象、F-t图象、F-a图象等物理意义. 2.动力学图象问题的常见类型3.解题基本策略 (1)问题的实质是力与运动的关系,解题的关键在于
24、弄清图象斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义. (2)应用物理规律列出与图象对应的函数方程式,进而明确“图象与公式”“图象与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断.,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,方法提炼 在解简单连接体问题中,求合力或系统加速度时,优先考虑整体法;求物体之间的相互作用力时,用隔离法.实际应用中可根据具体情况,灵活交替使用.两种方法的取舍,并无绝对的界限,必须具体问题具体分析.无论哪种方法均以尽可能避免或减少非待求量(中间未知量,如非待求的力,非待求的中间状态或过程等)的出现为原则.本题中连接体有相同的加速度,故要灵活选取研究对象,不能胡乱套
25、用公式.,物理 专题三：牛顿运动定律,考法示例9 如图所示,A、B两物体的质量分别为2 kg和1 kg,静止叠放在水平地面上.A、B间的动摩擦因数为 0.8,B与地面间的动摩擦因数为0.4.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为10 m/s2.现对A施加一水平拉力F,不计空气阻力,则A.当F=17 N时,物体A的加速度大小为0.5 m/s2 B.当F=21 N时,物体A的加速度大小为3 m/s2 C.当F=22 N时,A相对B滑动 D.当F=39 N时,B的加速度大小为9 m/s2,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,方法提炼 本题属于加速度不同的连接体问题,求解时一般需
26、要运用隔离法,即分别以各物体为研究对象,对每个研究对象的受力和运动状态进行分析,分别应用牛顿第二定律建立方程,并注意应用各个物体间的相互作用关系,联立求解.另外分析求解本题时,还要注意临界条件.,物理 专题三：牛顿运动定律,方法2 求解动力学两类基本问题的方法,方法解读： 动力学的两类基本问题分别是由受力情况求解运动情况和由运动情况求解受力情况.能明确表示受力情况的物理量有力F、质量m、动摩擦数因数等,代表运动情况的物理量有位移x、速度v0、vt、时间t等,两种情况联系的纽带是加速度a.本部分是本专题前面知识的综合,也是高考对动力学问题最重要的考查方式.试题往往紧密联系现实生活,要求从物体的受
27、力情况和运动情况两个方面分析问题,并能熟练运用牛顿运动定律与运动学规律,列出方程联立求解,对分析推理能力及运用数学解决物理问题的能力要求较高,通常以计算题的形式出现.在分析求解问题时应注意把握如下几点:,方法1 匀变速直线运动规律的应用方法,方法2 竖直上抛运动的处理方法,题型 5 已知受力情况确定运动情况 考法示例10 如图所示,将质量m=1 kg的圆环套在固定的倾斜直杆上,杆的倾角为37,环的直径略大于杆的截面直径.对环施加一位于竖直平面内斜向上与杆夹角为37的拉力F=10 N,使圆环由静止开始沿杆加速向上运动,已知环与杆间的动摩擦因数=0.5.(g取10 m/s2)(1)F作用2 s时圆
28、环的速度是多大? (2)2 s后撤去力F,求圆环继续沿杆上滑的最大距离是多少?,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,方法提炼 解决根据物体受力求解物体运动的问题,一般是应用牛顿运动定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体的运动情况,即求出物体在任一时刻的位置、速度及运动轨迹.流程图如下:,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,题型 6 已知运动情况确定受力情况 考法示例11 质量为2 kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图象如图所示.g取10 m/s2,求:(1)
29、物体与水平面间的动摩擦因数; (2)水平推力F的大小; (3)010 s内物体运动位移的大小.,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,方法提炼 解决这类题目,一般是先应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合力,进而分析出物体的受力情况.流程图如下:,物理 专题三：牛顿运动定律,题型 7 “弹簧问题”模型求解 考法示例12 如图所示,物体A静止在台秤的秤盘B上,A的质量mA=10.5 kg,B的质量mB=1.5 kg,弹簧的质量可忽略不计,弹簧的劲度系数k=800 N/m.现给物体A施加一个竖直向上的变力F,使它向上做匀加速直线运动.已知t=0.2 s
30、时A与B分离.求力F在0.2 s内的最大值与最小值.(取g=10 m/s2)思路点拨 在0.2 s内,A、B接触,两者一起运动,可看作一个整体,因A、B整体做匀加速运动,所以所受合力不变,但由于越向上运动,弹簧的弹力越小,所以向上的拉力越大.可见在0.2 s内,力F是不断增大的,Fmax出现在A、B刚要分离时,而Fmin则应出现在整体刚开始运动时.,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,题型 8 “滑板滑块”问题求解 考法示例13 多选如图甲所示,质量为M=2 kg的木板静止在光滑水平面上,可视为质点的物块(质量设为m)从木板的左侧沿木板表面水平冲上木板.物块和木板的速度时间
31、图象如图乙所示,g=10 m/s2,结合图象,下列说法正确的是A.可求得物块在前2 s内的位移5 m B.可求得物块与木板间的动摩擦因数=0.2 C.可求得物块的质量m=2 kg D.可求得木板的长度L=2 m,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,素养提升 以“科学思维”处理滑板滑块问题时,注意把握以下两点. 1.两种位移关系 滑块从滑板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和滑板向同一方向运动,则滑块的位移和滑板的位移之差等于滑板的长度;若滑块和滑板向相反方向运动,则滑块的位移和滑板的位移之和等于滑板的长度. 2.解题基本程序,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定
32、律,题型 9 “传送带”问题求解 考法示例14 如图所示,工厂利用皮带传输机把货物从地面运送到高出水平地面的C平台上,C平台离地面的高度一定.运输机的皮带以一定的速度v顺时针转动且不打滑.将货物(可视为质点)轻轻地放在A处,货物随皮带到达平台.货物在皮带上相对滑动时,会留下一定长度的痕迹.已知所有货物与皮带间的动摩擦因数均为.若皮带的倾角、运行速度v和货物质量m都可以改变,始终满足tan .可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.则A.当速度v一定时,角越大,运送时间越短 B.当倾角一定时,改变运行速度v,运送时间不变 C.当倾角和速度v一定时,货物质量m越大, 皮带上留下的痕迹越长 D.当倾角和
33、速度v一定时,货物质量m越大,皮带上因摩擦产生的热量越多,物理 专题三：牛顿运动定律,解析 由于tan ,即mgcos mgsin ,货物随传送带向上做匀加速运动,但是货物有可能一直匀加速运动至C平台,也可能在皮带上先做匀加速运动,当速度达到皮带的运行速度时做匀速运动.货物匀加速运动时,根据牛顿第二定律可求出加速度,货物速度增加到与皮带运行速度相同时与皮带一起做匀速运动,求出货物与皮带的相对位移,根据Q=mgcos x可求出因滑动摩擦产生的热量.对于A选项,分析可知当速度v一定时,随着角的增大,加速度减小,运送时间增大,A错误.当倾角一定时,货物做匀加速运动的加速度一定,货物到达C平台的位移一
34、定,改变速度v,运送时间可能变化,B错误.当倾角和速度v一定时,货物做匀加速运动的加速度一定,货物在皮带上做匀加速运动的位移一定,故货物在皮带上留下的痕迹长度一定,根据Q=mgcos x可知货物质量m越大,皮带上摩擦产生的热量越多,故C错误、D正确. 答案 D,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,方法提炼 对倾斜传送带问题,注意分析如下情况. 1.物体和传送带一起匀速运动 匀速运动说明物体处于平衡状态,则物体受到的摩擦力和重力沿传送带方向的分力等大、反向,即物体受到的静摩擦力的方向沿传送带向上,大小为mgsin (为传送带的倾角). 2.物体和传送带一起加速运动 (1)若物体和
35、传送带一起向上加速运动,传送带的倾角为,则对物体有f-mgsin =ma,即物体受到的静摩擦力方向沿传送带向上,大小为f=ma+mgsin . (2)若物体和传送带一起向下加速运动,传送带的倾角为,则静摩擦力的大小和方向取决于加速度a的大小.,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,当a=gsin 时,无静摩擦力; 当agsin 时,有mgsin +f=ma,即物体受到的静摩擦力方向沿传送带向下,大小为f=ma-mgsin .在这种情况下,重力沿传送带向下的分力不足以提供物体的加速度a,物体有相对于传送带向上的运动趋势,受到的静摩擦力沿传送带向下; 当agsin 时,有mgsin
36、-f=ma,即物体受到的静摩擦力的方向沿传送带向上,大小为f=mgsin -ma.此时重力沿传送带向下的分力提供物体沿传送带向下的加速度过剩,物体有相对于传送带向下的运动趋势,必受到沿传送带向上的摩擦力.,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,考法示例15 在一水平放置的浅色长传送带上放一煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为.初始时,传送带与煤块都是静止的.现让传送带以恒定的加速度a0开始运动,当其速度达到v0后,便以此速度做匀速运动.经过一段时间,煤块在传送带上留下一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动.求此黑色痕迹的长度.思路分析 本题难度较大,传送带在开始阶
37、段也做匀加速运动,后来变为匀速运动,煤块的运动情况则受传送带运动情况的制约.解答该题的重点应在对煤块相对运动的情境分析和相对位移的求解上. 本题题目中明确写道:“经过一段时间,煤块在传送带上留下一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动.”这说明第一阶段传送带的加速度a0大于煤块的加速度g.当传送带速度达到v0时,煤块速度vv0,此过程中传送带的位移大于煤块的位移;接下来煤块还要继续加速到v0,传送带则以v0做匀速运动.两阶段传送带与煤块的位移之差即为黑色痕迹的长度.,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,
38、物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,方法3 实验改进与创新问题的求解方法,方法解读： 1.实验器材的改进 (1)为了减小摩擦,用气垫导轨替代长木板; (2)用频闪照相或光电计时器替代打点计时器. 2.实验原理的创新 将砂桶与小车的整体质量设置为不变,即每次调整砂桶中的砂子时,若取出的砂子完全地置入小车中,则实验可以避免因不能很好满足Mm条件而产生的系统误差. 特别说明:将研究对象由小车转移为小车与砂桶组成的系统进行研究. 3.数据处理方法的改进 利用传感器,借助于计算机系统来处理数据,得到加速度,或
39、直接得到加速度与外力、加速度与质量之间的关系.,方法3 实验改进与创新问题的求解方法,题型 10 实验原理的迁移 考法示例16 如图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源,打点的时间间隔用t表示,在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法来探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量的关系”.,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,(2)完成下列填空: 本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是 . 设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和
40、s3,a可用s1、s3和t表示为a= .图乙为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1= mm,s2= mm,由此求得加速度的大小a= m/s2.,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,数学 第四章：三角函数,物理 专题三：牛顿运动定律,题型 11 实验方法的创新 考法示例17 如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置.他在导轨上安装了一个光电门B.滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放.,物理 专题三：牛顿运动定律,(1)该同学用游
41、标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d= mm. (2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是 ,可得加速度a= . (3)下列不必要的一项实验要求是 .(请填选项前对应的字母) A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B.应使A位置与光电门间的距离适当大些 C.应将导轨调节水平 D.应使细线与导轨平行,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,物理 专题三：牛顿运动定律,C.考法帮考向全扫描,考向1 运用牛顿第二定律分析力和运动的关系 考向2 考查动力学中的图
42、象问题 考向3 考查动力学中的临界与极值问题 考向4 牛顿运动定律的综合应用 考向5 考查探究加速度与力、质量的关系实验,物理 专题三：牛顿运动定律,牛顿运动定律是力学最基本、最重要的定律,是力学的核心知识,在整个物理学中占有非常重要的地位.因此,也是高考命题的热点.纵观近年高考试题,主要考查学生能否准确理解牛顿运动定律的含义,能否熟练应用牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析等解决运动和力的问题;理解超重和失重现象,掌握牛顿第二定律的验证方法和原理.有关本专题内容高考命题的题型有选择题、计算题.特别是试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查,并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系.
43、,考情揭秘,命题透视:牛顿第二定律是力学的基础,是联系“运动”和“力”的桥梁,也是力学的核心知识,是高考命题的重点和热点.本专题知识在高考命题中考查角度多种多样,主要考查对牛顿第二定律的理解及应用.有选择题、实验题和计算题,试题灵活多变,对能力要求较高.,考向1 运用牛顿第二定律分析力和运动的关系,示例18 2014全国卷,24,13分2012年10月,奥地利极限运动员菲利克斯鲍姆加特纳乘气球升至约39 km的高空后跳下,经过4分20秒到达距地面约1.5 km高度处,打开降落伞并成功落地,打破了跳伞运动的多项世界纪录.取重力加速度的大小g=10 m/s2. (1)若忽略空气阻力,求该运动员从静
44、止开始下落至1.5 km 高度处所需的时间及其在此处速度的大小; (2)实际上,物体在空气中运动时会受到空气的阻力,高速运动时所受阻力的大小可近似表示为f=kv2,其中v为速率,k为阻力系数,其数值与物体的形状、横截面积及空气密度有关.已知该运动员在某段时间内高速下落的v-t图象如图所示.若该运动员和所带装备的总质量m=100 kg,试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数.(结果保留1位有效数字),考向1 运用牛顿第二定律分析力和运动的关系,命题立意 本题以实际情境为命题背景,结合牛顿第二定律,确定所受合力特征,从而确定物体的受力情况,要求学生灵活掌握具体环境中的受力分析和运动分析,
45、对学生的理解能力和灵活运用物理规律解决实际问题的能力要求较高.,考向1 运用牛顿第二定律分析力和运动的关系,考向1 运用牛顿第二定律分析力和运动的关系,命题透视:牛顿运动定律与匀变速直线运动、图象相结合的问题,是历年高考命题的热点和重点.试题紧密联系实际,具有涉及的知识内容多、物理过程多、信息量大、考查角度灵活等特点,对学生的分析推理能力和运用数学知识分析求解物理问题的能力要求较高.,考向2 考查动力学中的图象问题,示例19 2013全国卷,25,18分一长木板在水平地面上运动,在t=0时刻将一相对于地面静止的物块轻放到木板上,以后木板运动的速度时间图象如图所示.已知物块与木板的质量相等,物块
46、与木板间及木板与地面间均有摩擦,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上.取重力加速度的大小g=10 m/s2,求: (1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数; (2)从t=0时刻到物块与木板均停止运动时,物块相对于木板的位移的大小.,考向2 考查动力学中的图象问题,考向2 考查动力学中的图象问题,(2)在t1时刻后,地面对木板的摩擦力阻碍木板运动,物块与木板之间的摩擦力方向改变.设物块与木板之间的摩擦力大小为f,物块和木板的加速度大小分别为a1和a2,则由牛顿第二定律得 f=ma1 22mg-f=ma2 假设f1mg,与假设矛盾 故f=1mg,考向2 考查动力学中的图
47、象问题,考向2 考查动力学中的图象问题,命题透视:动力学中的临界与极值问题,历来是高考命题的热点之一.试题往往需要通过对力和运动情境分析,确定临界与极值条件.求解时需要运用极限法、假设法以及数学方法等,试题难度中等偏难.,考向3 考查动力学中的临界与极值问题,考向3 考查动力学中的临界与极值问题,考向3 考查动力学中的临界与极值问题,考向3 考查动力学中的临界与极值问题,命题透视:牛顿运动定律是动力学的基础,运动和力的关系是动力学的核心,牛顿运动定律的综合应用在高考中占有重要的位置,是高考考查的重点和热点之一.在高考命题中主要以综合计算题的形式考查.往往结合“斜面模型”“弹簧模型”“滑板滑块模
48、型”以及“传送带模型”等进行命题,试题分值高,难度大、区分度较高.,考向4 牛顿运动定律的综合应用,示例21 2015全国卷,25,20分一长木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小物块;在木板右方有一墙壁,木板右端与墙壁的距离为4.5 m,如图(a)所示.t=0时刻开始,小物块与木板一起以共同速度向右运动,直至t=1 s时木板与墙壁碰撞(碰撞时间极短).碰撞前后木板速度大小不变,方向相反;运动过程中小物块始终未离开木板.已知碰撞后1 s时间内小物块的v-t图线如图(b)所示.木板的质量是小物块质量的15倍,重力加速度大小g取10 m/s2.求:图(a) 图(b) (1)木板与地面间的动摩擦因
49、数1及小物块与木板间的动摩擦因数2; (2)木板的最小长度; (3)木板右端离墙壁的最终距离.,考向4 牛顿运动定律的综合应用,命题立意 本题主要考查牛顿运动定律、板块模型、速度时间图象、匀变速直线运动规律等内容,问题具有较大的综合性.对学生的分析综合能力要求很高. 思路分析 分析求解综合性较强的问题的关键是通过认真审题,分解物理过程,将综合问题分解成若干个子问题.具体求解思路和步骤如下. 1.审题要点 第一步:分析对象模型.设小物块和木板的质量分别为m和M.小物块和木板均可以看作质点(初始条件v0未知,如图1所示).,考向4 牛顿运动定律的综合应用,第二步:分解过程模型.(1)认为地面各点的粗糙程度相同,小物块和木板一起向右做匀变速运动,到速度大小为v1,如图2所示. (2)木板与墙壁碰撞过程:小物块受到滑动摩擦力(设置的初始条件),由于碰撞时间极短(t0),故碰后小物块速度不变,木板的速度方向突变(设置的初始条件),如图3所示.,
