2023年高考二轮复习物理学案2力与物体的直线运动高中物理.docx

专题二 力与物体的直线运动 学案 一． 典例精析 题型1.（匀变速直线运动规律的应用）物体以速度v匀速通过直线上的A、B两点需要的时间 ks5u 为t。现在物体由A点静止出发，先做加速度大小为a1的匀加速直线运动到某一最大速度vm后立即做加速度大小为a2的匀减速直线运动至B点停下，历时仍为t，那么物体的 （ ） A. 最大速度vm只能为2v，无论a1、 a2为何值 ks5u B. 最大速度vm可以为许多值，与a1、 a2的大小有关 C. a1、 a2的值必须是一定的，且a1、 a2的值与最大速度vm有关 D. a1、 a2必须满足 解析：分析此题可根据描述的运动过程画出物体运动的速度图像，根据速度图像容易得出“最大速度vm只能为2v，无论a1、 a2为何值〞的结论。也可利用解析法根据题述列出方程解答。 ks5u 设物体匀加速运动时间为t1,那么匀减速运动时间为t- t1,根据题述有得 vm=2v. ,所以正确选项为AD。 规律总结：此题主要考查匀变速直线运动规律的灵活运用。此题也可以用速度图像形式给出解题信息，降低难度。 ks5u 题型2.（v-t图像的应用）某学习小组对一辆自制小遥控汽车的性能进行研究。他们让这辆汽车在水平地面上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过数据处理得到如下列图的v-t图，小车在0~ts内做匀加速直线运动，ts~10s内小车牵引力的功率保持不变， ks5u 且7s~10s为匀速直线运动；在10s末停止遥控，让小车自由滑行，小车质量m=1kg，整个过程小车受到的阻力Ff大小不变。求 ⑴小车受到阻力Ff的大小。 ⑵在ts~10s内小车牵引力功率P ⑶小车在加速运动过程中的总位移x。 解析：⑴在10s末撤去牵引力后，小车只在阻力的作用下做匀减速运动，由图像可得减速时的加速度的值为 （2分） （1分） ks5u ⑵小车在7s~10s内做匀速直线运动，设牵引力为F， 那么（1分） 由图像可知vm=6m/s④（1分） （1分） 在ts~10s内小车的功率保持不变，为12w。 ⑶小车的加速运动过程可分为0~ts和ts~7s两段，由于ts是功率为12W，所以此次牵引力为 ks5u ，（2分） 所以0~ts内加速度大小为 ，（2分） （1分） 在0~7s内由动能定理得：，（2分） 得x=28.5m⑩（1分） ks5u 规律总结：1.v-t图像的斜率为物体运动的加速度，包围的面积是物体通过的位移。因此，此题第⑶问中的x1也可以通过面积求解。 2.机车匀加速启动过程还未到达额定功率。 3.t时刻是匀加速运动的结束还是额定功率的开始，因此功率表达式结合牛顿第二定律和运动学公式求t是解题的关键。 ks5u 题型3.（运动学中的临界和极值问题）在水平长直的轨道上，有一长度为L的平板车在外力控制下始终保持速度v0做匀速直线运动 某时刻将一质量为m的小滑块轻放到车面的中点，滑块与车面间的动摩擦因数为μ． （1）证明：假设滑块最终停在小车上，滑块和车摩擦产生的内能与动摩擦因数μ无关，是一个 ks5u 定值． （2）滑块与车面间动摩擦因数μ=0.2，滑块质量m=1kg，车长L=2m，车速v0=4m/s，取g=10m/s2，当滑块放到车面中点的同时对该滑块施加一个与车运动方向相同的恒力F，要保证 ks5u 滑块不能从车的左端掉下，恒力F大小应该满足什么条件？ （3）在（2）的情况下，力F取最小值，要保证滑块不从车上掉下，力F的作用时间应该在什么范围内 v0 解析：（1）根据牛顿第二定律，滑块相对车滑动时的加速度 （1分） 滑块相对车滑动的时间 （1分） ks5u 滑块相对车滑动的距离 （1分） 滑块与车摩擦产生的内能 （1分） 由上述各式解得 （与动摩擦因数μ无关的定值） （1分） （2）设恒力F取最小值为F1，滑块加速度为a1，此时滑块恰好到达车的左端，那么 ks5u 滑块运动到车左端的时间 ① 由几何关系有 ② （1分） 由牛顿定律有 ③ （1分） 由①②③式代入数据解得 ， （2分） 那么恒力F大小应该满足条件是 （1分） （3）力F取最小值，当滑块运动到车左端后，为使滑块恰不从右端滑出，相对车先做匀加速运动（设运动加速度为a2，时间为t2），再做匀减速运动（设运动加速度大小为a3）．到达车右端时，与车达共同速度．那么有 ks5u ④ （1分） ⑤ （1分） ⑥ （1分） ks5u 由④⑤⑥式代入数据解得 （1分） 那么力F的作用时间t应满足 ，即（2分） 审题指导：1.临界和极值问题的处理关键就是找到临界状态，进一步确定临界条件 ks5u 2.运动学中的临界问题还应注意找到时间和位移关系，以便列出方程。 q 题型4.（动力学两类根本问题）如下列图，质量为M的汽车通过质量不计的绳索拖着质量为m的车厢（可作为质点）在水平地面上由静止开始做直线运动．汽车和车厢与水平地面间的动摩擦因数均为m ，汽车和车厢之间的绳索与水平地面间 的夹角为q ，汽车的额定功率为P，重力加速度为g，不 计空气阻力 为使汽车能尽快地加速到最大速度又能使汽 车和车厢始终保持相对静止，问： （1）汽车所能到达的最大速度为多少？ ks5u （2）汽车能到达的最大加速度为多少？ （3）汽车以最大加速度行驶的时间为多少？ 解析：（1）当汽车到达最大速度时汽车的功率为P且牵引力与汽车和车厢所受摩擦力大小相等，即 （1分） ks5u 由于在整个运动过程中汽车和车厢保持相对静止，所以汽车和车厢所受的摩擦力为 （1分） 又 （1分） 由上述三式可知汽车的最大速度为： （2分） （２） 要保持汽车和车厢相对静止，就应使车厢在整个运动过程中不脱离地面．考虑临界情况为车厢刚好未脱离地面，此时车厢受到的力为车厢重力和绳索对车厢的拉力T，设此时 ks5u 车厢的最大加速度为a，那么有： 水平方向 （1分） 竖直方向 （1分） 由上两式得： （1分） （3）因为此时汽车作匀加速运动，所以 ks5u （1分） ks5u 　　　　　　（用隔离法同样可得） （1分） 即 （1分） 因为汽车到达匀加速最大速度时汽车的功率到达额定功率，根据 a （1分） 由题意知，汽车一开始就做加速度最大的匀加速运动， 匀加速的最大速度为 （1分） 所以以最大加速度匀加速的时间为： （1分） ks5u 题型5.（电场内的直线运动问题）如下列图，倾角为θ的斜面AB是粗糙且绝缘的，AB长为L，C为AB的中点，在A、C之间加一方向垂直斜面向上的匀强电场，与斜面垂直的虚线CD为电场的边界。现有一质量为m、电荷量为q的带正电的小物块(可视为 ks5u 质点)，从B点开始在B、C间以速度υ0沿斜面向下做匀速运动，经过C后沿斜面匀加速下滑，到达斜面底端A时的速度大小为υ。试求： (1)小物块与斜面间的动摩擦因数μ； (2)匀强电场场强E的大小 解析：(1)小物块在BC上匀速运动，由受力平衡得 ①(1分) ks5u ks5u ②(1分) 而    ③(1分)  由①②③解得 ④(1分) (2)小物块在CA上做匀加速直线运动，受力情况如下列图。那么   ⑤(1分) ⑥(1分) 根据牛顿第二定律得   ⑦(1分) ks5u ⑧(1分) 由③⑤⑥⑦⑧解得 ⑨(2分) ks5u 规律总结：1.在电场中的带电体，不管其运动与否，均始终受到电场力的作用，其大小为F=Eq， ks5u 与电荷运动的速度无关，方向与电场的方向相同或相反，它既可以改变速度的方向，也可以改变速度的大小，做功与运动路径无关。 2.电场内的变速运动问题实质上是力学问题，受力分析是关键。 ks5u 题型6.（混合场内直线运动问题的分析）带负电的小物体A放在倾角为的足够长的绝缘斜面上，整个斜面处于范围足够大、方向水平向右的匀强电场中，如图物体A的质量为m，电荷量为-q，与斜面间的动摩擦因数为，它在电场中受到的电场力大小等于重力的一半。物体 ks5u A在斜面上由静止开始下滑，经过时间t后突然在斜面区域加上范围足够大的匀强磁场，磁场 ks5u 方向垂直于纸面，磁感应强度大小为B，此后物体A沿斜面继续下滑距离L后离开斜面。求： ⑴物体A在斜面上的运动情况如何？说明理由 ⑵物体A在斜面上运动的过程中有多少能量转化成内能？ 解析：⑴物体A在斜面上受重力、电场力、支持力、滑动摩擦力 ks5u 的作用，如下列图。由此可知： ① 小物体A在恒力作用下，先在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动； ②加上匀强磁场后，还受到方向垂直于斜面向上的洛伦兹力的作用，方可使A离开斜面，故磁感应强度应该垂直纸面向里，随着速度的增加，洛伦兹力增大，斜面的支持力减小，滑动摩擦力减小，物体继续做加速度增大的 ks5u 加速直线运动直到斜面的支持力为零，此后物体A将离开斜面。 ⑵加磁场之前，物体A做匀加速直线运动，由牛顿第二定律，有 ks5u ， 由以上三式得： A在斜面上运动的距离为 ks5u 加上磁场后，受洛伦兹力的作用，随速度的增大支持力在减小，直到支持力为零时物体A离 ks5u 开斜面。有 解得： 物体A在斜面上运动的过程中，重力和电场力做正功，滑动摩擦力做负功，洛伦兹力不做功，由动能定理得： ks5u 物体A克服摩擦力做功，机械能转化成内能 规律总结：该题涉及到重力、电场力、洛伦兹力做功特点和动能定理等知识点，考查学生对运动和力的关系的理解和掌握情况，同时考查了学生对接触物体的别离条件的灵活运用，解决此题的关键是抓住重力、电场力做功与路径无关、洛伦兹力永不做功的特点，另要注意加 ks5u 上磁场后，受洛伦兹力的影响，随速度的增大支持力在减小，直到支持力为零时物体A离开 二、 专题突破 针对典型精析的例题题型，训练以下习题。 1.在地质、地震、勘探、气象和地球物体等领域的研究中，需要精密的重力加速度g值，g值可由实验精确测定。近年来测g值的一种方法叫“对称自由下落法〞，它是将测g值归于测长度和时间，以稳定的氦氖激光的波长为长度标准，用光学干预的方法测距离，以铷原子钟或 ks5u 其他手段测时间，能将g值测得很准，具体做法是：将真空长直管沿竖直方向放置，自其中O