第3章 专题探究(三) 牛顿运动定律的综合应用 -2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word（老教材，教科版）

专题探究(三)　牛顿运动定律的综合应用 考向一　动力学中的图像问题 1.常见的四类动力学图像及解题办法 v-t图像 根据图像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力 F-a图像 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像,明确图像的斜率、截距的意义,从而求出未知量 a-t图像 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 F-t图像 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.解题策略 命题点1　常见的图像问题 [例1] (2019·全国Ⅲ卷,20)(多选)如图a,物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4 s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图b所示,木板的速度v与时间t的关系如图c所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取10 m/s2。由题给数据可以得出(　AB　) A.木板的质量为1 kg B.2～4 s内,力F的大小为0.4 N C.0～2 s内,力F的大小保持不变 D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2 解析:结合b、c两图像可判断出0～2 s物块和木板还未发生相对滑动,它们之间的摩擦力为静摩擦力,此过程力F等于F摩,故F在此过程中是变力,C错误;2～5 s内木板与物块发生相对滑动,它们之间的摩擦力转变为滑动摩擦力,在4～5 s内,木板仅在摩擦力的作用下做匀减速运动,有F摩=ma2=0.2 N,而a2= m/s2=0.2 m/s2,故m=1 kg,A正确;在2～4 s内,木板加速度大小a1= m/s2=0.2 m/s2,根据牛顿第二定律可知F-F摩=ma1,即F=F摩+ma1=0.4 N,B正确;对物块进行分析可知,物块一直处于平衡状态,故F摩=μm物g=0.2 N,而物块的质量未知,所以无法计算物块与木板之间的动摩擦因数μ,D错误。 [跟踪训练1] (多选)如图所示,光滑水平地面上,可视为质点的两滑块A、B在水平外力作用下紧靠在一起压紧弹簧,弹簧左端固定在墙壁上,此时弹簧的压缩量为x0,以两滑块此时的位置为坐标原点建立如图所示的一维坐标系。现将外力突然反向并使B向右做匀加速运动,下列关于拉力F、两滑块间弹力N与滑块B的位移x关系的图像可能正确的是(　BD　) 解析:当A和B相对静止加速时,对A、B整体,由牛顿第二定律得F+k(x0-x)=(mA+mB)a,因为可能有kx0=(mA+mB)a,则得F=kx,即F-x图像可能为过原点的直线。当A、B分离时,对A,k(x0-x)=mAa,此时x<x0,当A、B分离后,对B,F=mBa大小恒定,与x无关,B正确;在A、B分离前,对A,k(x0-x)-N=mAa,分离后N=0,D正确。 命题点2　图像信息的应用 [例2] (2021·福建三明期末)某同学在水平地面上拖地时,沿拖杆方向推拖把,推力F、拖把头所受地面摩擦力f的大小随时间的变化可简化为图甲、乙中的图线。已知拖把头的质量为m,拖杆质量可以忽略,拖杆与地面间的夹角θ保持不变,图中F0、f0、f1、t1、t2均为已知量,则0～t2时间内拖把头运动的位移为(　C　) A. B. C. D. 解析:经分析可知,0～t1时间内,拖把处于静止状态,f1为最大静摩擦力;t1～t2时间内,拖把在力F0作用下做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得F0cos θ-f0=ma,根据x=at2,联立得x=,故选项C正确。 解决图像综合问题的三点提醒 (1)分清图像的类别:即分清横、纵坐标所代表的物理量,明确其物理意义,掌握物理图像所反映的物理过程,会分析临界点。 (2)注意图线中特殊点的物理意义:图线与横、纵坐标轴的交点,图线的转折点,两图线的交点等。 (3)明确从图像中获得的信息:把图像与具体的题意、情境结合起来,再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义,确定从图像中可以获取的信息。 [跟踪训练2] (2021·广东新高考适应性考试)(多选)研究“蹦极”运动时,在运动员身上系好弹性绳并安装传感器,可测得运动员竖直下落的距离及其对应的速度大小。根据传感器收集到的数据,得到如图所示的“速度—位移”图像。若空气阻力和弹性绳的重力可以忽略,根据图像信息,下列说法正确的是(　BD　) A.弹性绳原长为15 m B.当运动员下降10 m时,处于失重状态 C.当运动员下降15 m时,绳的弹性势能最大 D.当运动员下降20 m时,其加速度方向竖直向上 解析:根据题意可判断,弹性绳伸长到原长前,可看作自由落体运动,加速度为g,之后运动员先做加速度逐渐减小的加速运动,当s=15