第四章专题提升 连接体问题 动力学中的临界问题 课件 -2025-2026学年高一上学期物理粤教版必修第一册

该高中物理牛顿运动定律专题复习课件，系统梳理连接体问题与动力学临界问题核心内容，通过定义阐释、整体法与隔离法原则归纳、临界特征及方法总结，结合典例剖析（如“串接式”连接体弹力分配协议）和对点演练，构建逻辑清晰的知识网络。 其亮点在于以科学思维为导向，创新“知识归纳-典例建模-规律提炼-分层演练”路径，如连接体问题用“先整体求加速度，后隔离求内力”推导，临界问题结合极限法分析，培养科学推理与模型建构能力。分层设计基础题与综合题，满足不同学生需求，助力教师精准复习，有效提升学生解题能力。

第四章　牛顿运动定律 专题提升　连接体问题　动力学中的临界问题 学 习 目 标 1.学会用整体法和隔离法分析连接体问题.(科学思维) 2.会根据力的突变特征分析动力学临界问题. (科学思维) 重难探究·能力素养全提升 探究点一　动力学中的连接体问题 知识归纳 1.连接体 多个相互关联的物体叠放、并排或由绳子、细杆、弹簧等连接在一起构成的物体系统称为连接体. 常见连接体模型 2.解决连接体问题的两种方法 整体法 把加速度相同的物体看作一个整体来研究的方法,此时不用分析内力 隔离法 求系统内物体间的相互作用时,把一个物体隔离出来单独研究的方法 特别提示　内力:系统内各物体间的相互作用力;外力:系统之外的物体对系统的作用力. 3.整体法与隔离法选取的原则 (1)当相互作用的两个或两个以上物体各部分加速度相同且不涉及求内力的情况时,用整体法比较简单. (2)在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时必须用隔离法. (3)若系统内各物体具有相同的加速度,求物体之间的作用力时,需要将整体法和隔离法有机地结合起来运用,一般是“先整体求加速度,后隔离求内力”. 典例剖析 【例题1】 如图所示,质量分别为m1和m2、材料相同的两物体A、B①用细线相连,在大小恒定的拉力F作用下②,两物体先沿水平面,再沿斜面,最后竖直向上运动,在整个过程中两物体做匀加速运动③,不计空气阻力,在三个阶段的运动中,细线上拉力的大小④(　　) A.由大变小 B.由小变大 D.由大变小再变大 C 教你析题 读取题干 获取信息 ① 两物体与同一个接触面之间的动摩擦因数相等 ② 驱动力大小恒定 ③ 在三种情形下,具有不同的阻力,但都在做匀加速直线运动 ④ 需要研究在不同情形下拉力的大小是否存在一定的规律 教你破题 规律方法　“串接式”连接体中弹力的“分配协议” 如图所示,对于一起做加速运动的物体系统,A和B间的弹力F12或中间轻绳的拉力T的大小遵守以下力的“分配协议”: (1)若外力F作用于A上,则F12=T=; (2)若外力F作用于B上,则F12=T=. 此“分配协议”的注意事项: ①与有无摩擦无关(若有摩擦,两物体与接触面间的动摩擦因数必须相同); ②与两物体间有无连接物、何种连接物(轻绳、轻杆、轻弹簧)无关; ③物体系统处于水平面、斜面或竖直方向上一起加速运动时此“协议”都成立. 对点演练 1.(多选)如图所示,两个质量分别为m1=3 kg、m2=2 kg的物体A、B置于光滑的水平面上,中间用轻质弹簧测力计连接.两个大小分别为F1=30 N、F2=20 N的水平拉力分别作用在物体A、B上,则(　 　) A.弹簧测力计的示数是50 N B.弹簧测力计的示数是24 N C.在突然撤去F2的瞬间,A的加速度大小为2 m/s2 D.在突然撤去F2的瞬间,B的加速度大小为12 m/s2 BCD 解析 在两水平拉力作用下,整体向右做匀加速运动.先以A、B整体为研究对象,进行受力分析,由牛顿第二定律得F1-F2=(m1+m2)a,代入数据,解得a= m/s2=2 m/s2,对B受力分析,向左的F2和向右的弹簧弹力F,由牛顿第二定律得F-F2=m2a,解得F=24 N,A错误,B正确;在突然撤去F2的瞬间,因为弹簧的弹力不能发生突变,所以A的受力没有发生变化,故加速度大小仍为2 m/s2,B的受力仅剩弹簧的弹力,对B,由牛顿第二定律得F=m2a',解得a'=12 m/s2,C、D正确. 探究点二　动力学中的临界问题 知识归纳 1.动力学中临界问题的特征 在动力学问题中出现某种物理现象(或物理状态)刚好要发生或刚好不发生的转折状态即为临界问题.问题中出现“最大”“最小”“刚好”“恰能”等关键词语,一般都会涉及临界问题,隐含相应的临界条件. 2.临界问题的常见类型及临界条件 (1)弹力发生突变的临界条件 弹力发生在两物体的接触面之间,是一种被动力,其大小由物体所处的运动状态决定.相互接触的两个物体将要脱离的临界条件是弹力为零. (2)摩擦力发生突变的临界条件 摩擦力是被动力,由物体间的相对运动趋势决定. ①静摩擦力为零是运动趋势方向发生变化的临界状态. ②静摩擦力最大是物体恰好保持相对静止的临界状态. 3.求解临界极值问题的三种常用方法 极限法 把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问题的目的 假设法 临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题 数学法 将物理过程转化为数学表达式,根据数学表达式解出临界条件 典例剖析 【例题2】 (2025广东汕头高一期末)如图所示,A、B两个物体相互接触,但并不黏合,放置在水平面上,水平面与物体间的摩擦力可忽略,两物体的质量mA为4 kg,mB为6 kg.从t=0开始,推力FA和拉力TB分别作用于A、B上,FA、TB随时间的变化规律为FA=(8-2t) (N),TB=(2+2t) (N),下列说法正确的是 (　　) A.A、B始终做匀变速直线运动 B.A对B的作用力大于B对A的作用力 C.t=1.5 s时A的速度小于1.5 m/s D.t=2 s时A、B开始分离 D 解析 A、B一起运动时,对A、B整体受力分析,由牛顿第二定律有FA+TB=(mA+mB)a,解得加速度为a=1 m/s2,两物体分离时,A、B之间的作用力为0,对B单独进行受力分析,由牛顿第二定律有TB=mBa,代入数据解得t=2 s,即2 s后A、B分开运动,分开后,B只受TB作用,在变力的作用下,B的加速度是变化的,A错误,D正确;A对B的作用力与B对A的作用力是作用力与反作用力,始终等大,B错误;t=1.5 s时,A、B一起运动,加速度大小为1 m/s2,由运动学知识有v=at=1.5 m/s,C错误. 对点演练 2.一轻质弹簧一端固定在倾角为37°的光滑斜面的底端,另一端系住一质量不计的物块P,重物Q的质量为4 kg,弹簧的劲度系数为k=600 N/m,系统处于静止状态.现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F,使它从静止开始沿斜面向上匀加速运动,已知在前0.2 s内F为变力,0.2 s以后F为恒力,已知sin 37°=0.6,g取10 m/s2,则下列说法正确的是(　　) A.P、Q一起匀加速运动的加速度大小为2 m/s2 B.F的最小值为8 N,F的最大值为36 N C.P、Q分离时弹簧为压缩状态 D.若P是有质量的物体,P、Q分离时弹簧为原长 A 解析 P、Q静止时,设弹簧压缩量为x,则kx=mQgsin θ,0.2 s时P、Q分离,由于P的质量不计,合力为零,此时P、Q间无弹力,弹簧恢复原长,则Q在0.2 s内,有x= at2,代入数据可得a=2 m/s2,故A正确,C错误;设P、Q间作用力大小为FPQ,弹簧弹力为T,对P,FPQ=T,对Q,F+FPQ-mQgsin 37°=mQa,在P、Q加速向上运动的过程中,T在逐渐减小,FPQ逐渐减小,F逐渐增大,故P、Q开始运动时的F是最小值Fmin,运动0.2 s时的F是最大值Fmax,开始时T=FPQ=mQgsin 37°,得Fmin=mQa=8 N,运动0.2 s时FPQ=T=0,得Fmax=mQgsin 37°+mQa=32 N,故B错误;若P有质量,则P、Q刚要分离时,P所受合力也要沿斜面向上,弹簧必须有沿斜面向上的弹力,应处于压缩状态,D错误. 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.(连接体问题)某同学用手拉车在水平路面上搬运两包书,简化图如图所示,小车在拉力F作用下向左做匀加速直线运动,两包书M和N质量相同,M、N之间始终未发生相对滑动,且相对小车静止, 则下列说法正确的是(　　) A.N所受的合力比M所受的合力大 B.M受到的摩擦力大小与小车的速度大小成正比 C.M受到的摩擦力的方向水平向右 D.N与小车之间的摩擦力是M与N之间摩擦力的2倍 D 1 2 3 解析 根据题意可知,两包书加速度相同,且质量相同,根据牛顿第二定律F=ma可知,它们所受合力相同,故A错误;M受到的摩擦力等于其受到的合力,根据牛顿第二定律F=ma可知,摩擦力与小车的加速度大小成正比,与速度无关,故B错误;M向左加速运动,水平方向只受摩擦力,则摩擦力向左,故C错误;对N和M整体,N与小车之间的摩擦力f1=2ma,对M,M与N之间的摩擦力f2=ma,故D正确. 1 2 3 2.(连接体问题)(多选)测定空间站质量的示意图如图所示.飞船质量为6.0×103 kg,在恒定推力F作用下获得0.3 m/s2的加速度,飞船与空间站完成对接后,测出组合体2 s内的速度变化量为0.03 m/s,对接前后短时间内都视为直线运动,推力不变,则下列说法正确的是(　 　) A.推力F的大小为1 800 N B.飞船与空间站对接后加速度大小为0.015 m/s2 C.空间站的质量为1.14×105 kg D.对接完成后,飞船对空间站的推力大小为1 800 N ABC 1 2 3 解析 对接前,对飞船,由牛顿第二定律得F=ma,解得推力F的大小为1 800 N,故A正确;根据加速度的定义式可得,飞船与空间站对接后加速度大小为a组= =0.015 m/s2,故B正确;设空间站的质量为m0,对接后,由牛顿第二定律得F=(m+m0)a组,解得,空间站质量为m0=1.14×105 kg,故C正确;对接完成后,对空间站,由牛顿第二定律得F1=m0a组,对接完成后,飞船对空间站的推力大小为F1=1 710 N,故D错误. 1 2 3 3.(临界问题)(2025海南高一月考)如图所示,物块B放置在固定于水平地面的足够长的斜面上,斜面倾角为37°.物块B与斜面间的动摩擦因数为0.5,一轻绳跨过定滑轮与物块A、B相连,滑轮固定于天花板上,不计轻绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量.已知物块B的质量为1 kg,连接物块B的轻绳与斜面平行,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为保持物块B处于静止状态,求物块A的质量范围. 1 2 3 解析 为保持物块B处于静止状态,当物块B受到的摩擦力沿斜面向下,且达到最大时,物块A具有最大质量,则有 mBgsin θ+μmBgcos θ=Tmax=mAmaxg 解得mAmax=1 kg 当物块B受到的摩擦力沿斜面向上,且达到最大时,物块A具有最小质量, 则有mBgsin θ-μmBgcos θ=Tmin=mAming 解得mAmin=0.2 kg 则物块A的质量范围为0.2 kg≤mA≤1 kg. 答案 0.2 kg≤mA≤1 kg C.始终不变且大小为F 解析 两物体在水平面上时,对A、B整体,由牛顿第二定律得F-μ(m1+m2)g =(m1+m2)a1,对A,由牛顿第二定律得T1-μm1g=m1a1,联立解得T1=F; 两物体在斜面上时,对A、B整体,由牛顿第二定律得F-μ(m1+m2)gcos θ-(m1+m2)gsin θ=(m1+m2)a2,对A,由牛顿第二定律得T2-μm1gcos θ-m1gsin θ =m1a2,联立解得T2=F;两物体在竖直方向上时,对A、B整体,由牛顿 第二定律得F-(m1+m2)g=(m1+m2)a3,对A,由牛顿第二定律得T3-m1g=m1a3, 联立解得T3=F.综上分析可知,细线上拉力始终不变且大小为F, C正确. $