《第3讲 动力学图像问题及动力学方法的综合应用（讲）（解析版）2022年高考一轮复习讲练测（新高考江苏).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3讲 动力学图像问题及动力学方法的综合应用（讲）（解析版）2022年高考一轮复习讲练测（新高考江苏).docx（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第3讲 动力学图像问题及动力学方法的综合应用（讲）命题分析：动力学图像问题及动力学方法问题，高考命题中选择题多与图像相结合，计算题与运动学规律结合考查多对象多过程问题，试题难度中等。趋势分析：重点考查对牛顿运动定律的理解及灵活应用。涉及临界、极值并与图像相结合等的综合应用、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。物理观念：理解和掌握牛顿运动定律科学思维：整体法与隔离法、数形结合解决动力学问题、控制变量法科学态度与责任：通过牛顿运动定律的学习，进一步认识物理学是对自然现象的描述与理解，激发学生学习物理的兴趣，形成正确的世界观、人生观和价值观。一、动力学中的图象问题1.常
2、见的动力学图象及问题类型2.解题策略数形结合解决动力学图象问题(1)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，进而明确“图象与公式”“图象与规律”间的关系；然后根据函数关系读取图象信息或描点作图。(2)读图时，要注意图线的起点、斜率、截距、折点以及图线与横坐标轴包围的“面积”等所表示的物理意义，尽可能多地提取有效信息。二、动力学中的连接体问题1.两个或多个物体相连组成的物体系统叫做连接体，连接体问题是高考中的常考点。命题特点如下：(1)通过轻绳、轻杆、轻弹簧关联：一般考查两物体或多物体的平衡或共同运动，要结合绳、杆、弹簧特点分析。(2)两物块叠放：叠放问题一般通过摩擦力的相互作
3、用关联，考查共点力平衡或牛顿运动定律的应用。(3)通过滑轮关联：通过滑轮关联的两个或多个物体组成的系统，一般是物体加速度大小相同、方向不同，可分别根据牛顿第二定律建立方程，联立求解。2.解决连接体问题的两种方法三、动力学中的临界和极值问题1.临界或极值问题的关键词(1)“刚好”“恰好”“正好”“取值范围”等，表明题述的过程存在临界点。(2)“最大”“最小”“至多”“至少”等，表明题述的过程存在极值。2.产生临界值和极值的条件(1)两物体脱离的临界条件：相互作用的弹力为零，加速度相等。(2)绳子松弛(断裂)的临界条件：绳中张力为零(最大)。(3)两物体发生相对滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值。
4、(4)加速度最大的条件：合外力最大。(5)速度最大的条件：应通过运动过程分析，很多情况下当加速度为零时速度最大。3.临界或极值问题的分析方法(1)假设分析法。(2)数学极值法。命题点1 动力学中的图象问题考法1 动力学中的vt图象【例1】（2021江苏南通市高三期末）某兴趣小组的同学做家用汽车刹车性能测试，估测汽车刹车时的速度。某次测得汽车从刹车到停下来所用的时间为t，在平直路面上通过的距离为s。已知汽车的速度越大，所受的阻力越大，则该汽车刹车时的速度v（）ABCD【答案】C【解析】汽车刹车后做减速运动，速度变小，汽车所受阻力小，根据牛顿第二定律可知，加速度变小，所以汽车刹车后做加速度减小的减
5、速运动，其速度图像大体如图所示，速度图像与坐标轴所围成的面积表示位移，所以汽车刹车后汽车运动的位移小于三角形的面积，所以有解得故选C。【变式1】（2020江苏淮安市淮海中学高三月考）如图（a）所示，质量相等的a、b两物体，分别从斜面上的同一位置A由静止下滑，经B点的水平面上滑行一段距离后停下不计经过B点时的能量损失，用传感器采集到它们的速度时间图象如图（b）所示，下列说法正确的是( )Aa在斜面上滑行的加速度比b的大Ba在水平面上滑行的距离比b的短Ca与斜面间的动摩擦因数比b的小Da与水平面间的动摩擦因数比b的大【答案】AC【解析】A由乙图图象斜率可知a做加速运动时的加速度比b做加速时的加速度
6、大，故A正确；B物体在水平面上的运动是匀减速运动，a从t1时刻开始，b从t2时刻开始由图象与坐标轴围成的面积表示位移可知，a在水平面上做匀减速运动的位移比b在水平面上做匀减速运动的位移大，故B错误；C物体在斜面上运动的加速度为agsingcos因为a的加速度大于b的加速度，所以a与斜面间的动摩擦因数比b的小，故C正确；D物体在斜面上运动的加速度为ag，因为a的加速度小于b的加速度，所以a与水平面间的动摩擦因数比b的小，故D错误；故选AC。考法2 动力学中的Ft图象【例2】（2020江苏省响水中学高三月考）如图甲所示，倾角为30的足够长的光滑斜面上，有一质量m=0.8kg的物体受到平行斜面向上的
7、力F作用，其大小F随时间t变化的规律如图乙所示，t = 0时刻物体速度为零，重力加速度， 下列说法中正确的是（ ）A01s时间内物体的加速度最大B第2s末物体的速度不为零C23s时间内物体做向下匀加速直线运动D第3s末物体回到了原来的出发点【答案】C【解析】对物体受力分析，可知其受重力、支持力和拉力，将重力沿垂直斜面方向和平行与斜面方向正交分解，平行与斜面方向分力为，分阶段讨论物体的运动情况：0到1s内，合力为沿斜面向上，根据牛顿第二定律，得加速度为1s末速度为1s到2s内，合力为根据牛顿第二定律，得加速度为2s末速度为2s到3s内，合力为根据牛顿第二定律，得加速度为3s末速度为故2s到3s加
8、速度最大，第2s末物体的速度为零，23s时间内物体做向下匀加速直线运动，故选C。【变式2】某位同学在电梯中用弹簧测力计测量一物体的重力，在0至t3时间段内，弹簧测力计的示数F随时间t变化如图所示，以竖直向上为正方向，则下列关于物体运动的at图、vt图及Pt图（P为物体重力的功率大小）可能正确的是（）ABCD【答案】C【解析】由于该题没有告诉弹簧的拉力与重力大小之间的关系，可以依题意，分三种情况讨论：（1）若F1mg，则0t1时间内电梯静止或做匀速直线运动，即速度等于0，或速度保持不变，加速度等于0。ABCD四个图线没有是可能的；（2）若F2mg，则F1mg，在0t1时间内电梯受到的合外力的方向
9、向下，加速度的方向向下，为负值，所以D是不可能的；加速度的方向向下，则物体0t1时间内可能向下做加速运动，速度为负，故A、B是不可能的；而t1t2时间内受到的合外力等于0，物体做匀速直线运动，物体的速度不变，故B是不可能的；又由：Pmgv，可知t1t2时间内重力的功率不变，故C是不可能的；（3）若F3mg，则F1mg，F2mg，在0t2时间内电梯受到的合外力的方向都是向下，加速度的方向向下，故A、B、D是不可能的；F3mg，可知在0t1时间内向下的加速度大于t1t2时间内向下的加速度，而t2t3时间内物体做匀速直线运动，所以vt图象如图速度的方向向下，重力的方向也向下，由Pmgv可知，图C是重
10、力的功率随时间变化的图线，故C是可能的由以上的分析，可知只有C选项是可能的，A、B、D都是不可能的。综上所述ABD错误，C正确。故选C。考法3 动力学中的Fx图象【例3】（2021全国高三一模）如图，轻弹簧的下端与连接，上端与连接。已知质量相等，静止时弹簧压缩量为，现用一竖直向上的力作用在上，使其向上做匀加速直线运动，以表示离开静止位置的位移，至恰好离开地面。下列表示和之间关系的图像，可能正确的是（）ABCD【答案】B【解析】设物块P的质量为m，加速度为a，静止时弹簧的压缩量为，弹簧的劲度系数为k，由力的平衡条件得木块的位移为x，当时，弹簧对P的弹力为对物块P，由牛顿第二定律得当后，弹簧拉伸仍
11、可得F与x是线性关系，且F随x的增大而增大，当Q对地面压力为零时弹簧被拉伸，拉力等于Q的重力，因此形变量也为，所以P上升的距离为所以B正确；ACD错误；故选B。【变式3】如图所示，光滑斜面固定在水平地面上，物块与物块并排放在斜面上，斜面底端固定着与斜面垂直的挡板，轻弹簧的一端固定在挡板上，另一端与连接，开始时、处于静止状态，现对物块施加一平行于斜面向上的力，使沿斜面向上做匀加速直线运动，经过一段时间后、分离，、间的弹力大小记为，、可看成质点，则从施加力到、分离时，能正确表示力、随时间或随、沿斜面向上运动的位移的变化图线的是（）ABCD【答案】B【解析】A两物体在运动前静止，设质量分别为、，斜面
12、倾角为，弹簧的压缩量为，对整体有施加力F后，两者一起向上做匀加速直线运动，到分离前，由系统的牛顿第二定律有解得则拉力F关于位移x为一次函数，与纵轴正半轴有交点，故A错误；B根据匀加速直线运动的位移为可得拉力F为即图像为开口向上的抛物线，与纵轴正半轴有交点，是二次函数，故B正确；C对A物体受力分析，由牛顿第二定律有整理得可知为一次函数图像，且为减函数，故C错误；D将代入到的表达式，可得可得为二次函数图像，开口向下，故D错误。故选B。考法4 动力学中的Fa图象【例4】（2021全国高三专题练习）如图甲所示，用一水平外力F拉着一个静止在倾角为的光滑斜面上的物体，F逐渐增大，物体做变加速运动，其加速度
13、a随外力F变化的图象如图乙所示，若重力加速度g取10m/s2。根据图乙中所提供的信息可以计算出（）A物体的重力为2NB斜面的倾角为37C加速度为6m/s2时物体的速度D物体能静止在斜面上所施加的最小外力为12N【答案】B【解析】AB对物体受力分析，受拉力、重力、支持力，如图所示，在x轴方向满足Fcosmgsinma在y轴方向满足NFsinmgcos0从图象中取两个点（20N，2m/s2），（30N，6m/s2），代入方程可解得m2kg，37，所以物体的重力G20N，斜面的倾角为37，A错误，B正确；CD当a0时，可解得F15N，即最小拉力为15N，题中并未说明力F随时间变化的情况，故无法求出加
14、速度为6m/s2时物体的速度大小，CD错误。故选B。【变式4】物体A、B都静止在同一水平面上，它们的质量分别为mA、mB，与水平面的动摩擦因数分别为A、B，用水平拉力F拉物体A、B，所得加速度a与拉力F关系图线如图，则（）AAB mAmBBAB mAmBCA=B mA=mBDAmB【答案】B【解析】由牛顿第二定律有整理得根据a-F图像可知图像的斜率为图像纵轴的截距为则斜率越大，物体的质量越小，截距越大的动摩擦因数越大，所以有AB ，mAmB故选B。命题点2 动力学中的连接体问题考法1 相对静止类【例5】（2021江苏高三专题练习）如图所示，材料相同的物体m1、m2由轻绳连接，在恒定拉力F的作用
15、下沿斜面向上加速运动，轻绳拉力的大小（）A与斜面的倾角有关B与物体和斜面之间的动摩擦因数有关C只与物体的质量m1有关D若改用F沿斜面向下拉连接体，轻绳拉力的大小与，无关【答案】D【解析】ABC设斜面的倾角为，物体m1、m2与斜面间的摩擦因数为，对整体由牛顿第二定律可得对m2由牛顿第二定律可得联立解得则轻绳拉力的大小与斜面的倾角无关，与物体和斜面之间的动摩擦因数无关，与物体的质量m1 、m2有关，所以ABC错误；D改用F沿斜面向下拉连接体，有联立解得则轻绳拉力的大小与，无关，所以D正确；故选D。【变式5】（2020江苏镇江市高三期中）如图所示，光滑水平面上放置着质量分别为和的A、B两个物体，A、
16、B间的最大静摩擦力为，现用水平力F拉B物体，使A、B以同一加速度运动，则F的最大值为（）ABCD【答案】D【解析】对物体A，当有最大加速度时对AB的整体联立解得F=12N故选D。考法2 相对运动类【例6】（2020江苏徐州市高三期中）如图所示，长木板A放在光滑水平地面上，物块B放在A上，A、B静止。A、B质量均为1kg，它们间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现用6N的水平力F拉B，g取10m/s2，A的加速度大小为（）A2m/s2B3m/s2C4m/s2D6m/s2【答案】A【解析】A、B间的摩擦达到最大静摩擦时，对A有得对A、B整体有即用6N的水平力F拉B时，A、B相对滑动
17、，则A的加速度大小为2m/s2故选A。【变式6】（2020江苏高三专题练习）如图所示，将小砝码置于桌面上的薄纸板上。若砝码和纸板的质量分别为3m和m，砝码与纸板、纸板与桌面间的动摩擦因数均为，重力加速度为g。要使纸板相对砝码运动，纸板所需的水平向右拉力至少应为（）A5mgB6mgC7mgD8mg【答案】D【解析】若砝码相对纸板相对滑动，根据牛顿第二定律对纸板和砝码整体解得ABC错误，D正确。故选D。命题点3 动力学中的临界和极值问题【例7】（2020江苏泰州市泰州中学）如图所示，质量都为m的A、B两物体叠放在竖直弹簧上并保持静止，现用大小等于mg的恒力F向上拉B，当运动距离h时B与A分离。已知
18、重力加速度为g。则下列说法中正确的是（）AB和A刚分离时，弹簧处于原长BB和A刚分离时，它们的加速度大小为gC弹簧的劲度系数等于D在B与A分离之前，它们做匀加速运动【答案】C【解析】ABB和A刚分离时，B受到重力mg和恒力F，B的加速度为零，A的加速度也为零，说明弹力对A有向上的弹力，与重力平衡，弹簧处于压缩状态，故AB错误；CB和A刚分离时，弹簧的弹力大小为mg，原来静止时弹力大小为2mg，则弹力减小量F=mg两物体向上运动的距离为h，则弹簧压缩量减小x=h，由胡克定律得：故C正确；D对于在B与A分离之前，对AB整体为研究对象，重力2mg不变，弹力在减小，恒力不变，合力减小，整体做变加速运动
19、，故D错误。故选C。【变式7】倾角为45、外表面光滑的楔形滑块M放在水平面AB上，在滑块M的顶端O处固定一细线，细线的另一端拴一小球，已知小球的质量为m kg，当滑块M以a2g的加速度向右运动时，细线拉力的大小为(g取10 m/s2)()图10A.10 N B.5 N C. N D. N【答案】A【解析】当滑块向右运动的加速度为某一临界值时，斜面对小球的支持力恰好为零，此时小球受到重力和线的拉力的作用，如图甲所示。根据牛顿第二定律，有FTcos ma0，FTsin mg0，其中45，解得a0g，则知当滑块向右运动的加速度a2g时，小球已“飘”起来了，此时小球受力如图乙所示，则有FTcos m2
20、g，FTsin mg0，又cos2sin21，联立解得FT10 N，故选项A正确。【变式8】如图11所示，一质量m0.40 kg、可视为质点的小物块，在与斜面成某一夹角的拉力F作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经t2 s的时间物块由A点运动到B点，物块在A点的速度为v02 m/s，A、B之间的距离L10 m。已知斜面倾角30，物块与斜面之间的动摩擦因数。重力加速度g取10 m/s2。图11(1)求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小；(2)拉力F与斜面夹角为多大时，拉力F最小？拉力F的最小值是多少？【答案】(1)3 m/s28 m/s(2)30 N【解析】(1)设物块加速度的大小为a，到达B点时速度的大小为v，由运动学公式得Lv0tat2，vv0at联立两式，代入数据得a3 m/s2，v8 m/s。(2)设物块所受支持力为FN，所受摩擦力为Ff，拉力与斜面的夹角为，受力分析如图所示，由牛顿第二定律得Fcos mgsin Ffma，Fsin FNmgcos 0，又FfFN，联立解得F，由数学知识得cos sin sin (60)，可知对应F最小时F与斜面的夹角30，联立并代入数据得F的最小值为Fmin N。