京津鲁琼专用2020版高考物理大二轮复习专题一第2讲力与物体的直线运动讲义
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1、第2讲力与物体的直线运动真题再现考情分析1.(2019高考全国卷) 如图,篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮,离地后重心上升的最大高度为H.上升第一个所用的时间为t1,第四个所用的时间为t2.不计空气阻力,则满足()A.12B23C.34D45解析:选C.本题应用逆向思维求解,即运动员的竖直上抛运动可等同于从一定高度处开始的自由落体运动,所以第四个所用的时间为t2,第一个所用的时间为t1,因此有2,即38 m,即这位同学已通过关卡2,距该关卡1 m,当关卡关闭t22 s时,此同学在关卡2、3之间通过了x3v1t24 m的位移,接着关卡放行t 5 s,同学通过的位移x4v1t10 m,此时距离关卡
2、4为x516 m(1410) m1 m,关卡关闭2 s,经过t30.5 s后关卡4最先挡住他前进角度2追及、相遇问题2一题多解在水平轨道上有两列火车A和B相距x,A车在后面做初速度为v0、加速度大小为2a的匀减速直线运动,而B车同时做初速度为零、加速度为a的匀加速直线运动,两车运动方向相同要使两车不相撞,求A车的初速度v0满足什么条件解析:两车不相撞的临界条件是,A车追上B车时其速度与B车相等设A、B两车从相距x到A车追上B车时,A车的位移为xA、末速度为vA、所用时间为t;B车的位移为xB、末速度为vB,运动过程如图所示,现用如下四种方法解答:法一(临界法):利用位移公式、速度公式求解,对A
3、车有xAv0t(2a)t2,vAv0(2a)t对B车有xBat2,vBat两车位移关系有xxAxB追上时,两车不相撞的临界条件是vAvB联立以上各式解得v0故要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0.法二(函数法):利用判别式求解,由法一可知xAxxB,即v0t(2a)t2xat2整理得3at22v0t2x0这是一个关于时间t的一元二次方程,当根的判别式(2v0)243a2x0时,两车刚好不相撞,所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0.法三(图象法):利用vt图象求解,先作A、B两车的vt图象,如图所示,设经过t时间两车刚好不相撞,则对A车有vAvv02at对B车有v
4、Bvat以上两式联立解得t经t时间两车发生的位移之差为原来两车间距离x,它可用图中的阴影面积表示,由图象可知xv0tv0所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0.法四(相对运动法):巧选参考系求解以B车为参考系,A车的初速度为v0,加速度为a2aa3a.A车追上B车且刚好不相撞的条件是:v0,这一过程A车相对于B车的位移为x,由运动学公式 v2v2ax得:02v2(3a)x所以v0.故要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0.答案:v0命题角度解决方法易错辨析匀变速直线运动规律的应用推论法、比例法、逆向思维法等找准运动过程中的转折点追及、相遇问题挖掘隐含条件,如“刚好”
5、“恰好”“最多”“至少”等,对应两者速度相等这样一个转折点若被追赶的物体做匀减速运动,一定要注意追上该物体前它是否已停止运动,另外最后还要注意对解的讨论分析 牛顿运动定律的应用【高分快攻】1动力学的两类基本问题的处理思路2瞬时加速度的求解(1)两类模型刚性绳(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,其形变恢复需要一段时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变(2)求解瞬时加速度的一般思路【典题例析】 (2019高考全国卷)一质量为m2 000 kg
6、的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶行驶过程中,司机忽然发现前方100 m处有一警示牌,立即刹车刹车过程中,汽车所受阻力大小随时间的变化可简化为图(a)中的图线图(a)中,0t1时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间(这段时间内汽车所受阻力已忽略,汽车仍保持匀速行驶),t10.8 s;t1t2时间段为刹车系统的启动时间,t21.3 s;从t2时刻开始汽车的刹车系统稳定工作,直至汽车停止已知从t2时刻开始,汽车第1 s内的位移为24 m,第4 s内的位移为1 m.(1)在图(b)中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的vt图线;(2)求t2时刻汽车的速度大小及此后的加速度大
7、小;(3)求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及t1t2时间内汽车克服阻力做的功;从司机发现警示牌到汽车停止,汽车行驶的距离约为多少(以t1t2时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度)?解析(1)vt图象如图所示(2)设刹车前汽车匀速行驶时的速度大小为v1,则t1时刻的速度也为v1;t2时刻的速度为v2.在t2时刻后汽车做匀减速运动,设其加速度大小为a.取t1 s设汽车在t2(n1)tt2nt内的位移为sn,n1,2,3.若汽车在t23tt24t时间内未停止,设它在t23t时刻的速度为v3,在t24t时刻的速度为v4,由运动学公式有s1s43a(t)2s1v2ta(t)2v4v24
8、at联立式,代入已知数据解得v4 m/s这说明在t24t时刻前,汽车已经停止因此,式不成立由于在t23tt24t内汽车停止,由运动学公式v3v23at2as4v联立式,代入已知数据解得a8 m/s2,v228 m/s或者a m/s2,v229.76 m/s但式情形下,v30,不合题意,舍去(3)设汽车的刹车系统稳定工作时,汽车所受阻力的大小为f1.由牛顿第二定律有f1ma在t1t2时间内,阻力对汽车冲量的大小为If1(t2t1)由动量定理有Imv1mv2由动能定理,在t1t2时间内,汽车克服阻力做的功为Wmvmv联立式,代入已知数据解得v130 m/sW1.16105 J从司机发现警示牌到汽车
9、停止,汽车行驶的距离s约为sv1t1(v1v2)(t2t1)联立式,代入已知数据解得s87.5 m.答案(1)见解析图(2)28 m/s8 m/s2(3)30 m/s1.16105 J87.5 m【题组突破】角度1超重、失重现象分析1如图甲所示,升降机内固定着一个倾角为30的光滑斜面,斜面底端安装一个能显示弹簧作用力的传感器,以弹簧受压时传感器示数为正,传感器通过一根轻弹簧连接着一个质量为2m的金属球运动中的升降机突然停止,以停止运动为计时起点,在此后的一段时间内传感器上显示的弹力随时间变化的关系如图乙所示,且金属球运动过程中弹簧始终在弹性限度内,则下列说法中正确的是()A升降机在停止运动前是
10、向上运动的B0t1时间段内金属球做减速运动Ct1t2时间段内金属球处于超重状态Dt2和t4两时刻金属球的加速度和速度的大小均相同解析:选D.由于升降机停止运动前传感器的示数为0,表明弹簧处于原长状态,即升降机有向下的加速度g,而0t1时间段内示数增加,说明弹簧被压缩,即升降机突然停下后金属球由于惯性而向下运动,故停止前升降机是向下运动的,A错误;0t1时间段内弹簧的形变量逐渐增大,但当Fmg时金属球所受的合外力为0,即金属球前一段做加速度逐渐减小的加速运动,后一段做加速度逐渐增大的减速运动,B错误;t1t2时间段可分为两段,Fmg时金属球的加速度为0,前一段时间金属球加速度向上并处于超重状态,
11、后一段时间金属球加速度向下并处于失重状态,C错误;t2和t4两时刻弹簧的形变量均为0,金属球在斜面方向上只有重力的分力产生加速度,故两时刻的加速度相同,又由于斜面光滑,系统的机械能守恒,因此两个时刻速度的大小相等,但t2时刻金属球沿斜面向上运动,而t4时刻金属球沿斜面向下运动,二者的方向不同,D正确角度2瞬时加速度问题2如图所示,两个质量均为m的小球A、B用细绳相连,小球A与一个轻弹簧相连,弹簧另一端固定在竖直墙上,小球用一根细线连在天花板上,开始时,两小球都静止不动,这时细线与水平方向的夹角是45,弹簧水平,重力加速度为g,现突然把细线剪断在剪断线的瞬间,小球A的加速度大小是()A2gBgC
12、2gDg解析:选B.细线剪断前,小球A受到4个力作用,重力、弹簧的弹力、细线的拉力和细绳的拉力,由力的平衡条件,可知:弹簧的弹力F2mg,剪断细线的瞬间,小球A只受弹簧的弹力和重力,此时弹簧的弹力还是F2mg,所以此时A球的合力FAmg,由牛顿第二定律可知,在剪断线的瞬间,小球A的加速度大小ag,故B正确,A、C、D错误角度3多过程动力学问题3.(2019淄博段考)如图所示,质量分别为0.5 kg、0.2 kg的弹性小球A、B穿过一绕过定滑轮的轻绳,绳子末端与地面距离为0.8 m,小球距离绳子末端6.5 m,小球A、B与轻绳间的滑动摩擦力都为自身重力的,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力现由静止同时
13、释放A、B两个小球,不计绳子质量,忽略与定滑轮相关的摩擦力,g10 m/s2.(1)求释放A、B两个小球后,A、B各自加速度大小;(2)小球B从开始释放经多长时间落到地面?解析:(1)由题意知 B 与轻绳间的滑动摩擦力 fBkmBg1.0 N,而 A 与轻绳间的滑动摩擦力fAkmAg2.5 N.即 fBfA.所以为保证 A、B 对轻绳的力相同,只能A受静摩擦力作用,且大小与 fB相同对B有mBgkmBgmBaB解得aB5 m/s2对 A 有mAgkmBgmAaA解得aA8 m/s2.(2)设经历时间t1小球 B 脱离绳子,此时小球 B 下落高度为hB,获得速度为vB,依题意有aAtaBt6.5
14、 m解得t11 s此时B下落 hBaBt2.5 m小球B离开绳时的速度为 vBaBt15 m/s小球B脱离绳子后在重力作用下匀加速下落,设此时距地面高度为H,再经时间t2落地有H6.5 m0.8 m2.5 m4.8 mHvBt2gt 解得t20.6 s故B从开始释放到落地共经历时间tt1t21.6 s.答案:(1)8 m/s25 m/s2(2)1.6 s命题角度解决方法易错辨析超、失重现象分析牛顿第二定律明确加速度方向来确定超、失重状态瞬时加速度的求解力渐变和突变的分析在绳或杆上的力可以发生突变,而弹簧上的力只能渐变 动力学的运动图象问题【高分快攻】xt图象图象斜率的大小表示物体运动速度的大小
15、,斜率的正负表示速度的方向vt图象(1)某一点代表此时刻的瞬时速度,时间轴上方速度方向为正,时间轴下方速度方向为负(2)图象斜率的大小表示物体运动的加速度的大小,斜率的正负表示加速度的方向(3)图象与时间轴围成的面积代表位移,时间轴上方位移为正,时间轴下方位移为负at图象图象与时间轴围成的面积表示物体速度的变化量;加速度恒定表示物体做匀变速运动,否则物体做非匀变速运动三者关系xt图象和vt图象描述的都是直线运动,而at图象描述的不一定是直线运动;在图象转换时,必须明确不同图象间相互联系的物理量,必要时还应根据运动规律写出两个图象所描述的物理量间的函数关系式进行分析和判断【典题例析】 (多选)(
16、2018高考全国卷)甲、乙两车在同一平直公路上同向运动,甲做匀加速直线运动,乙做匀速直线运动甲、乙两车的位置x随时间t的变化如图所示下列说法正确的是()A在t1时刻两车速度相等B从0到t1时间内,两车走过的路程相等C从t1到t2时间内,两车走过的路程相等D在t1到t2时间内的某时刻,两车速度相等解析xt图象某点的切线斜率表示瞬时速度,A错误;前t1时间内,由于甲、乙的出发点不同,故路程不同,B错误;t1t2时间内,甲、乙的位移和路程都相等,大小都为x2x1,C正确;t1t2时间内,甲的xt图象在某一点的切线与乙的xt图象平行,此时刻两车速度相等,D正确答案CD【题组突破】角度1动力学中的速度图
17、象1两个物体从同一高度同时由静止开始下落,经过一段时间分别与水平地面发生碰撞(碰撞过程时间极短)后反弹,碰撞前后瞬间速度大小不变,其中一个物体所受空气阻力可忽略,另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比下列分别用虚线和实线描述的两物体运动的vt图象,可能正确的是()解析:选D.若不计空气阻力,则物体下落后,先做匀加速直线运动,与地面碰撞后做竖直上抛运动(匀减速直线运动),加速度不变;若考虑空气阻力,下落过程中,速度越来越大,则空气阻力越来越大,根据牛顿第二定律可知,加速度越来越小且小于g,与地面碰撞后,速度越来越小,则空气阻力越来越小,根据牛顿第二定律可知,加速度越来越小且大于g,根据速度时
18、间图象的斜率表示加速度大小可知,D正确角度2动力学中的加速度图象2(多选)(2019潍坊模拟)一汽车在高速公路上以v030 m/s 的速度匀速行驶,t0时刻,驾驶员采取某种措施,汽车运动的加速度随时间变化的关系如图所示,以初速度方向为正,下列说法正确的是()At6 s时车速为5 m/sBt3 s时车速为零C前9 s内的平均速度为15 m/sD前6 s内车的位移为90 m解析:选BC.03 s,汽车做匀减速直线运动,3 s末的速度v3v0a1t1(30103) m/s0,B正确;39 s,汽车做匀加速直线运动,t6 s时速度v6a2t253 m/s15 m/s,A错误;前3 s内的位移x3 m4
19、5 m,39 s内的位移x39a2t562 m90 m,则前9 s内的位移为x9x3x39135 m,平均速度为v m/s15 m/s,C正确;36 s内的位移x36a2t532 m22.5 m,则前6 s内的位移为x6x3x3667.5 m,D错误角度3动力学中的位移图象3(多选)甲、乙两个物体在同一直线上运动,其xt图象如图所示,其中直线b与曲线a相切于点(4,15)已知甲做匀变速直线运动,下列说法正确的是()A前4 s内两物体运动方向相同B前4 s内甲的平均速度是乙的平均速度的倍Ct0时刻,甲的速度大小为9 m/sD甲的加速度大小为2 m/s2解析:选AD.xt图象的斜率的正负表示运动的
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