2019年高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律本章学科素养提升学案

第三章 牛顿运动定律

纵观全国近几年的高考试题，以图象的方式考查牛顿第二定律是一类很重要的题目，此类问题要求考生具备理解图象所给予的信息和破译图象信息的能力，图象的形式以v－t、a－t、

F－t图象居多，考查最多的是v－t图象，题型既有选择题也有计算题，难度中等.

1.明确常见图象的意义，如下表：

v－t图象 根据图象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外力 首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推F－a图象 导出两个量间的函数关系式，根据函数关系式结合图象，明确图象的斜率、截距或面积的意义，从而由图象给出的信息求出未知量 a－t图象 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 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 F－t图象 2.图象类问题的实质是力与运动的关系问题，以牛顿第二定律F＝ma为纽带，理解图象的种类，图象的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义.运用图象解决问题一般包括两个角度：(1)用给定图象解答问题；(2)根据题意作图，用图象解答问题.在实际的应用中要建立物理情景与函数、图象的相互转换关系.

例1 (多选)(2015·课标全国Ⅰ·20)如图1(a)，一物块在t＝0时刻滑上一固定斜面，其运动的v－t图线如图(b)所示.若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量，则可求出( )

图1

A.斜面的倾角 B.物块的质量

C.物块与斜面间的动摩擦因数 D.物块沿斜面向上滑行的最大高度 答案 ACD

解析 由v－t图象可求知物块沿斜面向上滑行时的加速度大小为a＝，根据牛顿第二定律

v0

t1

1

得mgsinθ＋μmgcosθ＝ma，即gsinθ＋μgcosθ＝.同理向下滑行时gsinθ－μgcosθ＝，两式联立得sinθ＝

v0

t1

v1t1v0＋v1v0－v1

，μ＝，可见能计算出斜面的倾斜角度θ以及动2gt12gt1cosθ摩擦因数，选项A、C正确；物块滑上斜面时的初速度v0已知，向上滑行过程为匀减速直线运动，末速度为0，那么平均速度为，所以沿斜面向上滑行的最远距离为x＝t1，根据斜

22

v0v0

v0v0＋v1v0?v0＋v1?

面的倾斜角度可计算出向上滑行的最大高度为xsinθ＝t1×＝，选项D正

22gt14g确；仅根据v－t图象无法求出物块的质量，选项B错误.

关注图象中的函数关系及特殊值

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，然后根据函数关系读取图象信息或者描点作图.作图时，往往只需确定一个或两个特殊点的坐标(如变力F的最小值

Fmin和最大值Fmax、抛物线的顶点和任意点、圆的圆心等)，即可根据函数关系连线作图.当不

能定量确定函数关系时，特殊值的判断尤为重要，读图时，要注意图线的起点、斜率、截距、折点以及图线与横轴包围的“面积”等所对应的物理意义，尽可能多地提取解题信息.

例2 (16分)如图2甲所示，质量M＝1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数μ1＝0.1，在木板的左端放置一个质量m＝1kg、大小可忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数μ2＝0.4，g取10m/s，试求：

2

图2

(1)若木板长L＝1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F＝8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端？

(2)若在铁块右端施加一个从零开始连续增大的水平向右的力F，假设木板足够长，在图乙中画出铁块受到木板的摩擦力Ff2随拉力F大小变化而变化的图象. 【思维流程】

2

答案 (1)1s (2)见解析图

【书面表达过程】 (1)对铁块应用牛顿第二定律：F－μ2mg＝ma1，加速度大小

F－μ2mg2

a1＝＝4 m/s，(2分)

m对木板应用牛顿第二定律：μ2mg－μ1(M＋m)g＝Ma2，加速度大小a2＝m/s，(2分)

设经过时间t铁块运动到木板的右端，则有 1212

a1t－a2t＝L， 22解得t＝1 s.(2分)

(2)①当F≤μ1(mg＋Mg)＝2 N时，M、m相对静止且对地静止，Ff2＝F；(3分) ②设F＝F1时，M、m恰保持相对静止，此时系统的加速度a＝a2＝2 m/s，

以系统为研究对象，根据牛顿第二定律有F1－μ1(M＋m)g＝(M＋m)a，解得F1＝6 N. 所以，当2 N＜F≤6 N时，M、m相对静止，系统向右做匀加速运动，

2

2

μ2mg－μ1?M＋m?g＝2

M

其加速度a＝

F－μ1?M＋m?gF＝－1

M＋m2

以M为研究对象，根据牛顿第二定律有Ff2′－μ1(M＋m)g＝Ma，Ff2＝Ff2′， 解得Ff2＝＋1.(4分)

2

③当F＞6 N时，M、m发生相对运动，Ff2＝μ2mg＝4 N.如图所示.(3分)

3

F1.本题是一道滑块－木板模型的动力学问题，首先要在审题析题方面定准位，然后遵循此类题型特点，寻求解决问题的突破口.

2.由于本题还要作图象，它又是一道图象信息题，因此第(2)问的解答只是作出图象而没有分析过程是不规范的.

3.规范要求必要的文字说明和重要规律应用的原型表达式.

1.实验器材的改进

(1)气垫导轨(不用平衡摩擦力)―替代―→长木板(如图3)

图3

(2)利用光电门测速度(如图4)

图4

(3)利用位移传感器测位移(如图5)

图5

2.数据测量的改进

测定通过的时间，由a＝1d2d2

2x[?t2?－?t1

?]—

?

求出加速度?―替代―→通过打点纸带求加速度小车的加速度由位移传感器及与之相连的?计算机得到 —?

3.实验的拓展延伸

以“探究加速度与力、质量的关系”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数. 例3 甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验.已知重力加速度为g.

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