全国版2022高考物理一轮复习专题三牛顿运动定律课件x

专题三 牛顿运动定律 考情解读 课标要求 1.通过实验,探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系.理解牛 顿运动定律,能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问 题.通过实验,认识超重和失重现象. 2.知道国际单位制中的力学单位.了解单位制在物理学中的重要意义. 考情解读 命题探究 1.命题分析:高考对本专题的考查以选择题为主.命题有通过运动图像提供 信息,分析物体的实际运动;也有以生活中的常见现象为背景的计算题. 2.趋势分析:重点考查对牛顿运动定律的理解及灵活应用.试题联系生产、 生活实际,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. 考情解读 核心素养聚焦 物理观念:1.理解质量的含义,理解惯性的概念;2.理解和掌握牛顿运动定 律;3.能从运动与相互作用的视角分析自然与生活中的有关简单问题. 科学思维:1.应用“理想实验”思想方法分析问题;2.运用牛顿运动定律分 析、解决问题;3.掌握“整体法”“隔离法”“图像法”“控制变量 法”“临界法”等的应用. 考情解读 科学探究:1.通过实验探究加速度与力和质量的关系;2.通过实验,认识超重 和失重. 科学态度与责任:通过对牛顿运动定律的应用,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. 考情解读 核心考点 考题取样 考法考向 1.牛顿运动定律 的理解与应用 2020江苏,T5 2020山东,T1 2020浙江1月选考,T2 考查中欧班列加速运动,求牵引力 涉及s-t图像考查电梯内乘客的运动和受力情况 通过掰手腕考查对牛顿第三定律的理解 2.动力学两类基 本问题 2020浙江7月选考,T2 2019全国Ⅲ,T20 2019江苏,T15 考查公交车内行李箱的受力和运动分析 结合图像综合考查力和运动关系问题 以滑板、滑块的相互作用运动关系为背景,求 解力与运动关系的计算题 考情解读 核心考点 考题取样 考法考向 3.实验:探究加 速度与力、质量 的关系 2018全国Ⅱ,T23 2017浙江下半年选 考,T17 测木板与木块间的动摩擦因数 对实验原理及方法进行考查 考点帮·必备知识通关 考点1 牛顿运动定律的理解与应用 考法帮·解题能力提升 考法1 牛顿第一定律的理解与应用 考法2 牛顿第二定律的理解与应用 高分帮·“双一流”名校冲刺 重难突破 动力学中的临界与极值问题 考法3 牛顿第三定律的理解与应用 考法4 动力学的瞬时性问题 考法5 动力学中的超重和失重问题 考点帮·必备知识通关 考点2 动力学两类基本问题 考法帮·解题能力提升 考法1 已知受力情况确定运动情况 考法2 已知运动情况确定受力情况 考法3 动力学中的图像问题 考法4 多过程力与运动问题的综合分析 高分帮·“双一流”名校冲刺 模型构建1 “等时圆”模型 模型构建2 “板—块”模型问题 模型构建3 “传送带”模型 模型构建4 动力学中的“连接体”模型 考点帮·必备知识通关 考点3 实验:探究加速度与力、质量的关系 考法帮·解题能力提升 考法1 考查实验原理和操作方法 考法2 考查数据处理及误差分析 高分帮·“双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法 科学创新2 测动摩擦因数 科学创新3 计算型探究实验 考点1 牛顿运动定律的理解 与应用 考点帮 必备知识通关 1.对牛顿第一定律的理解(又叫惯性定律) 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这 种状态为止. 学习·理解 1.力是改变物体运动状态的原因,不是维持物体运动状态的原因. 2.运动状态的改变就是速度的改变,包含速度的大小和方向中任意一个发 生改变或两者同时发生改变. 3.一切有质量的物体都具有惯性,质量是惯性大小唯一的量度. 2.牛顿第二定律的基本特性 考点帮 必备知识通关 矢量性 公式F=ma是矢量式,任一时刻,a与F同向. 瞬时性 a与F对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F为该时刻物体所受的合 外力. 因果性 F是产生a的原因,物体具有加速度是因为物体受到了力. 同一性 F=ma中,F、m、a对应同一物体或同一系统. 独立性 (1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律; (2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和; (3)力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律,即 Fx=max,Fy=may. 考点帮 必备知识通关 局限性 (1)只适用于宏观、低速运动情况,不适用于微观、高速运动情况; (2)只适用于惯性参考系. 相对性 牛顿第二定律必须是对相对地面静止或做匀速直线运动的参考系而言 的,对相对地面做变速运动的参考系不适用. 统一性 F、m、a三者必须统一使用国际单位制中的单位. 考点帮 必备知识通关 概括·整合 1.牛顿第一定律不是实验定律,它是以伽利略“理想实验”为基础,经过科 学抽象、归纳推理而总结出来的;牛顿第二定律是通过探究加速度与力 和质量的关系得出的实验定律. 2.牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例,在此基础上,牛顿第二定律定 量地指出了力和运动的联系,即F=ma. 考点帮 必备知识通关 3.由牛顿第二定律确定的力和运动的关系 (1)合力与加速度的关系 (2)直线运动中加速度与速度的关系 考点帮 必备知识通关 考点帮 必备知识通关 考点帮 必备知识通关 作用力和反作用力 一对平衡力 相同点 等大、反向、作用在同一条直线上. 不 同 点 受力物体 作用在两个不同的物体上. 作用在同一个物体上. 依赖关系 相互依存,不可单独存在. 无依赖关系,解除一个,另一个可 依然存在,只是不再平衡. 力的效果 两力作用效果不可抵消,不可叠 加,不可求合力. 两力作用效果可相互抵消,可叠 加,可求合力,合力为零. 力的性质 一定相同. 不一定相同. 考点帮 必备知识通关 超重 失重 完全失重 产生 条件 物体的加速度方 向竖直向上. 物体的加速度方向 竖直向下. 物体的加速度方向竖直向下, 大小等于g. 原理 方程 F-mg=ma⇒ F=m(g+a) mg-F=ma⇒ F=m(g-a) mg-F=ma,a=g⇒F=0 运动 状态 加速上升或减速 下降. 加速下降或减速上 升. 以a=g加速下降或减速上升. 5.超重、失重和完全失重的比较 考点帮 必备知识通关 6.单位制 (1)基本单位和导出单位一起组成了单位制. (2)国际单位制中的基本单位 考点帮 必备知识通关 基本物理量 符号 单位名称 单位符号 质量 m 千克(公斤) kg 时间 t 秒 s 长度 l 米 m 电流 I 安[培] A 热力学温度 T 开[尔文] K 物质的量 n,(ν) 摩[尔] mol 发光强度 I,(IV) 坎[德拉] cd 考法帮 解题能力提升 考法1 牛顿第一定律的理解与应用 示例1 [北京高考]伽利略创造的把实验、假设和逻 辑推理相结合的科学方法,有力地促进了人类科学认识 的发展.利用如图所示的装置做如下实验:小球从左侧 斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动,并沿右侧 斜面上升.斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材 料时,小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、 3.根据三次实验结果的对比,可以得到的最直接的结论 是 考法帮 解题能力提升 A.如果斜面光滑,小球将上升到与O点等高的位置 B.如果小球不受力,它将一直保持匀速运动或静止状态 C.如果小球受到力的作用,它的运动状态将发生改变 D.小球受到的力一定时,质量越大,它的加速度越小 考法帮 解题能力提升 解析：斜面粗糙程度越小,小球机械能损失越少,小球上升的高度越接近与 O点等高的位置.若斜面光滑,小球无机械能损失,将上升到与O点等高的位 置,A正确.B、C两项是A项的推论,并非“最直接”的结论.D项不能从本实验 中得出. 考法帮 解题能力提升 感悟反思 1.体会伽利略理想斜面实验的思想和方法,知道相关物理学史的内容.[科学 思维、物理观念] 2.理解惯性的概念,解释惯性的有关现象.[物理观念] 3.理解牛顿第一定律,应用牛顿第一定律分析求解问题.[物理观念] 4.求解问题要严谨.如本题审题时要注意题目中要求得到“最直接的结论”. 尽管B、C、D选项的说法也是正确的,但它们并不是由该实验结果对比所 得出的最直接的结论,这一点很容易误判. 考法帮 解题能力提升 考法2 牛顿第二定律的理解与应用 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 感悟反思 本题考查了牛顿第二定律的应用.恰当地选取研究对象,充分利用数学知识分 析推理是解题的关键.题目难度适中,区分度很好.情境来源于生活且不偏不 怪,较好地考查了学生应用所学物理知识解决实际问题的能力. 考法帮 解题能力提升 归纳总结 应用牛顿第二定律的解题思路 考法帮 解题能力提升 考法3 牛顿第三定律的理解与应用 示例3 [2019浙江4月选考,6,3分]如图所示,小明撑杆使船离岸,则下列 说法正确的是 A.小明与船之间存在摩擦力 B.杆的弯曲是由于受到杆对小明的力 C.杆对岸的力大于岸对杆的力 D.小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力 考法帮 解题能力提升 解析：小明与船之间存在静摩擦力,A正确;杆的弯曲是由于受到小明对杆 的作用力,B错误;杆对岸的力与岸对杆的力是作用力与反作用力,大小相 等,C错误;小明对杆的力和岸对杆的力受力物体都是杆,两者不是作用力与 反作用力,故D错误. 考法帮 解题能力提升 深度理解 1.要区别作用力和反作用力与平衡力,最直观的方法是看作用点的位置,一 对平衡力的作用点在同一物体上,作用力和反作用力的作用点在两个物体 上. 2.转换研究对象是解决力学问题时常用的解题策略,当物体受到的某个力 不容易求时,可先求它的反作用力,再根据作用力与反作用力的关系求该力. 在许多问题中,牛顿第三定律起到转换研究对象的重要作用. 3.分析处理连接体问题时,往往需要运用整体法和隔离法进行受力分析.在 应用隔离法进行受力分析时需要注意运用牛顿第三定律,根据作用力与反 作用力的特点进行分析求解. 考法帮 解题能力提升 考法4 动力学的瞬时性问题 示例4如图所示,质量分别为m和2m的A、B两物块,用一轻弹簧 相连,将A用轻绳悬挂于天花板上,用一木板托住物块B.调整木 板的位置,当系统处于静止状态时,悬挂A物块的轻绳恰好伸直 且没有拉力,此时轻弹簧的形变量为x.现突然撤去木板,已知重 力加速度为g,物块运动过程中,弹簧始终在弹性限度内,则下列 说法正确的是 考法帮 解题能力提升 A.撤去木板瞬间,B物块的加速度大小为g B.撤去木板瞬间,B物块的加速度大小为0.5g C.撤去木板后,B物块向下运动3x时速度最大 D.撤去木板后,B物块向下运动2x时速度最大 考法帮 解题能力提升 破题关键：(1)明确速度的改变需经历一定时间,不能突变,而加速度与力是 可以突变的且其变化具有瞬时对应关系,因此必须认真分析变化前后物体 的受力情况.(2)明确并注意区别牛顿第二定律的瞬时性. 考法帮 解题能力提升 解析：撤去木板前,A物块受重力和弹簧弹力,处于平衡状态,可知弹簧弹力 大小为mg,B物块受到木板的支持力、弹簧的弹力和重力,其合力为0,所以支 持力大小为3mg.撤去木板瞬间,支持力消失,B物块受到的合力大小为F=3mg, 由牛顿第二定律得F=mBaB,解得aB=1.5g,A、B项错误;B物块受到的合外力 为零时,速度最大,此时弹簧弹力T=2mg=kx',又mg=kx,所以弹簧此时的伸长 量x'=2x,而木板撤去前弹簧压缩量为x,所以B物块向下运动3x时速度最大,故 C项正确,D项错误. 考法帮 解题能力提升 归纳总结 几个常见模型瞬时性分析类比 模型 受外力时 形变特点 受外力时 形变量 弹力能 否突变 产生拉力 或压力 轻绳 不可伸长. 微小 不计 可以突变. 只能受拉力作用,不能 承受压力. 橡皮绳 只能变长,不能 变短. 较大 两端连有物体时不能 突变. 只能受拉力作用,不能 承受压力. 考法帮 解题能力提升 模型 受外力时 形变特点 受外力时 形变量 弹力能 否突变 产生拉力 或压力 轻弹簧 既可变长,又可 变短. 较大 两端连有物体时不能 突变. 既能承受拉力,又能承 受压力. 轻杆 不可伸长,不可 缩短. 微小 不计 可以突变. 既能承受拉力,又能承 受压力. 考法帮 解题能力提升 考法5 动力学中的超重和失重问题 示例5 如图所示,小明站在体重计上,当他静止时体重计的指针指在 45 kg刻度处.若他快速蹲下,则在他下蹲的整个过程中,体重计的指针 A.一直指在大于45 kg刻度处 B.一直指在小于45 kg刻度处 C.先指在大于45 kg刻度处,后指在小于45 kg刻度处 D.先指在小于45 kg刻度处,后指在大于45 kg刻度处 考法帮 解题能力提升 思维导引：在小明快速下蹲的整个过程中,他的速度方向向下,大小先从零 开始增大到v,后又从v减小到零,由此可判断小明加速度方向的变化情况, 从而确定小明是处于超重状态还是失重状态. 考法帮 解题能力提升 解析：小明先加速下降,有方向向下的加速度,此时他对体重计的压力减小, 处于失重状态,后减速下降,有方向向上的加速度,此时他对体重计的压力 增加,处于超重状态,因此视重先变小后变大,则读出的质量先小于45 kg,后 大于45 kg,只有选项D正确. 考法帮 解题能力提升 素养聚焦 本题以体重计测体重为情境命题,创设了向下加速运动、向下减速运动的 不同运动情境,让学生根据不同的运动情境判断小明是处于失重状态还是 处于超重状态,促进学生形成物质观念、运动与相互作用观念,体现了对 “物理观念”的考查. 考法帮 解题能力提升 归纳总结 1.不管物体处于超重状态还是失重状态,物体本身的重力并没有改变,只是 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)不等于物体本身的重力. 2.超重或失重现象与物体的速度无关,只取决于加速度的方向. 3.在完全失重的状态下,日常生活中一切由于重力的作用产生的物理现象 都会完全消失,如物体间不再相互挤压、天平失效、浸在水中的物体不再 受浮力、液体柱不再产生压强等. 高分帮 “双一流”名校冲刺 重难突破 动力学中的临界与极值问题 1.临界与极值问题的关键词 (1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的过程 存在着临界点. (2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等字眼,则表明题 述的过程存在着“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态. (3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,则表明题述的 过程存在着极值,这个极值点往往是临界点. 2.产生临界值或极值的条件 高分帮 “双一流”名校冲刺 临界状态 临界条件 两物体接触或脱离 弹力FN=0. 两物体由相对静止开始相对 滑动 静摩擦力达到最大值. 绳子断裂 张力等于绳子所能承受的最大张力. 绳子松弛 张力FT=0. 加速度最大或最小 当所受合力最大时,具有最大加速度;合力最小时,具有 最小加速度. 速度最大或最小 加速度为零. 高分帮 “双一流”名校冲刺 3.求解临界或极值问题的方法 在分析和求解临界问题时,要注意通过分析物理过程,并根据条件变化或随 过程引起受力情况和状态的变化,找到临界点及临界条件.通常采用如下分 析思路. 高分帮 “双一流”名校冲刺 思想方法 适用情境 分析思路 极限思想 题目中出现“最大”“最 小”“刚好”等字眼时,一般都隐 含着临界问题. 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,达到快速 求解的目的. 假设推理 物理过程中没有明显出现临界问 题的线索,但在变化过程中可能出 现临界问题. 一般先假设出某种临界状态,再分析 物体的受力情况及运动情况是否与题 设相符,最后根据实际情况进行处理. 数学方法 利用临界值或临界条件作为求解 问题的思维起点,在解决实际问题 时经常用到. 将物理过程转化为数学表达式,通过 求解数学表达式的极值,求解临界问 题. 高分帮 “双一流”名校冲刺 示例6 [单个物体的临界与极值问题]某中学的部分学生组成了一个课题小 组,对海啸的威力进行了模拟研究,他们设计了如下的模型,如图甲所示.在水平 地面上放置一个质量为m=4 kg的物体,让其在随位移的增大而均匀减小的水 平推力F的作用下运动,推力F随位移x变化的图像如图乙所示.已知物体与地 面之间的动摩擦因数为μ=0.5,g=10 m/s2.求: (1)运动过程中物体的最大加速度为多少? (2)距出发点多远时物体的速度达到最大? 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 感悟反思　涉及多物体相互作用,且物理过程复杂的临界与极值问题时, 除了要对物体进行正确的受力分析外,还必须要正确分析物体的运动情 况,确立相互作用的物体间的临界条件;当两个物体发生相对运动时,找 出这两个物体之间的位移关系或速度关系尤其重要,另外还要注意分析 多过程问题中各子过程的联系. 考点2 动力学两类基本问题 考点帮 必备知识通关 1.两类基本的动力学问题 (1)已知物体受力情况,判断其运动情况; (2)已知物体运动情况,判断其受力情况. 应用牛顿第二定律解决动力学问题,受力分析和运动分析是关键,加速度 是解决此类问题的纽带,分析流程如下: 考点帮 必备知识通关 2.动力学中的图像问题 题型 解题思路 由运动图像分析受力 情况 (1)根据运动图像,求解加速度. (2)应用牛顿第二定律,建立加速度与力的关系. (3)确定物体受力情况及相关物理量. 考点帮 必备知识通关 题型 解题思路 由受力图像分析运动 情况 (1)根据受力图像,结合牛顿第二定律,确定加速度的变化. (2)根据加速度和初速度的方向,判断是加速运动还是减速运动. (3)由加速度结合初始运动状态,分析物体的运动情况. 由已知条件确定物理 量的变化图像 (1)分析运动过程中物体的受力. (2)根据牛顿第二定律推导出加速度表达式. (3)根据加速度的变化确定物理量的变化图像. 考法帮 解题能力提升 考法1 已知受力情况确定运动情况 示例1如图所示,在光滑水平面上,放置着A、B两个物体.A、B紧靠在一起 但不粘连,其质量分别为mA=3 kg,mB=6 kg,推力FA作用于A上,拉力FB作用 于B上,FA、FB大小均随时间而变化,其规律为FA=(12-2t) N,FB=(6+2t) N.问 从t=0时刻A、B静止开始,到A、B相互脱离为止,A、B的共同位移是多少? 考法帮 解题能力提升 思维误区：求解本题的关键是分析出“两物体恰好分离时,二者加速度仍 相同但相互作用力为零”.有的同学认为由于FA随时间减小,将FA =0当作 两物体分离的临界条件而导致错误. 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 方法提炼　　　求解此类问题的思维要点 1.对研究对象进行受力分析时,必要时应画出受力示意图,在图中标明力的 符号和方向. 2.对研究对象进行运动分析时,要明确题目中给定的物理现象和物理过程, 如果是比较复杂的问题,应明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的, 找出相邻过程的联系点,再分析研究每一个物理过程,必要时要画出运动示 意图. 考法帮 解题能力提升 示例2 如图甲所示,质量为100 kg的电梯沿与水平方向成30°角的直线轨 道运行,质量为20 kg的货物置于电梯的水平底板上,并与电梯保持相对静 止.电梯受到与轨道平行的牵引力作用,从轨道底端运行到顶端,电梯速度 随时间的变化图像如图乙所示.不计轨道对电梯的摩擦阻力及空气阻力,g 取10 m/s2,求: (1)电梯加速过程中受到的牵引力的大小; (2)电梯减速过程中,货物所受支持力及摩擦力的大小. 考法2 已知运动情况确定受力情况 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 归纳总结 2.特别提醒 (1)无论是哪种情况 ,联系力和运动的“桥梁”都是加速度. (2)物体的运动情况由受力情况及物体运动的初速度共同决定. 　　 　　 考法帮 解题能力提升 考法3 动力学中的图像问题 示例3 [2019全国Ⅲ,20,6分,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 考法帮 解题能力提升 A.木板的质量为1 kg B.2 s~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 考法帮 解题能力提升 思维导引 要通过固定在实验台上的力传感器判断出物块相对于地面静止,从而判断 木板的受力情况,由v-t图像求出木板在受到力F作用时的加速度和不受力F 作用时的加速度,根据牛顿第二定律求解待求物理量. 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 方法归纳　　掌握图像问题的分析要点 1.分清图像的类别:即分清横、纵坐标轴所代表的物理量,掌握物理图像所 反映的物理过程,会分析临界点. 2.注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义: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.明确能从图像中获得哪些信息:把图像与具体的题意、情境结合起来,应 用物理规律列出与图像对应的函数方程式,进而明确“图像与公式”“图 像与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断. 考法帮 解题能力提升 考法4 多过程力与运动问题的综合分析 示例4 在一水平放置的浅色长传送带上放一煤块(可视为质点),煤块与传送 带之间的动摩擦因数为μ.初始时,传送带与煤块都是静止的.现让传送带以恒 定的加速度a0开始运动,当其速度达到v0后,便以此速度做匀速运动.经过一段 时间,煤块在传送带上留下一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动.求 此黑色痕迹的长度. 考法帮 解题能力提升 思维导引 本题难度较大,传送带在开始阶段也做匀加速运动,后来变为匀速运动,煤 块的运动情况则受传送带运动情况的制约.解答该题的重点应在对煤块相 对运动的情境分析和相对位移的求解上. 考法帮 解题能力提升 细审题意 题中“经过一段时间,煤块在传送带上留下一段黑色痕迹后,煤块相对于传 送带不再滑动.”这说明煤块与传送带之间发生了相对滑动,则第一阶段传 送带的加速度a0大于煤块的加速度μg.当传送带速度达到v0时,煤块速度 vgsin α时,有mgsin α+f=ma,即物体受到的静摩擦力方向沿传送带 向下,大小为f=ma-mgsin α.在这种情况下,重力沿传送带向下的分力不足 以提供物体的加速 度a,物体有相对于传送带向上的运动趋势,受到的静摩擦力沿传送带向下; ③当atan θ ,则物体的速度达到 传送带的速度后,将与传送带相对静止一起匀速运动.因此,分析问题时要 特别注意最大静摩擦力是否大于重力沿斜面向下的分力.即注意μ的大小 与tan θ的值的比较. . 高分帮 “双一流”名校冲刺 模型构建4 动力学中的“连接体”模型 高分帮 “双一流”名校冲刺. 高分帮 “双一流”名校冲刺 归纳总结 1.连接体的运动特点 轻绳——在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等. 轻杆——平动时,连接体具有相同的平动速度;轻杆转动时,连接体具有相 同的角速度,而线速度与转动半径成正比. 轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度不一定相等;在 弹簧形变最大时,两端连接体的速率相等. 2.处理连接体问题时解题方法的选取原则 . 高分帮 “双一流”名校冲刺. 整体法的选取原 则 若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作 用力,则可以把它们看成一个整体,分析整体受到的外力,应用牛顿 第二定律求出加速度或其他未知量. 隔离法的选取原 则 若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之 间的作用力时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定 律列方程求解. 整体法、隔离法 的交替运用 若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力 时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究 对象,应用牛顿第二定律求作用力.即“先整体求加速度,后隔离求 内力”. 高分帮 “双一流”名校冲刺 3.外力和内力的区分 如果以物体组成的系统为研究对象,则系统之外的作用力为该系统受到 的外力,而系统内各物体间的相互作用力为该系统的内力,应用牛顿第二 定律列方程时不必考虑内力.如果把某物体隔离出来作为研究对象,则内 力将转换为被隔离物体受到的外力. . 考点3 实验:探究加速度与力、质 量的关系 考点帮 必备知识通关 考点帮 必备知识通关 注意事项 1.实验方法:控制变量法. 2.不重复平衡摩擦力. 3.M≫m.满足该条件时小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力. 4.先接通电源,后放小车,且在小车到达滑轮前按住小车. 5.作图时两坐标轴标度比例要适当,各量须采用国际单位制单位. 考点帮 必备知识通关 误差分析 1.因实验原理不完善引起的误差:本实验用小盘和砝码的总重力mg代替 小车受到的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力. 2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸 带和细绳不严格与木板平行都会引起误差. 考法帮 解题能力提升 考法1 考查实验原理和操作方法 示例1 如图甲所示为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计 时器的电源为50 Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未 知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体 的加速度与其质量之间的关系”. (1)完成下列实验步骤中的填空: ①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻 拨小车,直到打点计时器打出一系列　　　的点. 考法帮 解题能力提升 ②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码. ③打开打点计时器电源,由静止释放小车,获得带有点迹的纸带,在纸带上 标出小车中砝码的质量m. ④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③. ⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点,测量相邻计数点 的间距s1,s2,…,求出与不同m对应的加速度a. 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 (ii)若纸带上四个相邻计数点的间距为s1、s2、s3,则a可用s1、s3和Δt表示为 a=　　　　　.图乙所示为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可 读出s1=　　　mm,s3=　　　mm.由此求得加速度的大小a=　　　m/s2. 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 归纳总结 1.平衡摩擦力——使小车所受的合力“转换”为拉力. 小车受力为重力、拉力、阻力、支持力.平衡摩擦力后,使重力、阻力和支 持力的合力为零,则小车所受的拉力等于小车所受的合力.小车不受拉力作 用时用手轻拨小车,打点计时器打出一系列间隔均匀的点,即小车做匀速直 线运动. 2.M≫m——使小车所受的拉力“转换”为悬挂物的重力.M为小车质量,m为 悬挂物质量. 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 示例2[全国Ⅰ]某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小 车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图(b)所示.实验中小车(含发射 器)的质量为200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的 加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题: 考法2 考查数据处理及误差分析 考法帮 解题能力提升 (1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量呈　　　　(填“线性” 或“非线性”)关系. (2)由图(b)可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是　　　　　. (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与 作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力, 则实验中应采取的改进措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　,钩 码的质量应满足的条件是　. 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 考法帮 解题能力提升 高分帮 “双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法 实验装置图 创新/改进点 实验方案改进:两个相同的小车放在光滑水平板上, 前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一 个小盘,盘中可放砝码.小盘和砝码所受的重力等 于使小车做匀加速运动的力.两个小车同时运动、 同时停止,位移之比等于加速度之比.可以通过增 减小盘中的砝码探究加速度与力的关系,通过增减 小车中的砝码探究加速度与质量的关系. 高分帮 “双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法实验装置图 创新/改进点 （1）实验方案改进:系统总质量不变化,改变拉 力得到若干组数据. (2)用传感器记录小车运动的时间t与位移x,直接 绘制x-t图像,得到加速度a. (3)利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量, 确定某些规律. 高分帮 “双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法实验装置图 创新/改进点 (1)用传感器与计算机相连,直接得出小车的加 速度. (2)图像法处理数据时,用钩码的质量m代替合力 F,即用a-m图像代替a-F图像. 高分帮 “双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法实验装置图 创新/改进点 (1)用光电门代替打点计时器,遮光条结合光电 门测得物块的初速度和末速度,由运动学公式求 出加速度. (2)结合牛顿第二定律,该装置还可以测出动摩 擦因数. 高分帮 “双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法实验装置图 创新/改进点 实验方案改进:弹簧测力计测量小车所受的拉力, 钩码的质量不需要远小于小车质量,更无需测钩 码的质量. 高分帮 “双一流”名校冲刺 科学创新1 实验改进与创新常见方法实验装置图 创新/改进点 (1)气垫导轨代替长木板,无需平衡摩擦力. (2)力传感器测量滑块所受的拉力,钩码的质量 不需要远小于滑块质量,更无需测钩码的质量. (3)用光电门代替打点计时器,遮光条结合光电 门测得滑块的末速度,由刻度尺读出遮光条中心 初始位置与光电门之间的距离,由运动学公式求 出加速度. 高分帮 “双一流”名校冲刺 示例3如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置.他 在导轨上安装了一个光电门B.滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕 过导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次 滑块都从A处由静止释放. 高分帮 “双一流”名校冲刺 (1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d=　　　　 mm. (2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电 门B的时间t,若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是　　　　,可 得加速度a=　　　　. 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 回望历年高考实验试题,不难发现“测动摩擦因数”是命题的高频考点.试题 不仅仅是依托课本“探究加速度与力、质量关系”的实验,重要的是无论是 在实验原理还是在实验方法上都具有创新性,具有把实验的探究问题转化 为计算问题的鲜明特征.分析求解此类问题时,注意把握如下要点. 1.测量原理 当物体在水平面或斜面上做匀加速直线运动时,若能测出物体的加速度a, 则根据牛顿第二定律就可以建立动摩擦因数μ与a的关系式,从而求出动摩 擦因数μ.[转化法]. 科学创新2 测动摩擦因数 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 示例4[2019全国Ⅱ,22,5分]如图(a),某同学 设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实 验.所用器材有:铁架台、长木板、铁块、 米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流 电源、纸带等.回答下列问题: (1)铁块与木板间动摩擦因数μ=　　　　 (用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和 铁块下滑的加速度a表示). 高分帮 “双一流”名校冲刺 (2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°.接通电源,开启打点计时 器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条 纸带,如图(b)所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未 画出).重力加速度为9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为　　　　 (结果保留2位小数). 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 感悟反思：本题看上去是实验问题,其实质就是实验型的计算题,求解过程 并不复杂,作为2019年全国Ⅱ卷的高考实验试题,在2015年全国Ⅱ卷这个题 已出现过.只是在形式上把问题(1)和(2)调换了一下,且在2018年全国Ⅱ卷也 对此类实验进行拓展创新. 高分帮 “双一流”名校冲刺 示例5 [2020全国Ⅱ,22,5分]一细绳跨过悬挂的定滑轮,两 端分别系有小球A和B,如图所示.一实验小组用此装置测量 小球B运动的加速度.令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球, 测得小球B释放时的高度h0=0.590 m,下降一段距离后的高 度h=0.100 m;由h0下降至h所用的时间T=0.730 s.由此求得小 球B加速度的大小为a=　　　　m/s2(保留3位有效数字). 从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0 g 科学创新3 计算型探究实验 高分帮 “双一流”名校冲刺 和150.0 g,当地重力加速度大小为g=9.80 m/s2.根据牛顿第二定律计算可得 小球B加速度的大小为a'=　　　　m/s2(保留3位有效数字). 可以看出,a'与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这 一结果的原因:　　　　　　　　　　. 高分帮 “双一流”名校冲刺 解题指导：小球B做初速度为零的匀加速直线运动,利用实验测量数据可 求得加速度实验值a;再由牛顿第二定律计算求得理论值a',比较a和a',并分 析误差原因. 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 感悟反思：通常计算题情境多样,设问灵活,这为转化为实验型探究题打开 了广阔的空间,近年高考命题,充分体现这一命题思想.特别是作为新高考的 先行者山东省,2020年高考试题利用手机测重力加速度,要求能把实验数据 转换为计算题的已知条件,灵活运用物理规律求解问题,详见示例6. 高分帮 “双一流”名校冲刺 示例6 [2020山东,13,6分]2020年5月,我国进行了珠 穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力 仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度.某同学受 此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速 度的大小.实验步骤如下: (i)如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为 53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度 尺(图中未画出). 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 回答以下问题: (1)当木板的倾角为37°时,所绘图像如图乙所示.由图像可得,物块过测量参 考点时速度的大小为　　　　m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的 A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为　　　　 m/s2.(结果均保留2位有效数字) (2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为　　　　 m/s2.(结果保留2位有效数字,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80) 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 高分帮 “双一流”名校冲刺 (2)将实验数据作为计算题的已知条件,在物块沿斜面下滑过程中,由牛顿第 二定律有mgsin θ-μmgcos θ=ma,将θ1=53°,a1=5.6 m/s2;θ2=37°,a2=3.1 m/s2分 别代入,解得g≈9.4 m/s2.