从近年来的高考来看,09年高考中,本专题可能以下列题型出现:
1.选择题。一般可结合“弹簧模型”、牛顿定律等知识,考查考生对加速度和牛顿第二定律的理解。如05年全国卷Ⅰ第14题、04年上海卷第5题、04年天津卷的第16题、08年全国卷I第14题、08年山东卷19题、08年宁夏卷第20题、08年江苏卷7题等。这种题一般分值4分左右。难度系数约0.75。
6、一般来说,带电体在复合场中的运动问题常有两类:一类是,在没有特殊说明的情况下,一般不考虑其重力;另一类是带电微粒在复合场中的运动问题,在没有特殊说明的情况下,一般要考虑其重力。当带电粒子在电场、磁场或者复合场中运动时,特别要注意分析电场和磁场的方向,再确定电场力和洛伦兹力的方向,运用平衡条件或牛顿定律建立方程求解。
5、利用速度图象,从速度、位移的角度分析运动的物理过程,同时分析带电粒子的受力情况,继而对粒子运动的有关问题作出正确的判断。
4、运用牛顿第二定律和运动学公式分析解决问题,检测综合运用知识解决问题的能力,要对物体进行受力分析,进行力的合成与分解,要对物体运动规律进行分析,然后再根据牛顿第二定律,把物体受的力和运动联系起来,列方程求解。
3、直线运动中的追及问题,特别注意追及问题的临界条件,常常是解题的关键,速度相等是物体恰能追上或恰不相碰、或间距最大、或最小的临界条件。
2、匀变速直线运动中两种比例的应用和平均速度与初速度、末速度的关系。
牛顿定律在直线运动中的应用历来是高考的热点,它不仅仅涉及力学中对物体的受力分析和牛顿运动定律的应用,还常常涉及带电粒子在电场和磁场以及复合场中的运动问题。主要在以下几个方面:
1、速度、位移、加速度的矢量性和速度、位移、加速度的运算公式的应用,主要运用相关公式进行运算,注意公式的选择和使用。
例题1 (08年山东)直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子,如图所示。设投放初速度为零,箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,且运动过程中箱子始终保持图示姿态。在箱子下落过程中,下列说法正确的是( )
A.箱内物体对箱子底部始终没有压力
B.箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最大
C.箱子接近地面时,箱内物体受到的支持力比刚投下时大
D.若下落距离足够长,箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”
解析:箱子的质量为M,箱内物体的质量为m,箱子运动起来之后,对这一系统任一时刻进行受力分析:
①
箱子对物体的支持力为N,隔离物体受力有:
②
由①②两式联立解得:![]()
由牛顿第三定律得:压力和支持力,始终相等。所以开始物体对箱子的压力为零,以后压力随速度的增加而增大。若下落过程中箱子能匀速,则匀速后压力最大保持不变,直至落地。若始终不能匀速,则落地时压力最大。
答案:C
反思:本题考查牛顿运动定律的应用,同时注意整体法和隔离法,解本题切忌思维的影响,把不受空气阻力情况下的情况加以移植而错选AD。此类命题属传统高考中熟悉中考陌生类考查主干知识的命题,也是新课改理念下考查学生分析问题的过程,找到正确方法的命题,新高考更加注重是分析问题的过程,不是结论,过程不清结论必错。
例题2(07年潮州期末)如图2-14所示,在光滑水平地面上有一小车,车底板光滑且绝缘,车上左右两边分别竖直固定有金属板M、N,两板间的距离为L。M板接电源的正极,N板接电源的负极,两极板间的电场可视为匀强电场。一可视为质点的带正电小球,处在小车底板上靠近M板的位置并被锁定(球与M板不接触),小球与小车以速度v0共同向右运动。已知小球带电量为q,质量为m,车、金属板和电源的总质量为3m。某时刻突然解除对小球的锁定,小球在电场力的作用下相对小车向右运动,当小球刚要与小车的N板接触时,小车的速度恰好为零。求:
(1)两极板间匀强电场的场强E的大小。
(2)从解除锁定到小球运动到车底板的中央位置时,小球和小车的对地速度各是多少?(结果可带根号)
解析:(1)设小球和小车的加速度分别为a1和a2,由牛顿第二定律:
①
设从解除锁定到小球铡要与小车的N板接触所经历时间为t,根据题有:
②
小球的位移:
③
小车的位移:
④
又:s1-s2=L ⑤
联立解得:
(2)设从解除锁定到小球运动到车底板的中央位置时经历时间为t′,此时小球和小车的对地速度各为
,对地位移各为
,则
⑥
⑦
又:
, ⑧
⑨
⑩
联立解得:
反思:当涉及两个物体时,最好能画出它们运动过程的草图,从图中可以方便地看出两物体运动的几何关系。而在运用运动学公式时,要注意公式中各物理量都应以同一惯性参考系,一般都选地面作为参照系。
例题3(08年北京)有一些问题你可能不会求解,但是你仍有可能对这些问题的解是否合理进行分析和判断。例如从解的物理量单位,解随某些已知量变化的趋势,解在一定特殊条件下的结果等方面进行分析,并与预期结果、实验结论等进行比较,从而判断解的合理性或正确性。举例如下:如图所示。质量为M、倾角为
的滑块A放于水平地面上。把质量为m的滑块B放在A的斜面上。忽略一切摩擦,有人求得B相对地面的加速度
a=
,式中g为重力加速度。对于上述解,某同学首先分析了等号右侧量的单位,没发现问题。他进一步利用特殊条件对该解做了如下四项分析和判断,所得结论都是“解可能是对的”。但是,其中有一项是错误的。请你指出该项( )
A.当![]()
时,该解给出a=0,这符合常识,说明该解可能是对的
B.当
=90
时,该解给出a=g,这符合实验结论,说明该解可能是对的
C.当M>>m时,该解给出a=gsin
,这符合预期的结果,说明该解可能是对的
D.当m>>M时,该解给出
,这符合预期的结果,说明该解可能是对的
解析:当![]()
时,斜面变成平面,则B放在平面上,A、B接触面是光滑的,若B静止放上时,则B合外力为零,B仍静止。以一定初速度运动,B做匀速直线运动。所以A的表述是正确的。当
=90
时,斜面变成了竖直平面,A、B之间无作用力,B自由下落,加速为B,所以B的表述是正确的。当M>>m时,A的运动可忽略不计,认为B在静止的斜面上下滑,合外力为
,加速度为
.所以C的表述是正确的。当m>>M时,刚下落时,A获得极大的速度,A、B脱离,B做自由落体运动,加速度为g。所以D是错误的,选项为D。
答案:D
反思:本题是以牛顿定律为核心的讨论问题,有一定的难度,考生只要将运动情况与受力情况结合,突出相应的运动情况的受力特征,将各种情况进行讨论就能解决,在09年的备考中要加强这方面的训练。
例题4、(07东北三校期末)如图2-16所示,在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,有一足够长的绝缘细棒OO/在竖直面内垂直磁场方向放置,细棒与水平面夹角为α。一质量为m,带电荷为+q的圆环A套在OO/棒上,圆环与棒间的动摩擦因数为μ,且μ<tanα。现让圆环A由静止开始下滑,试问圆环在下滑过程中:
⑴圆环A的最大加速度及此时的速度分别为多大?
⑵圆环A能够达到的最大速度为多大?
解析:(1)由于
,所以环将由静止开始沿棒下滑。环A沿棒运动的速度为v1时,受到重力mg、洛仑兹力
、杆的弹力N1和摩擦力![]()
根据牛顿第二定律,对沿棒的方向有
垂直棒的方向有
所以当
时,a有最大值am,且am=gsinα
此时
解得
(2)设当环A的速度达到最大值vm时,环受杆的弹力为N2,摩擦力为
.此时应有a=0,即
解得![]()
反思:有关牛顿运动定律应用的问题,解题的一般步骤是:(1)理解题意,弄清物理图景和物理过程;(2)恰当选取研究对象;(3)分析它的受力情况,画出被研究对象的受力图。对于各阶段运动中受力不同的物体,必须分段分析计算;(4)按国际单位制统一各个物理量的单位;(5)根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程求解。
5、动力学的两类基本问题与实际生活和科技相结合的情况。 550
例题1:一水平的浅色长传送带上放置一煤块(可视为质点),煤块与传送带之间的动摩擦因数为
。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了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。
解析:根据“传送带上有黑色痕迹”可知,煤块与传送带之间发生了相对滑动,煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿第二定律,可得
①
设经历时间t,传送带由静止开始加速到速度等于v0,煤块则由静止加速到v,有
②
③
由于
,故
,煤块继续受到滑动摩擦力的作用。再经过时间
,煤块的速度由v增加到v0,有
④
此后,煤块与传送带运动速度相同,相对于传送带不再滑动,不再产生新的痕迹。
设在煤块的速度从0增加到v0的整个过程中,传送带和煤块移动的距离分别为s0和s,有
⑤
⑥
传送带上留下的黑色痕迹的长度
⑦
由以上各式得
反思:本题取材于生活实际,不仅考查力和运动的关系,而且还考查学生的理解能力、推理能力、综合分析能力、建立理想化模型用来解决实际问题能力,解题的关键是挖掘题中隐含了起始段煤块的加速度小于传送带的加速度,弄清题求传送带上留下的黑色痕迹的长度实为煤块相对于传送带的位移。
例题2、在光滑的水平轨道上有两个半径都是r的小球A和B,质量分别为m和2m,如图2-6所示,当两球心间的距离大于L(L比2r大的多)时,两球间不存在相互作用力;当两球心间的距离等于或小于L时,两球间存在相互作用的恒定斥力F,现A球从远离B球处以速度V0沿两球心连接向原来静止的B球运动,欲时两球不发生接触,V0必须满足的条件?
本题简介:本题考查的是如何灵活运用牛顿第二定律和运动学公式分析解决问题,同时也考查了能否从图象角度来思考和解决问题。
解析:A球向B球接近至A、B间的距离小于L之后,A球的速度逐步减小,B球从静止开始加速运动,两球间的距离逐步减小.当A、B的速度相等时,两球间的距离最小.若此距离大于2r,则两球就不会接触.所以不接触的条件是
v1=v2?①?L+s2-s1>2r?②
其中v1、v2为当两球间距离最小时A、B两球的速度;s1、s2为两球间距离从L变至最小的过程中,A、B两球通过的路程.
由牛顿定律得A球在减速运动而B球作加速运动的过程中,A、B两球的加速度大小为
?????
③
![]()
设v0为A球的初速度,则由匀加速运动公式得
⑤
![]()
联立解得
???????
???????
反思:许多临界问题,题干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脱离”……等词语对临界状态给出了明确的暗示,审题时,一定要抓住这些特定的词语发掘其内含规律,找出临界条件。
有时,有些临界问题中并不显含上述常见的“临界术语”,但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变,则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。
临界问题通常具有一定的隐蔽性,解题灵活性较大,审题时应力图还原习题的物理情景,抓住临界状态的特征,找到正确的解题方向。
本题的关键是正确找出两球“不接触”的临界状态,为
且此时
。
例题3、质量m=1kg的物体放在倾角为
的斜面上,斜面的质量M=2kg,斜面与物体的动摩擦因数μ=0.2,地面光滑,现对斜面体施加一水平推力,如图1所示。要使物体m相对斜面静止,力F应为多大?设物体与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(
m/s2)。
解析:(1)设物体处于相对斜面欲向下滑动的临界状态时推力为
,此时物体所受摩擦力沿斜面向上,取加速度方向(水平向左)为x正方向,坚直向上为y轴正方向,根据牛顿第二定律,对m物体有:
x方向:![]()
y方向:![]()
对整体:![]()
代入数值解得:
,
。
(2)设物体处于相对斜面上滑动的临界状态时推力为
,此时物体所受摩擦力沿斜面向下,根据牛顿第二定律,对m物体有:
x方向:![]()
y方向:![]()
对整体:![]()
代入数值解得:
,![]()
所以F的取值范围:14.34N≤F≤33.6N
反思:隔离法和整体法是解动力学习题的基本方法,用这一基本技巧解题时,应注意:当用隔离法时,必须按题目的需要进行恰当的选择隔离体,否则将增加运算过程的繁琐程度,然后进行分解,根据牛顿第二定律列方程即可;用整体法解题时,必须满足一个条件,即连结体各部分加速度的值是相同的。如果不是这样,便只能用隔离法求解。
例题4(07广东)如图所示,沿水平方向放置一条平直光滑槽,它垂直穿过开有小孔的两平行薄板,板相距3.5L。槽内有两个质量均为m的小球A和B,球A带电量为+2q,球B带电量为-3q,两球由长为2L的轻杆相连,组成一带电系统。最初A和B分别静止于左板的两侧,离板的距离均为L。若视小球为质点,不计轻杆的质量,在两板间加上与槽平行向右的匀强电场E后(设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成,不影响电场的分布),求:
⑴球B刚进入电场时,带电系统的速度大小;
⑵带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间及球A相对右板的位置。
解析:解:对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,有:
①
而且还能穿过小孔,离开右极板。
假设球B能达到右极板,电场力对系统做功为W2,有:
![]()
综上所述,带电系统速度第一次为零时,球A、B应分别在右极板两侧。 ②
(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:
=
③
球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:
④
由③④求得:
⑤
(2)设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:
⑥
将③⑤代入⑥得:
⑦
球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:
⑧
显然,带电系统做匀减速运动。设球A刚达到右极板时的速度为v2,减速所需时间为t2,则有:
⑨
⑩
求得:
⑾
球A离电场后,带电系统继续做减速运动,设加速度为a3,再由牛顿第二定律:
⑿
设球A从离开电场到静止所需的时间为t3,运动的位移为x,则有:
⒀
⒁
求得:
⒂
由⑦⑾⒂可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:
⒃
球A相对右板的位置为:
⒄
反思:本题考查对牛顿第二定律和运动学基本规律的理解,考查运用分析、假设、探究、推理等方法处理多过程物理问题的能力,分析多过程问题一定要把物体在不同过程的衔接点即中间转折状态搞清楚。
4、整体法、隔离法、合成法、分解法及正交分解法的灵活应用。
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