2021年高考物理【熱點?重點?難點】專練(新高考專用)

重難點03牛頓運動定律大綜合

【知識梳理】

考點一超重與失重

1.物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)取決于加速度的方向，與速度的大小和方向沒有關系.下表列出

了加速度方向與物體所處狀態(tài)的關系.

加速度超重、失重視重尸

。=0不超重、不失重F=mg

a的方向豎直向上超重:F=m(g+a)

a的方向豎直向下失重F=m(g—a)

a=g,豎直向下完全失重F=0

特別提醒:不論是超重、失重、完全失重，物體的重力都不變，只是“視重”改變.

2.超重和失重現(xiàn)象的判斷“三”技巧

(1)從受力的角度判斷，當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，

物體處于超重狀態(tài)，小于重力時處于失重狀態(tài)，等于零時處于完全失重狀態(tài).

(2)從加速度的角度判斷，當物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài)，具有向下的加

速度時處于失重狀態(tài)，向下的加速度為重力加速度時處于完全失重狀態(tài).

(3)從速度變化角度判斷

①物體向上加速或向下減速時，超重；

②物體向下加速或向上減速時，失重.

考點二動力學中的臨界極值問題分析

1.當物體的運動從一種狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時必然有一個轉折點，這個轉折點所對應的狀態(tài)叫做

臨界狀態(tài)；在臨界狀態(tài)時必須滿足的條件叫做臨界條件.用變化的觀點正確分析物體的受力情況、

運動狀態(tài)變化情況，同時抓住滿足臨界值的條件是求解此類問題的關鍵.

2.臨界或極值條件的標志

(1)有些題目中有“剛好”、“恰好"、"正好”等字眼，明顯表明題述的過程存在著臨界點；

(2)若題目中有“取值范圍”、“多長時間”、“多大距離”等詞語，表明題述的過程存在著“起止點”，而

這些起止點往往就是臨界狀態(tài)；

(3)若題目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明題述的過程存在著極值，這個極值點

往往是臨界點；

(4)若題目要求“最終加速度”、“穩(wěn)定加速度”等，即是要求收尾加速度或收尾速度.

【重點歸納】

動力學中的典型臨界條件

(1)接觸與脫離的臨界條件：兩物體相接觸或脫離，臨界條件是：彈力FN=O.

(2)相對滑動的臨界條件：兩物體相接觸且處于相對靜止時，常存在著靜摩擦力，則

相對滑動的臨界條件是：靜摩擦力達到最大值.

(3)繩子斷裂與松馳的臨界條件：繩子所能承受的張力是有限度的，繩子斷與不斷的

臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力，繩子松馳的臨界條件是：FT=O.

(4)加速度變化時，速度達到最大的臨界條件：當加速度變化為。=0時.

考點三傳送帶模型和滑塊一木板模型

1.“傳送帶模型”問題的分析思路

(1)模型特征

一個物體以速度V03亞0)在另一個勻速運動的物體上開始運動的力學系統(tǒng)可看做“傳送帶”模型，如圖

(a)、(b)、(c)所示.

(2)建模指導

傳送帶模型問題包括水平傳送帶問題和傾斜傳送帶問題.

①水平傳送帶問題：求解的關鍵在于對物體所受的摩擦力進行正確的分析判斷.判斷摩擦力時要注

意比較物體的運動速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運動位移M對地)的過程中速度是否和傳

送帶速度相等.物體的速度與傳送帶速度相等的時刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時刻.

②傾斜傳送帶問題：求解的關鍵在于認真分析物體與傳送帶的相對運動情況，從而確定其是否受到

滑動摩擦力作用.如果受到滑動摩擦力作用應進一步確定其大小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況

確定物體的運動情況.當物體速度與傳送帶速度相等時，物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變.

2.“滑塊—木板模型，，問題的分析思路

(1)模型特點：上、下疊放兩個物體，并且兩物體在摩擦力的相互作用下發(fā)生相對滑動.

(2)建模指導

解此類題的基本思路：(1)分析滑塊和木板的受力情況，根據(jù)牛頓第二定律分別求出滑塊和木板的加

速度：(2)對滑塊和木板進行運動情況分析，找出滑塊和木板之間的位移關系

或速度關系，建立方程.特別注意滑塊和木板的位移都是相對地面的位移.

【重點歸納】

1.傳送帶模型

分析處理傳送帶問題時需要特別注意兩點：一是對物體在初態(tài)時所受滑動摩擦力的方向的分析;

二是對物體在達到傳送帶的速度時摩擦力的有無及方向的分析.

(1)水平傳送帶模型

項目圖示滑塊可能的運動情況

?o=O(i)可能一直加速

情景1fi——t)

(2)可能先加速后勻速

(1)丫0>丫時:可能一直減速，也可

Vo能先減速再勻速

情景2

(2)w<v時，可能一直加速，也可

能先加速再勻速

(1)傳送帶較短時，滑塊一直減速

達到左端

Vo(2)傳送帶較長時，滑塊還要被傳

情景3(T——a

送帶傳回右端.其中返回時

速度為V,當vo<v返回時速度為V

0

(2)傾斜傳送帶模型

項目圖示滑塊可能的運動情況

(1)可能一直加速

情景1

(2)可能先加速后勻速

(1)可能一直加速

情景2產(chǎn)(2)可能先加速后勻速

(3)可能先以s加速后以s加速

(1)可能一直加速

情景3

產(chǎn)(2)可能先加速后勻速

(3)可能一直勻速

(4)可能先以a\加速后以S加速

(1)可能一直加速

情景4產(chǎn)(2)可能一直勻速

(3)可能先減速后反向加速

對于傳送帶問題，一定要全面掌握上面提到的幾類傳送帶模型，尤其注意要根據(jù)具體情況適時進行

討論，看一看有沒有轉折點、突變點，做好運動階段的劃分及相應動力學分析.

2.滑板一滑塊模型

(1)模型特點

涉及兩個物體，并且物體間存在相對滑動.

(2)兩種位移關系

滑塊由滑板的一端運動到另一端的過程中，若滑塊和滑板同向運動，位移之差等于板長：反向運動

時，位移之和等于板長.

(3)解題思路

＜一''.求解時應先仔細審題，清楚題目的含義、

好題建出一分析清楚每一個物體的受力情況、運

I動情況.

高藍益_/準確求出各物體在各運動過程的加速度

弋咚廣飛(注意兩過程的連接處加速度可能突變)

找出物體之間的位移(路程)關系或速

GQvJ度關系是解題的突破口?求解中更應注意

y例大夕一］聯(lián)系兩個過程的紐帶，每一個過程的末

(速度是下一個過程的初速度.

(4)易失分點

①不清楚滑塊、滑板的受力情況，求不出各自的加速度.

②不清楚物體間發(fā)生相對滑動的條件.

【限時檢測】(建議用時：30分鐘)

一、單項選擇題：本題共4小題。

1.如圖所示，質(zhì)量為，〃的物體放在斜面上，在斜面體以加速度“水平向右做勻加速直線運動的過程

中，物體始終靜止在斜面上，物體受到斜面的摩擦力/和斜面的支持力N分別為(重力加速度為g)

aa

A.f=加(gsin。+QCOS。)N=m(geos0-asm6)

B.f=皿gsin0+acos0)N=〃z(gcos0-tzcos0}

C.f=加(gsin0-4cos&)N=m(geos0+asin0)

D.f=m(gsin0-acos0)N=m(gcos0+tzcos0)

【答案】A

【詳解】

對物體受力分析如圖所示

aa

在水平方向根據(jù)牛頓第二定律有

fcos6-A^in0=ma

在豎直方向，根據(jù)平衡條件有

於in6+Ncos。=mg

聯(lián)立解得

/=加(gsin夕+acos夕)，N=m(geos0-asin

故選Ao

2.體育課上某同學做引體向上。他兩手握緊單杠，雙臂豎直，身體懸垂；接著用力上拉使下顆超過

單杠（身體無擺動）；然后使身體下降，最終懸垂在單杠上。下列說法正確的是（）

A.在上升過程中單杠對人的作用力始終大于人的重力

B.在下降過程中單杠對人的作用力始終小于人的重力

C.若增大兩手間的距離，最終懸垂時單臂的拉力不變

D.若增大兩手間的距離，最終懸垂時單臂的拉力變大

【答案】D

【詳解】

A.人在上升過程中，由于身體先做加速運動，后做減速運動，人先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀

態(tài)，單杠對人的作用力先大于人的重力，后小于人的重力，故A錯誤。

B.同理，人在下降過程中，身體先做加速運動，后做減速運動，人先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀

態(tài)，單杠對人的作用力先小于人的重力，后大于人的重力，故B錯誤。

CD.依據(jù)力的合成法則知，當增大兩手間的距離，即增大兩拉力的夾角，因拉力的合力不變，則單

臂的拉力大小增大，故C錯誤：D正確。

故選D。

3.如圖所示，用水平力尸拉著三個相同的物塊A、B、C,先在光滑水平面上一起以加速度/運動。

A、B間和B、C間兩段繩的拉力分別為7；和7；。后在摩擦系數(shù)〃相同的粗糙水平面上一起以加速

度的運動。A、B間和B、C間兩段繩的拉力分別為和7；。則加速度、拉力之間的關系正確的是

()

2

A.4>4/B.4>4T：=TA=-F

c.a1>&TB〈TB=~^FD.q>/T；>7^>—F

【答案】B

【詳解】

在光滑水平面上時，根據(jù)牛頓第二定律得

F=3niax,TA=2ma1,TB=nui]

解得

在粗糙水平面上時

F-3mg=3mo,T；_R.2mg-2ma2,T；-pmg-tna2

解得

F-3/.img,2,1

T^=3F'TB=3F

故選B。

4.如圖所示，輕原嫗放在光滑的水平地面上，物體A、B與輕質(zhì)板的動摩擦因數(shù)〃=01（設最大靜

摩擦力等于滑動摩擦力）已知嗎=2kg,mB=lkg,g取10m/s2。當作用在A上的水平力尸=4N

時，物體A的加速度為（）

F-----1~71|T

I-1

A.Im/s2B.1.5m/s2C.-|m/s2D.2mzs）

【答案】B

【詳解】

對B受力分析得B能獲得的最大加速度

?B=/zg=lm/s2

假設A、B不相對滑動，整體分析得

F4,2

a=----------=—m/s-

機A+mR3

因為

a>6%

假設不成立，B會相對于輕質(zhì)板滑動。對A受力分析得，A受摩擦力為物體A的加速度為

=]5曲

叫

故選B。

二、多項選擇題：本題共2小題。

5.如圖所示，質(zhì)量M=lkg足夠長的木板B放在水平地面上，其上放有質(zhì)量根=lkg煤塊A,A、B

間的動摩擦因數(shù)4=0.1,B與地面之間的動摩擦因數(shù)4=02現(xiàn)對B施加水平向右的拉力尸=8N持

續(xù)作用2s然后撤去，則在A、B運動的整個過程中，g=10m/s2,設滑動摩擦力等于最大靜摩擦力，

則（）

A

A.A比B先相對地面靜止

B.A的位移為4m

C.A在B上留下的劃痕長￡]11

3

D.系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的總熱量48J

【答案】CD

【詳解】

ABC.B在尸=8N的外力作用下，A、B均向右加速，但A相對B向左滑動，分別對A、B受力分析,

根據(jù)牛頓第二定律，對A有

417ng=ma{

對B有

F-/nAmg一〃2（根+M）g=Ma?

代入數(shù)據(jù)可解得

t7i=lm/s2,?2=3m/s2

產(chǎn)作用。=2s時，A與B的速度分別是

vA=卬］=2m/s

vB=a2t]=6m/s

撤去外力后，A的加速度不變，繼續(xù)加速，設B的加速度為對B據(jù)牛頓第二定律有

篦且+以2(m+M)g=

代入數(shù)據(jù)解得

4Z2=5m/s2

方向水平向左，B做勻減速直線運動，設經(jīng)過時間打后A、B達到共速V,滿足

匕+印2=%一也

2

可解得共同速度

8,

V=VA+卬2=§向S

共速后A以0的加速度做勻減速運動，B以G的加速度做勻減速運動，對B據(jù)牛頓第二定律有

/J2(m+=Ma3

可解得a3=3m/s2,可得A減速至靜止時間

v8

G3=一=一

at3

B減速至靜止時間

v8

'LL

由于所以B先相對地面靜止，A錯誤;

B.由A選項的數(shù)據(jù)，可求得A、B的總位移分別為

1/、2/64

『“"Fpm

2

121,2v272

^=-^+vBr2--?2/;+—=

達到共同速度前，A相對B向后滑行，相對位移為

心|=(5%4+%，2—+，2y=^m

達到共同速度后，A相對B向前滑行，相對位移為

v2_64

2a^~2J

-2at

兩段劃痕重復，故A在B上留下的劃痕長一m,AB錯誤，C正確；

3

D.A、B間摩擦生熱為

Qi=〃Mg（心1+%）

B與地面的摩擦生熱為

。2=〃2（加+加）8/

系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的總熱量

。=。|+。2

代入數(shù)據(jù)可解得。=48J,D正確?

故選CD。

6.如圖甲所示，足夠長的傾斜傳送帶與水平面間的夾角為6,在傳送帶上某位置輕輕放置一個質(zhì)量

為皿的小滑塊，小滑塊的速度隨時間變化關系如圖乙所示，Vo,Z均己知，則（）

A.傳送帶的速度可能大于w

B.A）后小滑塊受到的摩擦力為/ngsin。

C.傳送帶一定沿順時針轉動

D.小滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)可能為（一tan0}

g%cos6

【答案】BD

【詳解】

AC.由題圖乙可知，滑塊先做初速度為零的勻加速直線運動，在小后以速度%做勻速直線運動，由

此可知

mgsin0</jmgcos0

如果傳送帶沿逆時針方向轉動，滑塊放在傳送帶上后受到的滑動摩擦力沿傳送帶向下，滑塊先做勻

加速直線運動，當滑塊速度與傳送帶速度相等時，滑塊做勻速直線運動，則傳送帶的速度丫=%；如

果傳送帶沿順時針方向轉動，滑塊剛放在傳送帶上時受到的滑動摩擦力沿斜面向上，滑塊向上做勻

加速直線運動，當滑塊速度與傳送帶速度相等時滑塊做勻速直線運動，傳送帶速度丫=%；由以上分

析可知，傳送帶既可能沿順時針方向也可能沿逆時針方向轉動，傳送帶速度不會大于%,故AC錯

誤；

B.由題圖乙可知，小后滑塊做勻速直線運動，處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可知

f=mgsin0

故B正確：

D.由題圖乙可知，滑塊做勻加速直線運動時的加速度

一

如果傳送帶沿逆時針方向轉動，由牛頓第二定律得

mgsin0+jLimgcos0=ma

解得

〃=———....tan0

g/ocos。

故D正確。

故選BDo

三、解答題：本題共2小題。解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后

答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。

7.如圖，粗糙斜面與光滑水平面通過光滑小圓弧平滑連接，斜面傾角8=37°。小滑塊（可看作質(zhì)點）

A的質(zhì)量為mA=lkg,小滑塊B的質(zhì)量為機B=3kg,其左端連接一水平輕質(zhì)彈簧。若滑塊A在斜面上

受到大小為4N,方向垂直斜面向下的恒力廠作用時，恰能沿斜面勻速下滑?，F(xiàn)撤去F,讓滑塊A從

距斜面底端L=4m處，由靜止開始下滑。取g=10m/stsin37°=0.6,cos370=0.8,求：

(1)滑塊A與斜面間的動摩擦因數(shù)；

(2)撤去產(chǎn)后，滑塊A到達斜面底端時的速度大??；

(3)滑塊A與彈簧接觸后的運動過程中彈簧最大彈性勢能。

【答案】(1)0.5；(2)4m/s；(3)6J

【詳解】

(1)滑塊A沿著斜面勻速下滑時受力如圖所示

mAgsin0=Ff

FN=m^gcos6+F

又因為

Ff=^FN

聯(lián)立解得

叫gsin。

/I一~

F+

代入已知數(shù)據(jù)解得：〃=0.5

(2)滑塊A沿斜面加速下滑時受力如圖所示

尸N'

F(\

設滑塊A滑到斜面底端時速度為%,根據(jù)動能定