黑龙江省大庆市林甸县第一中学2022年高考物理 专题讲座 运动分析和受力分析的应用复习

黑龙江省大庆市林甸县第一中学2022年高考物理专题讲座运动分析和受力分析的应用物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。而运动规律和物质相互作用可以在运动分析和受力分析中得到体现，所以能够熟练地对物理问题进行运动分析和受力分析，然后结合物理情景应用物理公式、定理、定律，就能够很好地解答物理题目。下面分成如下几点，通过具体题目来更进一步认识运动分析和受力分析。一、运动分析的单独应用要对物体运动分析，关键必须掌握好两个要点：状态和过程。因为在运动学的运动规律和运动公式里面，所涉及的物理量不是状态量就是过程量，只要能够确定运动物体从初始状态到末状态，是经历了什么样的过程，符合了什么样的运动规律和运动公式，问题往往就迎刃而解。例：如图所示，以匀速行驶的汽车即将通过路口，绿灯还有2s将熄灭，此时汽车距离停车线18m。该车加速时最大加速度大小为，减速时最大加速度大小为。此路段允许行驶的最大速度为，下列说法中正确的有A．如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线B．如果立即做匀加速运动，在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速C．如果立即做匀减速运动，在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线D．如果距停车线处减速，汽车能停在停车线处答案：AC分析：（1）弄清题意，知道题目涉及到的运动参量有：初速度V0、运动时间t、加速度a加a减、位移x、最大速度Vm（2）根据题意汽车可能作三种运动：匀加速直线运动、匀速直线运动、匀减直线速运动。（匀速直线运动根据选项可先排除）7\n（3）应用匀变速直线运动的公式，汽车如果立即做匀加速直线运动，t1=2s内的位移=20m>18m，此时汽车的速度为12m/s<12.5m/s，汽车没有超速，A项正确、B项错误；如果立即做匀减速运动，速度减为零需要时间s，此过程通过的位移为6.4m，C项正确、D项错误。小结：本题是比较典型的单独考查直线运动的题目，但是只要能够把握过程、抓住状态问题就可以简单化。一、受力分析的单独应用对物体受力分析时，首先要画出物体的受力示意图，将物体所受的力不添不漏地画出来，一般画力的顺序为重力-弹力-电场力-磁场力-摩擦力，其中摩擦力一定要比弹力慢画，因为系统要先有弹力再有摩擦力；其次就是运用正交分解法或者三角形对物体进行受力分析；最后就可以运用数学知识进行运算。（包括几何运算）例:如图所示，将质量为m的滑块放在倾角为的固定斜面上。滑块与斜面之间的动摩擦因数为。若滑块与斜面之间的最大静摩擦力合滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g，则A．将滑块由静止释放，如果＞tan，滑块将下滑B．给滑块沿斜面向下的初速度，如果＜tan，滑块将减速下滑C．用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果=tan，拉力大小应是2mgsinD．用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果=tan，拉力大小应是mgsin答案：C解析：对处于斜面上的物块受力分析，要使物块沿斜面下滑则mgsinθ>μmgcosθ，故μ<tanθ7\n，故AB错误；若要使物块在平行于斜面向上的拉力F的作用下沿斜面匀速上滑，由平衡条件有：F-mgsinθ-μmgcosθ=0故F=mgsinθ+μmgcosθ，若μ=tanθ，则mgsinθ=μmgcosθ，即F=2mgsinθ故C项正确；若要使物块在平行于斜面向下的拉力F作用下沿斜面向下匀速滑动，由平衡条件有：F+mgsinθ-μmgcosθ=0则F=μmgcosθ-mgsinθ若μ=tanθ，则mgsinθ=μmgcosθ，即F=0，故D项错误。小结：对物体受力分析需要准确抓住状态，因为状态变化受力可能也不同。三、运动分析和受力分析的综合应用整个高中物理的主干知识，几乎可以用运动分析和受力分析把它们给贯穿起来，下面通过具体例子来加深了解。（一）运动分析和受力分析在曲线运动的应用物体做曲线运动的条件是：物体所受合力的方向与运动方向不在同一直线上。从物体做曲线运动的条件就可以看出了力和运动的关系。例:如图所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心OO′转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R和H，筒内壁A点的高度为筒高的一半。内壁上有一质量为m的小物块。求①当筒不转动时，物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小；②当物块在A点随筒做匀速转动，且其受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度。解析①当筒不转动时，物块静止在筒壁A点时受到的重力、摩擦力和支持力三力作用而平衡，由平衡条件得摩擦力的大小支持力的大小②当物块在A点随筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，物块在筒壁A点时受到的重力和支持力作用，它们的合力提供向心力，设筒转动的角速度为有由几何关系得联立以上各式解得小结：各种特殊曲线运动都要满足一定的受力条件。7\n（一）运动分析和受力分析在牛顿运动定律中的应用牛顿运动定律阐述的是物体运动和受力的关系，所以牛顿运动定律是整个经典物理学的基石。例:航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m=2㎏，动力系统提供的恒定升力F=28N。试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。（1）第一次试飞，飞行器飞行t1=8s时到达高度H=64m。求飞行器所阻力f的大小；（2）第二次试飞，飞行器飞行t2=6s时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。求飞行器能达到的最大高度h；（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3。解析：（1）第一次飞行中，设加速度为匀加速运动由牛顿第二定律解得（2）第二次飞行中，设失去升力时的速度为，上升的高度为匀加速运动设失去升力后的速度为，上升的高度为由牛顿第二定律7\n解得（3）设失去升力下降阶段加速度为；恢复升力后加速度为，恢复升力时速度为由牛顿第二定律F+f-mg=ma4且V3=a3t3解得t3=(s)(或2.1s)小结：应用牛顿运动定律解题，运动分析和受力分析成了唯一线索。（一）运动分析和受力分析在机械能、动量中的应用机械能和动量解题需要将整个经典力学的知识综合运用起来，题目往往比较复杂。但是如果能够把握好运动分析和受力分析这两大主线，可以将复杂问题简单化。例:如图所示，质量m1=0.3kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L=15m,现有质量m2=0.2kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0=2m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数=0.5,取g=10m/s2，求（1）物块在车面上滑行的时间t;（2）要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v′0不超过多少。解析：本题考查摩擦拖动类的动量和能量问题。涉及动量守恒定律、动量定理和功能关系这些物理规律的运用。（1）设物块与小车的共同速度为v，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有设物块与车面间的滑动摩擦力为F，对物块应用动量定理有7\n②其中③解得代入数据得④（2）要使物块恰好不从车厢滑出，须物块到车面右端时与小车有共同的速度v′，则⑤由功能关系有⑥代入数据解得=5m/s故要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车的速度v0′不能超过5m/s。小结：物体的能、量状态，与运动和力也有密切关系。（一）运动分析和受力分析在电场中的应用在高中阶段对于电、磁的学习，主要也是从运动和力方面来学习的，只不过是再增加几种性质的力而已。例:图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线。两粒子M、N质量相等，所带电荷的绝对值也相等。现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点。若不计重力，则A.M带负电荷，N带正电荷B.N在a点的速度与M在c点的速度大小相同C.N在从O点运动至a点的过程中克服电场力做功D.M在从O点运动至b点的过程中，电场力对它做的功等于零7\n答案：BD①解析：本题考查带电粒子在电场中的运动.图中的虚线为等势线,所以M点从O点到b点的过程中电场力对粒子做功等于零,D正确.根据MN粒子的运动轨迹可知N受到的电场力向上M受到的电场力向下,电荷的正负不清楚但为异种电荷.A错.o到a的电势差等于o到c的两点的电势差,而且电荷和质量大小相等,而且电场力都做的是正功根据动能定理得a与c两点的速度大小相同,但方向不同,B对。7