1、2011高考物理热点分析与预测专题2牛顿定律及其应用一、2011大纲解读： 1、知道机械运动、质点、参考系的概念，能在具体物理问题中正确使用质点模型。2、能区分位移与路程，理解位移的矢量性。3、理解速度的概念，知道速度和速率的区别，掌握匀速直线运动的条件、规律，理解图象的物理意义并能应用图象解决实际问题。4、能用平均速度公式求解、判断实际问题，能正确区分平均速度与瞬时速度。5、掌握加速度的定义和内涵，能结合实际、灵活运用匀变速直线运动的规律及推论解决问题，会运用图象分析问题。6、理解牛顿第一定律，理解惯性，了解伽利略的理想实验方法。7、理解牛顿第三定律，能正确区分作用力、反作用力和平衡力。8、
2、掌握牛顿第二定律并能正确应用于实际问题，了解牛顿运动定律的适用范围和局限性。（不要求求解加速度不同的连接体问题）二、重点剖析：本专题重点有：1、速度、位移、加速度的矢量性及运算公式的运用。2、直线运动中的追及问题，特别要注意追及问题中的临界条件。3、利用图象（s-t、v-t），从速度、位移的角度分析运动的物理过程并处理相关问题。4、灵活运用牛顿第二定律和运动学公式分析解决问题。5、电荷在匀强电场、匀强磁场、电磁场及复合场中的直线运动问题的处理。本专题难点有：1、运用运动学图象处理实际问题。2、综合运用牛顿第二定律和运动学公式处理复杂过程问题。本专题的知识网络如图2-1。三、考点透视：1、质点、
3、参考系、位移和路程【例1】关于质点及其位移和路程的说法中正确的是 （ ）A. 位移是矢量，位移的方向即质点运动的方向B. 不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距相比甚小时，就可以看成质点C.只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点D. 物体通过的路程不等，位移可能相同解析：一个实际物体能否看成质点，跟它体积的绝对大小、质量的多少以及运动速度的高低无关，决定于物体的尺寸与物体间距相比的相对大小.例如，地球可称得上是个庞然大物，其直径约为1.28107 m，质量达到61024kg，在太空中绕太阳运动的速度每秒几百米.由于其直径与地球离太阳的距离（约1.51011m）相比甚小
4、，因此在研究地球的公转运动时，完全可以忽略地球的形状、大小及地球自身的运动，把它看成一个质点.位移是表示物体位置变化的物理量，它是矢量，其方向由质点初位置指向末位置，其大小是连接质点始、末位置线段的长度。路程是指质点所通过的实际轨迹的长度，它只有大小，没有方向，是标量。答案：BD2、加速度、速度、平均速度【例2】加速度是联系力和运动的桥梁,以下关于加速度的说法中正确的是（ ）A.由a=v/t可知, 加速度应该是由速度的变化来决定的 B.由a=v/t可知,速度的变化快慢应该是由加速度来决定的C.由F=ma可知,力是由加速度来决定的D.由a=F/m可知，加速度是由力来决定的解析：A、B两个选项涉及
5、到加速度的定义式，表达了加速度是描述速度变化快慢的物理量，故加速度的大小决定了速度变化的快慢，A错B对，对C选项，力是产生加速度的原因，有什么样的力就有什么样的加速度，C错，对D选项，对于同一物体，受到不同的力可以产生不同的加速度，表明加速度是由力来决定的，D对。答案：BD3、s-t、v-t图象【例3】甲、乙两人在长为L=84m的水池里沿直线来回游泳，甲的速率为V1=1.4m/s，乙的速率为V2=0.6m/s，他们同时分别从水池的两端出发，来回共游了t=25min时间，如果不计转向的时间，那么在这段时间内他们共相遇了几次？若他们同时从同一端出发，那么在上述时间内，他们共相遇了几次？解：设甲、乙
6、二人从游泳池的一端游到另一端所用时间分别为T1、T2，则T1=， T2=比较T1、T2可得7 T1 =3T2，所以经14 T1（或6 T2）即14min时间甲、乙第一次同时回到各自的出发点。以甲的出发点为位移参考点（1）甲、乙二人同时分别从游泳池的两端出发，则甲、乙二人的位移时间图线分别如图2-2中实线和虚线所示。在025min时间内两图象的交点的个数即为甲、乙二人的相遇次数。由图象可得，在014min时间内二人相遇14次，由于14min时两人同时回到各自的出发点，故14min25min时间内二人重复011min时间内的运动，相遇11次，所以25min时间内二人共相遇25次。（2）若甲、乙二人
7、同时从同一端出发，用图象法亦可求得二人在25min时间内共相遇21次。甲、乙二人的位移时间图线分别如图2-3中实线和虚线所示（解答过程不再累述）。点拨：本题中由于甲、乙二人都在往复运动，用解析的方法求解相遇次数，解答过程相当繁琐，且易出错。若作出二人运动的位移时间图象，用图象法求解，则简洁明了。【例4】一物体做加速直线运动，依次通过A、B、C三点，AB=BC。物体在AB段加速度为a1，在BC段加速度为a2，且物体在B点的速度为，则 （ ）Aa1 a2 Ba1= a2 Ca1 a2 D不能确定解析：依题意作出物体的v-t图象，如图所示。图线下方所围成的面积表示物体的位移，由几何知识知图线、不满足
8、AB=BC。只能是这种情况。因为斜率表示加速度，所以a12r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 设v0为A球的初速度,则由匀加速运动公式得 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
9、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=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）。图1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
10、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：14.34NF33.6N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4、如图所示，沿水平方向放置一条平
11、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：球B刚进入电场时，带电系统的速度大小；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： 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
12、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。 （1）带电系统开始运动时，设加速度为a1，由牛顿第二定律：= 球B刚进入电场时，带电系统的速度为v1，有： 由求得： （2）设球B从静止到刚进入电场的时间为t1，则： 将代入得： 球B进入电场后，带电系统的加速度为a2，由牛顿第二定律： 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： 求得： 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： 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： 求得： 由可知，带电系统从静止到速度第一次为
13、零所需的时间为： 球A相对右板的位置为： 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。五、能力突破： 例1、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
14、物体有可能不受底部支持力而“飘起来”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2、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
15、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： 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： 小球的位移： 小车的位移： 又：s1s2=L 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
16、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 又：， 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3、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
17、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Mm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mM时，该解给出,这符合预期的结果，说明该解可能是对的反思：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
18、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4、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。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，且tan。现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：圆环A的最大加速度及此时的速度分别为多大?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
19、am，且am=gsin 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。六、规律整合：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
20、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。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。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。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。5、利用速度图象，从速度、位移的角度分析运动的物理过
21、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。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。七、高考预测：从近年来的高考来看，2010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。2实验题。近几年本专题实验主要考查加速度的测量及牛顿第二定律，另外“探究加速度与力和质量的关系”的实验有好几年没有列入高考中，而新教材中专门列出一节的内容。这一重大变化，应引起大家足够的重视。3计算题。牛顿运动定律及其应用历年高考的必考内容。近年这部分内容的考查更趋向于对考生分析问题、应用知识的能力以及牛顿运动定律与运动学等知识的综合问题。