高三物理第二讲：力和直线运动.doc

板块一：力和运动第二讲：力和直线运动一、课堂精讲：题型一、图象问题例1．摩托车在平直公路上从静止开始起动，a1=1.6m/s2，稍后匀速运动，然后减速，a2=6.4m/s2，直到停止，共历时130s，行程1600m。试求：（1）摩托车行驶的最大速度vm（2）若摩托车从静止起动，a1、a2不变，直到停止，行程不变，所需最短时间为多少？v/m·s－1vm＇0t/s130a1a2tmin解析：（1）如图所示，利用推论vt2-v02=2as有：+（130-）vm+=1600.其中a1=1.6m/s2,a2=6.4m/s2.解得：vm=12.8m/s（另一解舍去）.(2)行程不变，则图象中面积不变，当v越大则t越小，如图所示.设最短时间为tmin，则tmin=①=1600②其中a1=1.6m/s2,a2=6.4m/s2.由②式解得vm=64m/s，故tmin=.即最短时间为50s.方法探究：本题要求考生对摩托车的运动过程有清晰的认识，包含了匀变速度直线和匀速直线运动，运动过程较复杂，但应用位移图象直观地解释摩托车的运动情景，对于第2问，更直观有效．例2．空间探测器从某一星球表面竖直升空，已知探测器质量为500kg（设为恒量），发动机推力为恒力，探测器升空后发动机因故障而突然关闭，如图1-2-2所示是探测器从升空到落回星球表面的速度—时间图像，则由图像可判断该探测器在星球表面所能达到的最大高度是多少？发动机工作的推力又为多少？解析本题是根据图像来表达有关已知条件的。正确理解v-t图像各段斜率、各转折点、各块面积的含义是解答本题的关键。由图可知，空间探测器在t1=8秒时具有最大即时速度，t2=24秒时才达到最大高度，且其最大高度为图像中△OAB的面积，即hmax=×24×40m=480m空间探测器在8秒内在推动和星球重力作用下加速上升，在8秒后部只在星球重力作用下减速上升和加速回落。第一阶段加速度a1=ms-2=5ms-2第二、三阶段加速度等为a2==-2.5ms-2据牛顿第二定律，第一阶段F-mg星=ma1①第二、三阶段-mg星=ma2②由①②得：F=m(a1-a2)=500×7.5N=375N说明运动过程的表达有多种方式，其中用图像和数据表达是最常见的两种方式，但都得转化为对运动过程的描述。再结合各阶段的受力分析应用牛顿运动定律建立力和运动的因果关系。题型二、变力作用下问题例3．一电子在如图所示按正弦规律变化的外力作用下由静止释放，则物体将：A、作往复性运动B、t1时刻动能最大C、一直朝某一方向运动D、t1时刻加速度为负的最大。解析：电子在如图所示的外力作用下运动，根据牛顿第二定律知，先向正方向作加速度增大的加速运动，历时t1；再向正方向作加速度减小的加速运动，历时(t2-t1)；(0～t2)整段时间的速度一直在增大。紧接着在(t2～t3)的时间内，电子将向正方向作加速度增大的减速运动，历时(t3～t2)；(t3～t4)的时间内，电子向正方向作加速度减小的减速运动，根据对称性可知，t4时刻的速度变为0（也可以按动量定理得，0～t4时间内合外力的冲量为0，冲量即图线和坐标轴围成的面积）。其中（0～t2）时间内加速度为正；(t2～t4)时间内加速度为负。正确答案为：C。答案：C误点警示：公式中F、间的关系是瞬时对应关系，一段时间内可以是变力；而公式或只适用于匀变速运动，但在变加速运动中，也可以用之定性地讨论变加速运动速度及位移随时间的变化趋势。思考：上题中，如果F-t图是余弦曲线如图所示，则情况又如何？如果F-t图是余弦曲线，则答案为A、B。题型三、追及与相遇问题例4．一列货车以28.8km/h的速度在平直铁路上运行，由于调度失误，在后面600m处有一列快车以72km/h的速度向它靠近。快车司机发觉后立即合上制动器，但快车要滑行2000m才停止.试判断两车是否会相碰.解析：两车速度相等恰追及前车，这是恰不相碰的临界情况，因此只要比较两车等速时的位移关系，即可明确是否相碰.因快车减速运动的加速度大小为：故快车刹车至两车等速历时：该时间内两车位移分别是：因为s快＞s货+s0=1560m,故两车会发生相撞.知识链接：运动物体的追赶、相遇问题，一般解法较多：解析法、图象法、极值法等，平时训练仍应以物理意义突出的解析法为主。分析题目中所涉及的“相距最远”、“相距最近”、“恰好不相碰”等临界问题，总结出临界状态的特点，找出临界条件。题型四、STS问题例5．“神舟”五号飞船完成了预定的空间科学和技术实验任务后返回舱开始从太空向地球表面按预定轨道返回，返回舱开始时通过自身制动发动机进行调控减速下降，穿越大气层后，在一定的高度打开阻力降落伞进一步减速下落，这一过程中若返回舱所受空气摩擦阻力与速度的平方成正比，比例系数（空气阻力系数）为k，所受空气浮力恒定