2021年高三物理测试题分析——牛顿第二定律的应用

一、单项选择题

第1题考察板块模型,当作用在木块上的力增大时,计算木板的最大加速度。当木块对木板的摩擦力达到最大9N时,地面对木板的摩擦力为5N,木板匀加速运动,可以计算出木板的加速度最大。

第2题考察连接体的内力,这种类型题要先后用整体法与隔离法运用牛顿第二定律。以共同加速度为联系,计算出内力大小。

第3题具体要明确弹簧不发生突变,弹簧上两个链接的物体运动状态相同,再次整体法运用牛顿第二定律计算出整体的加速度。这里要特别想到两个物体状态相同,加速度相同。在应用牛顿第二定律时,一定要想到弹簧不发生突变、要用整体法分析。

第4题考察的情形跟第2题一样,都是对连接体分别应用整体法、隔离法计算出内力大小。

第5题考察速度图像,判断加速度大小与超失重情况,只要明确速度方向与速度变化情况,从而判断出加速度的方向,进一步判断出超失重状态。

第6题是常常考察的“阿特伍德机”,这也是常常出现在力学实验中探究机械能守恒的装置。这还是连接体问题,还是用整体法与隔离法应用牛顿第二定律,求出内力与加速度。也就是说,不管什么装置、什么情形,只要运动状态相同,就可以看成整体,就用整体法与隔离法求解。

第7题考察斜面体模型,此题物块加速下滑,斜面体静止,应该说不能够看成整体。根据隔离法,计算出摩擦因素;根据木块加速运动,处于失重状态,则对斜面体的压力比正常的小,所以地面对斜面体的支持力小于整体的重力,总之不能看成整体,支持力不等于整体的重力;地面对斜面体的摩擦力方向与大小,这题一般按照隔离斜面体进行受力分析,它受到重力、地面的支持力、木块的压力与斜面向下的摩擦力,根据几个关系、三角函数、平衡条件计算出摩擦力的方向与大小,但这样做会涉及多个力的受力与计算,会显得很复杂而容易出错;当然摩擦力的方向与大小还可以很巧妙的计算,因为知道木块的加速度,可以算出水平方向的加速度大小,从而计算出木块水平方向受到的合力,这个力是斜面体给的,根据反作用力,木块对斜面体的作用力相反方向,大小相等,再根据斜面体静止状态,判断出地面对斜面体的摩擦力方向相反,大小也相等。

第8题同样考察有弹簧的连接体问题,注意弹簧不会发生突变,弹力等于A的重力,放上的瞬间,A、B看成整体,还是用整体法与隔离法列出牛顿第二定律方程,从而计算出加速度与内力大小;当整体下降时,经历加速下降,失重状态,然后是整体的重力等于弹力,加速度为零,接着是减速下降,超重状态。所以等于重力时,速度最大,加速度为零,而B受到的支持力先小于重力,再等于重力,最后就是大于重力,支持力一直增大,即压力一直增大。

第9题考察物体压缩竖直弹簧时能量的转化过程,需要看懂动能与高度的图像,比如最高点表示速度最大,也就是加速度为零,重力等于弹力,从而计算出形变量;又比如从某点到某点,求解弹性势能的大小,根据能量转化关系,重力势能转化为动能与弹性势能,只要明确动能的关系,就能知道弹性势能的大小。

第10题考察在拉力均匀减少时物体的运动情况。首先要看懂摩擦力的图像,在前3s内物体做变加速运动,摩擦力为滑动摩擦,大小恒定,从而计算出摩擦因素;然后根据外力计算出某时刻的加速度;后面阶段摩擦力随时间均匀减小,说明物体静止,受到静摩擦力。这题还是比较简单的,主要就是读懂图像。

第11题同样考察连接体问题,此题整体加速下滑,同样使用常用的方法,先整体法分析计算出加速度,再隔离法计算出内力也就是摩擦力,当然这里复杂一点,因为不知道摩擦力方向,所以都是采取假设的方法,看结果是否符合实际情况,如果符合说明假设成立。

二、多项选择题

第12题跟第1题类似,都是讲板块模型,但讨论的过程更多,显得更复杂。水平外力作用在木块上,当两物体刚好都不移动时,则外力对木块的最小拉力是2mg,而木板的最小力是mg,联立得到外力小于mg时,两物体静止;当两物体刚好滑动时,用整体法与隔离法计算出外力为3;同时意味着外力介于与之间时,两物体一起做加速运动。所以A错,B用整体法可以计算出加速度,同时计算出木板的最大加速度。

也就是说,这种情形的板块模型有三个过程,先是都静止,然后是一起加速运动,最后是相对运动,判断方法如题分析。

第13题借助斜面体考察连接体问题。根据第一次得出两个物体的质量关系,对第二次应用整体法联立方程可以解出整体的加速度大小;再隔离物体,运用牛顿第二定律计算出内力即拉力大小。解这些题主要是思路要清晰,方法要想到,当然即便方法对了,也要很认真细致地算出结果,因为这些计算繁琐,容易出错,需要谨慎的态度才不容易出错。

第14题考察连接体情形下物体的受力情况,还是涉及弹簧的多过程问题。首先想到两物体间有压力,可以看成整体,所以根据整体法分析F与x成一次函数关系,A受到的合力恒定;当两物体分开时,B物体匀加速运动,F恒定,而根据牛顿第二定律得出A物体与x为一次函数关系。

总之,对于连接体问题,运用整体法分析可以大大减少计算量,正确率也很高。

第15题考察有弹簧情况下的连接体问题,根据初始状态可以得出弹簧的形变量,从而判断出物体分离时弹簧是否为原长,同时得出劲度系数。根据整体法分析整体的加速度,由于受到弹簧的变力,因此两物体做变加速直线运动。

纵观整张试卷,不难总结方法,就是当看到连接体问题时,首先要用整体法分析。

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