2020版高考物理总复习3第3讲牛顿运动定律的综合应用教案新人教版.docx

第3讲牛顿运动定律的综合应用一、超重和失重1实重和视重(1)实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关。(2)视重：测力计所指示的数值。2超重、失重和完全失重比较类别超重现象失重现象完全失重概念物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象产生条件物体的加速度方向向上物体的加速度方向向下物体的加速度方向向下，大小ag列原理式FmgmaFm(ga)mgFmaFm(ga)mgFmgF0运动状态加速上升、减速下降加速下降、减速上升无阻力的抛体运动情况；绕地球匀速圆周运动的卫星二、整体法和隔离法1整体法当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体，分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法。2隔离法当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中隔离出来，分析其受力和运动情况，再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法。3外力和内力如果以物体系统为研究对象，受到系统之外的物体的作用力，这些力是该系统受到的外力，而系统内各物体间的相互作用力为内力。应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力。如果把某物体隔离出来作为研究对象，则内力将转换为隔离体的外力。 (判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1超重是物体的重力变大的现象。()2处于完全失重状态时，物体的重力消失了。()3物体处于超重状态时，加速度方向向上，速度方向也向上。()4整体法和隔离法是指选取研究对象的方法。()5应用整体法分析物体受力时，必须分析其内力。()1(超重和失重)(多选)如图所示，小球A放在真空容器B内，小球的直径恰好等于正方体B的边长，将它们以初速度v0竖直上抛，A、B一起上升的过程中，下列说法正确的是()A若不计空气阻力，A、B间一定没有弹力B若不计空气阻力，A、B间一定有弹力C若考虑空气阻力，A对B的上板一定有压力D若考虑空气阻力，A对B的下板一定有压力解析若不计空气阻力，整体做竖直上抛运动，处于完全失重状态，则A对B没有压力，B对A也没有支持力，A项正确，B项错误；若考虑空气阻力，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得：上升过程加速度大于g，再以球A为研究对象，根据牛顿第二定律分析：A受到的合力大于重力，A除受到重力外，还应受到向下的压力。因此B对A的压力向下，即A对B的上板一定有压力，C项正确，D项错误。答案AC2.(整体法和隔离法)如图，粗糙的水平地面上有三块材料完全相同的木块A、B、C，质量均为m, B、C之间用轻质细绳连接。现用一水平恒力F作用在C上，三者开始一起做匀加速运动，运动过程中把一块橡皮泥粘在某一木块上面，系统仍加速运动，且始终没有相对滑动，则在粘上橡皮泥并达到稳定后，下列说法正确的是()A若粘在A木块上面，绳的拉力不变B若粘在A木块上面，绳的拉力减小C若粘在C木块上面，A、B间摩擦力增大D若粘在C木块上面，绳的拉力和A、B间摩擦力都减小解析若粘在A木块上面，以C为研究对象，受F、摩擦力mg、绳子拉力T，FmgTma，a减小，F、mg不变，所以，T增大，A、B两项错误；若粘在C木块上面，a减小，A的摩擦力减小，以AB为整体，有T2mg2ma，T减小，C项错误，D项正确。答案D考点1超重和失重现象考|点|速|通1不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变。2物体是否处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关，决定于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的重要方法之一。3当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生ag的加速度效果，不再有其他效果。此时一切由重力产生的物理现象都会消失，如天平失效、液体不再产生压强和浮力等。典|例|微|探【例1】(多选)某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490 N。他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t2时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的vt图可能是(取电梯向上运动的方向为正)()解析t0t1时间内，弹簧秤的示数小于人的重力，人处于失重状态，有向下的加速度，t1t2时间内，弹簧秤的示数等于人的重力，人处于静止或匀速运动状态，t2t3 时间内，弹簧秤的示数大于人的重力，人处于超重状态，综上，A、D两项正确，B、C两项错误。答案AD判断物体处于超重还是失重状态的方法1从受力的角度判断：当物体受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。2从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。3从速度变化的角度判断：物体向上加速或向下减速运动时，处于超重状态；物体向下加速或向上减速运动时，处于失重状态。 题|组|冲|关1(多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力()At2 s时最大 Bt2 s时最小Ct8.5 s时最大 Dt8.5 s时最小解析人受重力mg和支持力FN的作用，由牛顿第二定律得FNmgma。由牛顿第三定律得人对地板的压力FNFNmgma。当t2 s时a有最大值，FN最大；当t8.5 s时，a有向下的最大值，FN最小，A、D两项正确。答案AD2.如图所示，将物体A放在容器B中，以某一速度把容器B竖直上抛，不计空气阻力，运动过程中容器B的底面始终保持水平，下列说法正确的是()A在上升和下降过程中A对B的压力都一定为零B上升过程中A对B的压力大于物体A受到的重力C下降过程中A对B的压力大于物体A受到的重力D在上升和下降过程中A对B的压力都等于物体A受到的重力解析不计空气阻力，把容器B竖直上抛，物体处于完全失重状态，在上升和下降过程中A对B的压力都一定为零，A项正确。答案A考点2连接体问题考|点|速|通连接体问题涉及多个物体的运动，各物体既相互独立，又通过内力相互联系。常见的有两种情况：1同一方向的连接体问题：这类问题通常具有相同的加速度，解题时一般采用先整体后隔离的方法。2不同方向的连接体问题：由跨过定滑轮的绳相连的两个物体，不在同一直线上运动，加速度大小相等，但方向不同，也采用整体法或隔离法求解。典|例|微|探【例2】如图所示，质量分别为m和2m的两个小球置于光滑水平面上，且固定在一轻质弹簧的两端，已知弹簧的原长为L，劲度系数为k。现沿弹簧轴线方向在质量为2m的小球上施加一水平拉力F，使两球一起做匀加速运动，则此时两球间的距离为()A. B. CLDL解析两个小球一起做匀加速直线运动，加速度相等，对系统受力分析，由牛顿第二定律可得F(m2m)a，对质量为m的小球作水平方向受力分析，由牛顿第二定律和胡克定律可得kxma，则此时两球间的距离为LLxL，C项正确。答案C1处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的思路是先用整体法求加速度，再用隔离法求物体间的作用力。2隔离法分析物体间的作用力时，一般应选受力个数较少的物体进行分析。 题|组|冲|关1如图所示，两粘连在一起的物块a和b，质量分别为ma和mb，放在光滑的水平桌面上，现同时给它们施加方向如图所示的水平推力Fa和水平拉力Fb，已知FaFb，则a对b的作用力()A必为推力B必为拉力C可能为推力，也可能为拉力D不可能为零解析将a、b看做一个整体，加速度a，单独对a进行分析，设a、b间的作用力为Fab，则a，即Fab，由于不知道ma与mb的大小关系，故Fab可能为正，可能为负，也可能等于0。答案C2(2019重庆合川区四校联考)(多选)在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩链接好的车厢。当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车厢以大小为a的加速度向西行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小仍为F。不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为()A8 B10C15 D18解析设挂钩P、Q东边的车厢数为k，西边的车厢数为l，每节车厢的质量为m，则以大小为a的加速度向东行驶时，Flma；以大小为a的加速度向西行驶时，Fkma；解得，两边车厢数分别为：3和2；6和4；9和6等等，其车厢总数为：5、10、15等等。故B、C两项正确，A、D两项错误。答案BC考点3动力学的临界问题考|点|速|通1临界或极值条件的标志(1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，即表明题述的过程存在着临界点。(2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往对应临界状态。(3)若题目中有“最大”“最小”“最多”“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点。(4)若题目要求“最终加速度”“稳定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度。2求解临界极值问题的三种常用方法(1)极限法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的。(2)假设法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题。(3)数学方法：将物理过程转化为数学公式，根据数学表达式解出临界条件。典|例|微|探【例3】(多选)如图所示，在光滑水平面上放着紧靠在一起的A、B两物体，B的质量是A的2倍，B受到向右的恒力FB2 N，A受到的水平力FA92t(N)(t的单位是s)。从t0开始计时，则()AA物体在3 s末的加速度是初始时刻的Bt4 s后，B物体做匀加速直线运动Ct4.5 s时，A物体的速度为零Dt4.5 s后，A、B的加速度方向相反解析对于A、B整体据牛顿第二定律有FAFB(mAmB)a，设A、B间的作用力为FN，则对B根据牛顿第二定律可得FNFBmBa，解得FNmBFB (N)，当t4 s时FN0，A、B两物体开始分离。此后B做匀加速直线运动，而A做加速度逐渐减小的加速运动，当t4.5 s时A物体的加速度为零而速度不为零。t4.5 s后，A所受合外力反向，即A、B的加速度方向相反。当t4 s时，A、B的加速度均为a。综上所述，选项A、B、D三项正确。答案ABD1两接触的物体分离之前的速度和加速度均相同。2两物体分离瞬间的速度和加速度仍然相同，但物体间的相互作用力为零。 题|组|冲|关1.一根劲度系数为k，质量不计的轻弹簧上端固定，下端系一质量为m的物体，有一水平木板将物体托住，并使弹簧处于自然伸长状态，如图所示。现让木板由静止开始以加速度a(ag)匀加速向下运动，经过多长时间木板开始与物体分离()A. B. C. D. 解析取竖直向下为正方向，当物体与木板分离时，物体与木板间无弹力作用，且加速度为a。设此时物体的位移为x，由牛顿第二定律得mgkxma，因物体与木板分离前做匀加速运动，所以有xat2，由以上两式解得t ，B项正确。答案B2(多选)一足够长的轻质绸带置于光滑水平地面上，绸带上放着质量分别为mA1 kg和mB2 kg的A、B两物块，A、B与绸带之间的动摩擦因数都为0.2，水平恒力F作用在A物块上，如图所示(重力加速度g取10 m/s2)，若A、B与绸带之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则当F逐渐增大时，A、B的加速度aA和aB随F变化的图象正确的是()解析当F较小时，A、B和绸带一起以相同的加速度运动，即aAaB，当A与绸带间开始发生相对滑动，此时fAmAg2 N，aA，aB，且aAaB，解得F3 N，aAaB1 m/s2；F继续增大，而B所受的摩擦力不变，恒为fA2 N，加速度为aB1 m/s2，A的加速度与F满足关系aAF2，综上所述只有B、D两项正确。答案BD “滑块木板”和“传送带”模型1“滑块木板”模型(1)模型特点：滑块置于长木板上，滑块和木板均相对地面运动，且两者在摩擦力作用下发生相对滑动。(2)两种位移关系：滑块从木板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和木板向同一方向运动，则滑块的位移和木板的位移之差等于木板的长度；若滑块和木板向相反方向运动，则滑块的位移和木板的位移之和等于木板的长度。【经典考题1】如图所示，质量M1 kg的木板A静止在水平地面上，在木板的左端放置一个质量m1 kg的铁块B(大小可忽略)，铁块与木块间的动摩擦因数10.3，木板长L1 m，用F5 N的水平恒力作用在铁块上，g取10 m/s2。(1)若水平地面光滑，计算说明铁块与木板间是否会发生相对滑动。(2)若木板与水平地面间的动摩擦因数20.1，求铁块运动到木板右端所用的时间。解析(1)A、B之间的最大静摩擦力为fm1mg0.3110 N3 N，假设A、B之间不发生相对滑动，则对A、B整体：F(Mm)a，对A：fABMa，解得fAB2.5 N，因fABfm，故A、B之间不发生相对滑动。(2)对B：F1mgmaB，对A：1mg2(Mm)gMaA，据题意xBxAL，xAaAt2；xBaBt2，解得t s。答案(1)不会(2) s2“传送带”模型(1)水平传送带问题：求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断。判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度与传送带的速度，也就是分析物体在运动位移x(对地)的过程中速度是否和传送带速度相等。物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻。(2)倾斜传送带问题：求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况，从而确定其是否受到滑动摩擦力作用，如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况。当物体速度与传送带速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变。【经典考题2】(多选)如图所示，水平传送带A、B两端相距x4 m，以v04 m/s的速度(始终保持不变)顺时针运转，今将一小煤块(可视为质点)无初速度地轻放置在A端，由于煤块与传送带之间有相对滑动，会在传送带上留下划痕。已知煤块与传送带间的动摩擦因数0.4，重力加速度大小g取10 m/s2，则煤块从A运动到B的过程中()A煤块从A运动到B的时间是2.25 sB煤块从A运动到B的时间是1.5 sC划痕长度是0.5 mD划痕长度是2 m解析根据牛顿第二定律，煤块的加速度a4 m/s2，煤块运动到速度与传送带速度相等时的时间t11 s。位移大小x1at2 mx，此后煤块与传送带以相同的速度匀速运动直至B端，所以划痕长度即为煤块相对于传送带的位移大小，即xv0t1x12 m，D项正确，C项错误；x2xx12 m，匀速运动的时间t20.5 s，运动的总时间tt1t21.5 s，B项正确，A项错误。答案BD必|刷|好|题1有一项“快乐向前冲”的游戏可简化如下：如图所示，滑板长L1 m，起点A到终点线B的距离s5 m。开始时滑板静止，右端与A平齐，滑板左端放一可视为质点的滑块，对滑块施一水平恒力F使滑板前进。板右端到达B处冲线，游戏结束。已知滑块与滑板间动摩擦因数0.5，地面视为光滑，滑块质量m12 kg，滑板质量m21 kg，重力加速度g取10 m/s2，求：(1)滑板由A滑到B的最短时间；(2)为使滑板能以最短时间到达，水平恒力F的取值范围。解析(1)滑板一直加速时，所用时间最短。设滑板加速度为a2，由牛顿第二定律得m1gm2a2，由运动学规律得sa2t2，代入数据解得t1 s。(2)刚好相对滑动时，水平恒力最小，设为F1，此时可认为二者加速度相等，F1m1gm1a2，F130 N。当滑板运动到B点，滑块刚好脱离时，水平恒力最大，设为F2，设滑块加速度为a1，F2m1gm1a1，a1t2a2t2L，F234 N。则水平恒力大小范围是30 NF34 N。答案(1)1 s(2)30 NF34 N2(2019衡阳八中月考)如图所示，为一传送货物的传送带abc，传送带的ab部分与水平面夹角37，bc部分与水平面夹角53，ab部分长为4.7 m，bc部分长为7.5 m。一个质量为m1 kg的物体A(可视为质点)与传送带间的动摩擦因数0.8。传送带沿顺时针方向以速率v1 m/s匀速转动。若把物体A轻放到a处，它将被传送带送到c处，此过程中物体A不会脱离传送带。(sin370.6，sin530.8，g10 m/s2)求物体A从a处被传送到c处所用的时间。解析物体A在传送带ab上相对滑动时，由牛顿第二定律得mgcosmgsinma，解得a10.4 m/s2，物体与传送带速度相等时，运动时间为t12.5 s，位移：s1 m1.25 msab，在ab部分做匀速运动的运动时间为t2 s3.45 s。由于mgsinmgcos，所以物体沿传送带bc部分匀加速运动到c点，物体A在传送带bc部分匀加速下滑，由牛顿第二定律得滑动的加速度为a2gsingcos3.2 m/s2，设在bc部分运动的时间为t3，由匀变速运动位移公式得sbcvt3a2t，代入数据解得t31.875 s。物体A从a处被传送到c处所用的时间为tt1t2t37.825 s。答案7.825 s1(2017全国卷)如图，两个滑块A和B的质量分别为mA1 kg 和mB5 kg，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为10.5；木板的质量为m4 kg，与地面间的动摩擦因数为20.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动，初速度大小均为v03 m/s。A、B相遇时，A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g10 m/s2。求：(1)B与木板相对静止时，木板的速度；(2)A、B开始运动时，两者之间的距离。解析(1)滑块A和B在木板上滑动时，木板也在地面上滑动。设A、B和木板所受的摩擦力大小分别为f1、f2和f3，A和B相对于地面的加速度大小分别为aA和aB，木板相对于地面的加速度大小为a1。在物块B与木板达到共同速度前有f11mAg，f21mBg，f32(mmAmB)g，由牛顿第二定律得f1mAaA，f2mBaB，f2f1f3ma1，设在t1时刻，B与木板达到共同速度，其大小为v1。由运动学公式有v1v0aBt1，v1a1t1，联立式，代入已知数据得v11 m/s。(2)在t1时间间隔内，B相对于地面移动的距离为sBv0t1aBt，设在B与木板达到共同速度v1后，木板的加速度大小为a2。对于B与木板组成的体系，由牛顿第二定律有f1f3(mBm)a2，由式知，aAaB；再由式知，B与木板达到共同速度时，A的速度大小也为v1，但运动方向与木板相反。由题意知，A和B相遇时，A与木板的速度相同，设其大小为v2。设A的速度大小从v1变到v2所用时间为t2，则由运动学公式，对木板有v2v1a2t2，对A有v2v1aAt2，在t2时间间隔内，B(以及木板)相对地面移动的距离为s1v1t2a2t，在(t1t2)时间间隔内，A相对地面移动的距离为sAv0(t1t2)aA(t1t2)2，A和B相遇时，A与木板的速度也恰好相同。因此A和B开始运动时，两者之间的距离为s0sAs1sB，联立以上各式，并代入数据得s01.9 m(也可用如图的速度时间图线求解)答案(1)1 m/s(2)1.9 m2(2019山西康杰中学月考)如图所示，一个质量为m15 kg 的小号粮食麻袋，从离地面高h16 m的天花板自由下落，一辆运粮平板车正沿着下落点正下方所在的平直路面以v06 m/s的速度匀速前进。已知麻袋开始自由下落时，平板车前端恰好运动到距离下落点正下方s3 m处，该平板车总长L7 m，平板车板面离地面高h21 m，麻袋可看做质点，不计空气阻力。假定麻袋落到板面后不弹起，在麻袋落到板面的瞬间，平板车开始以大小为a4 m/s2的加速度做匀减速直线运动，直至停止，g取10 m/s2，麻袋与平板车板面间的动摩擦因数0.2。(1)求麻袋将落在平板车上距车左端多远处。(2)通过计算说明，麻袋是否会滑到平板车的最左端。(3)求麻袋在平板车上相对滑动的过程中产生的总热量Q。解析(1)设麻袋经时间t1下落到平板车上，由运动学公式得h1h2gt，平板车在t1时间内前进的距离为x1，则x1v0t1，所以麻袋在平板车上的落点距车左端距离sLsx14 m。(2)设麻袋落在车上后做匀加速运动的加速度为a1，经过时间t2麻袋和板车的速度相同，则平板车的速度为vv0at2，麻袋的速度为va1t2，对麻袋应