高中物理 第三章 第3讲 牛顿运动定律的综合应用课件 新人教版.ppt

第3讲牛顿运动定律的综合应用 知识点1超重和失重 1 视重 1 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或台秤的 称为视重 2 视重大小等于弹簧测力计所受物体的 或台秤所受物体的 示数 拉力 压力 2 超重 失重和完全失重的比较 大于 小于 等于 竖直向上 竖直向下 a g m g a m g a 加速 减速 加速 减速 加速 减速 竖直向下 知识点2牛顿运动定律的应用 1 整体法和隔离法 1 整体法当连接体内 即系统内 各物体的 相同时 可以把系统内的所有物体看成一个 分析其受力和运动情况 运用牛顿第二定律对 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 时 常把某个物体从系统中 出来 分析其受力和运动情况 再用牛顿第二定律对 出来的物体列方程求解的方法 加速度 整体 整体 内力 隔离 隔离 2 动力学图像 1 三种图像 v t图像 a t图像 f t图像 2 图像间的联系 加速度是联系v t图像与f t图像的桥梁 3 三种应用 已知物体的运动图像 通过加速度分析物体的受力情况 已知物体受力图像 分析物体的运动情况 通过图像对物体的受力与运动情况进行分析 4 解题策略 弄清图像斜率 截距 交点 拐点的物理意义 应用物理规律列出与图像对应的函数方程式 思考辨析 1 超重就是物体的重力变大的现象 2 减速上升的升降机内的物体 物体对地板的压力大于重力 3 加速上升的物体处于超重状态 4 加速度大小等于g的物体处于完全失重状态 5 处于完全失重状态的物体 重力并没有发生变化 6 超重和失重现象与物体运动的速度大小和方向无关 7 站在台秤上的人下蹲过程 台秤的示数保持不变 分析 超重是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 大于物体重力的现象 物体的重力并没有发生变化 故 1 错 减速上升的升降机具有向下的加速度 物体处于失重状态 对地板的压力小于物体的重力 故 2 错 加速上升的物体具有向上的加速度 处于超重状态 故 3 对 加速度竖直向下且等于g时 物体处于完全失重状态 但物体在其他方向的加速度等于g时 如水平方向加速度a g时 则不是处于完全失重状态 故 4 错 处于完全失重状态的物体 其加速度方向竖直向下 大小等于g 物体对悬 挂物的拉力或对支持物的压力等于零 物体的重力没有发生变化 故 5 对 超重和失重现象只与物体的加速度方向有关 物体的加速度方向向上 超重 物体的加速度方向向下 失重 超重和失重与物体运动的速度大小和方向无关 故 6 对 站在台秤上的人下蹲过程 人先加速下降 后减速下降 故人先处于失重状态 后处于超重状态 台秤的示数先小后大 故 7 错 考点1对超重和失重的理解 三年3考 深化理解 考点解读 1 不管物体的加速度是不是竖直方向 只要其加速度在竖直方向上有分量 物体就会处于超重或失重状态 2 超重并不是重力增加了 失重并不是重力减小了 完全失重也不是重力完全消失了 在发生这些现象时 物体的重力依然存在 且不发生变化 只是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 发生变化 3 在完全失重的状态下 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如天平失效 浸在水中的物体不再受浮力 液体柱不再产生压强等 典例透析1 2013 杭州模拟 某人乘电梯从24楼到1楼的v t图像如图 下列说法正确的是 a 0 4s内物体做匀加速直线运动 加速度为4m s2b 4 16s内物体做匀速直线运动 速度保持4m s不变 处于完全失重状态c 16 24s内 物体做匀减速直线运动 速度由4m s减至0 处于失重状态d 0 24s内 此人经过的位移为72m 解题探究 1 v t图像的斜率以及图像与时间轴围成的面积的意义是什么 提示 v t图像的斜率表示物体的加速度 其大小表示加速度的大小 正负表示加速度的方向 图像与时间轴围成的面积表示物体发生的位移 2 超重 失重现象与加速度存在怎样的关系 提示 物体加速度方向向上处于超重状态 加速度方向向下处于失重状态 加速度等于重力加速度 方向竖直向下 处于完全失重状态 解析 选d 0 4s内物体的速度均匀增加 物体做匀加速直线运动 其加速度a m s2 1m s2 选项a错误 4 16s内物体速度保持4m s不变 做匀速直线运动 处于平衡状态 选项b错误 16 24s内 物体速度由4m s均匀减至0 做匀减速直线运动 加速度竖直向上 处于超重状态 选项c错误 v t图像与时间轴围成的面积表示位移 故0 24s内 此人经过的位移x m 72m 选项d正确 总结提升 判断超重和失重现象的三个技巧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 从速度变化角度判断 1 物体向上加速或向下减速时 超重 2 物体向下加速或向上减速时 失重 变式训练 2013 铜陵模拟 一枚火箭由地面竖直向上发射 其速度和时间的关系图线如图所示 则 a t3时刻火箭距地面最远b t2 t3的时间内 火箭在向下降落c t1 t2的时间内 火箭处于失重状态d 0 t3的时间内 火箭始终处于失重状态 解析 选a 由题图可知 在三段时间内火箭一直向上运动 且t3时刻速度减为零 即t3时刻距地面最远 a正确 b错误 在t1 t2时间内火箭加速 加速度向上即超重 c错误 只有在t2 t3减速 加速度向下即失重 故d错误 考点2动力学图像问题 三年10考 拓展延伸 考点解读 1 图像的类型 1 已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体在一运动过程中速度 加速度随时间变化的图线 要求分析物体的受力情况 2 问题的实质是力与运动的关系问题 求解这类问题的关键是理解图像的物理意义 理解图像的轴 点 线 截 斜 面六大功能 典例透析2 2010 安徽高考 质量为2kg的物体在水平推力f的作用下沿水平面做直线运动 一段时间后撤去f 其运动的v t图像如图所示 g取10m s2 求 1 物体与水平面间的动摩擦因数 2 水平推力f的大小 3 0 10s内物体运动位移的大小 解题探究 1 物体在水平面内做何种运动 提示 由v t图像可知 物体在0 6s内做匀加速直线运动 6 10s内做匀减速直线运动 2 请画出物体运动过程的受力分析图 提示 解析 1 设物体做匀减速直线运动的时间为 t2 初速度为v20 末速度为v2t 加速度为a2 则a2 2m s2 设物体所受的摩擦力为ff 由牛顿第二定律得 ff ma2 ff mg 联立 式 代入数据得 0 2 2 设物体做匀加速直线运动的时间为 t1 初速度为v10 末速度为v1t 加速度为a1 则a1 1m s2 根据牛顿第二定律 有f ff ma1 联立各式 代入数据得f 6n 3 v t图像与时间轴围成的面积等于位移的大小 则 x 2 8 6m 8 4m 46m答案 1 0 2 2 6n 3 46m 总结提升 数图结合解决动力学问题 1 物理公式与物理图像的结合是一种重要题型 对于已知图像求解相关物理量的问题 往往是结合物理过程从分析图像的横 纵坐标轴所对应的物理量的函数入手 分析图线的斜率 截距所代表的物理意义得出所求结果 2 解决这类问题的核心是分析图像 尤其应特别关注v t图像的斜率 即加速度 和力的图线与运动的对应关系 变式训练 2013 汕头模拟 雨滴从空中由静止落下 若雨滴下落时空气对其阻力随雨滴下落速度的增大而增大 如图所示的图像能正确反映雨滴下落运动情况的是 解析 选c 雨滴速度增大时 阻力也增大 由牛顿第二定律得a 故加速度逐渐减小 最终雨滴做匀速运动 变式备选 如图甲所示 用同种材料制成的倾角为30 的斜面和长水平面 斜面和水平面之间由光滑圆弧连接 斜面长为2 4m且固定 一小物块从斜面顶端以沿斜面向下的初速度v0开始自由下滑 当v0 2m s时 经过0 8s后小物块停在斜面上 多次改变v0的大小 记录下小物块从开始运动到最终停下的时间t 作出t v0图像如图乙所示 g取10m s2 则 a 小物块与该种材料间的动摩擦因数为0 25b 小物块与该种材料间的动摩擦因数为c 若小物块初速度为1m s 则根据图像可知小物块运动时间为0 6sd 若小物块初速度为4m s 则根据图像可知小物块运动时间为1 6s 解析 选b 由t v0图像可得a m s2 2 5m s2 对小物块应用牛顿第二定律有 mgcos30 mgsin30 ma 解得 则a项错 b项对 若v0 1m s 小物块仍在斜面上运动 由图像可知小物块运动时间为0 4s c项错 若v0 4m s 由v02 2ax得x m 3 2m 2 4m 小物块已运动到水平面上 图像对小物块已不再成立 故d项错 考点3应用牛顿定律解决多过程问题 三年5考 解题技巧 考点解读 1 多过程问题很多动力学问题中涉及物体两个或多个连续的运动过程 在物体不同的运动阶段 物体的运动情况和受力情况都发生了变化 这类问题称为牛顿定律中的多过程问题 2 解题策略有些题目中这些过程是彼此独立的 也有的题目中相邻的过程之间也可能存在一些联系 解决这类问题时 既要将每个过程独立分析清楚 又要关注它们之间的联系 3 类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题 典例透析3 2011 江苏高考 如图所示 长为l 内壁光滑的直管与水平地面成30 角固定放置 将一质量为m的小球固定在管底 用一轻质光滑细线将小球与质量为m km的小物块相连 小物块悬挂于管口 现将小球释放 一段时间后 小物块落地静止不动 小球继续向上运动 通过管口的转向装置后做平抛运动 小球的转向过程中速率不变 重力加速度为g 1 求小物块下落过程中的加速度大小 2 求小球从管口抛出时的速度大小 3 试证明小球平抛运动的水平位移总小于l 解题探究 1 小物块落地前 小物块和小球各做何种运动 小物块落地后 小球做何种运动 提示 小物块落地前 小物块和小球都做匀加速直线运动 其加速度大小相同 小物块落地后 小球做匀减速直线运动 2 请画出小物块落地前 后 小物块和小球的受力分析图 提示 3 小球做平抛运动 如何分解 提示 将平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动 解析 1 设细线中的张力为ft 根据牛顿第二定律mg ft maft mgsin30 ma且m km联立解得a 2 设m落地时的速度大小为v m射出管口时速度大小为v0 m落地后m的加速度大小为a0 根据牛顿第二定律 mgsin30 ma0由匀变速直线运动规律知v2 2alsin30 v02 v2 2a0l 1 sin30 联立解得v0 k 2 3 由平抛运动规律x v0t lsin30 gt2解得x l则x2 3 见解析 总结提升 处理多过程问题时应注意的三个问题 1 任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的小过程构成 有些是承上启下 上一过程的结果是下一过程的已知 这种情况 一步一步完成即可 2 有些是树枝型 告诉的只是旁支 要求的是主干 或另一旁支 这就要求仔细审题 找出各过程的关联 按顺序逐个分析 对于每一个研究过程 选择什么规律 应用哪一个运动学公式要明确 3 注意两个过程的连接处 加速度可能突变 但速度不会突变 速度是联系前后两个阶段的桥梁 变式训练 2013 济南模拟 一卡车拖挂一相同质量的车厢 在水平直道上以v0 12m s的速度匀速行驶 其所受阻力可视为与车重成正比 与速度无关 某时刻 车厢脱落 并以大小为a 2m s2的加速度减速滑行 在车厢脱落t 3s后 司机才发觉并紧急刹车 刹车时阻力为正常行驶时的3倍 假设刹车前牵引力不变 求卡车和车厢都停下后两者之间的距离 解析 设刹车前卡车的牵引力大小为f 卡车的质量为m 则车厢没脱落前 f 2mg 设车厢脱落后 卡车加速度大小为a1 刹车后 卡车加速度大小为a2 由牛顿第二定律得 f mg ma1 mg ma 3 mg ma2 设车厢脱落后 t 3s内卡车行驶的路程为x1 末速度为v1 则 x1 v0t a1t2 v1 v0 a1t v12 2a2x2 式中x2是卡车在刹车后减速行驶的路程 设车厢脱落后滑行的路程为x 有v02 2ax 卡车和车厢都停止时相距 x 则 x x1 x2 x 式联立代入数据解得 x 36m答案 36m 典例透析 2011 山东高考 如图所示 在高出水平地面h 1 8m的光滑平台上放置一质量m 2kg 由两种不同材料连接成一体的薄板a 其右段长度l1 0 2m且表面光滑 左段表面粗糙 在a最右端放有可视为质点的物块b 其质量m 1kg b与a左段间动摩擦因数 0 4 开始时二者均静止 先对a施加f 20n水平向右的恒力 待b脱离a a尚未露出平台 后 将a取走 b离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离x 1 2m 取g 10m s2 求 备选例题 1 b离开平台时的速度vb 2 b从开始运动到刚脱离a时 b运动的时间tb和位移xb 3 a左段的长度l2 规范解答 1 物块b离开平台后做平抛运动 x vbt h gt2 解之可得vb 2m s 2 物块b与a右端接触时处于静止状态 当b与a左端接触时做匀加速直线运动 设加速度为ab 则 mg mab vb abtb 又解之可得tb 0 5s xb 0 5m 3 a刚开始运动时 a做匀加速直线运动 设加速度为a1 b刚开始运动时 a的速度为v1 加速度为a2 则有f ma1 v12 2a1l1 f mg ma2 l2 v1tb 解之可得l2 1 5m 答案 1 2m s 2 0 5s0 5m 3 1 5m 动力学中的整体法与隔离法1 方法概述整体法就是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法 隔离法就是从整个系统中将某一部分物体隔离出来 然后单独分析被隔离部分的受力情况和运动情况 从而把复杂的问题转化为简单的一个个小问题求解的方法 2 常见类型 1 研究对象的整体与隔离 如连接体内各物体具有相同的加速度 求解整体受到的外力 采用整体法 连接体内各物体的加速度不相同 或者要求出系统内两物体之间的作用力时 采用隔离法 2 运动过程的整体与隔离 如利用能量观点解决问题 常抓住整个过程的初 末状态整体分析 若求解多过程中的某一物理量 应对各个物理过程隔离进行受力分析及运动状态分析 3 解题思路 1 分析所研究的问题是否属于整体法和隔离法问题 2 确定该问题属于哪类整体 隔离问题 3 分析问题整体 隔离的解题思路 典例 2012 江苏高考 如图所示 一夹子夹住木块 在力f作用下向上提升 夹子和木块的质量分别为m m 夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f 若木块不滑动 力f的最大值是 a b c m m gd m m g 深度剖析 选a 夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f 设木块向上运动的最大加速度为a 则对木块受力分析由牛顿第二定律得2f mg ma 解得a 对整体由牛顿第二定律得f m m g m m a 解得故若木块不滑动 力f的最大值为选项a正确 名师指津 涉及整体法与隔离法的问题类型1 问题类型 1 涉及滑轮的问题若要求绳的拉力 一般都必须采用隔离法 绳跨过定滑轮 连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同 故采用隔离法 2 水平面上的连接体问题 这类问题一般多是连接体 系统 中各物体保持相对静止 即具有相同的加速度 解题时 一般采用先整体 后隔离的方法 建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则 或者正交分解力 或者正交分解加速度 3 斜面体与上面物体组成的连接体的问题当物体具有沿斜面方向的加速度 而斜面体相对于地面静止时 解题时一般采用隔离法分析 2 解决这类问题的关键正确地选取研究对象是解题的首要环节 弄清各个物体之间哪些属于连接体 哪些物体应该单独分析 分别确定出它们的加速度 然后根据牛顿运动定律列方程求解 变式训练 2013 日照模拟 如图甲所示 静止在光滑水平面上的长木板b 长木板足够长 的左端静止放着小物块a 某时刻 a受到水平向右的外力f作用 f随时间t的变化规律如图乙所示 即f kt 其中k为已知常数 设物体a b之间的滑动摩擦力大小等于最大静摩擦力ff 且a b的质量相等 则下列可以定性描述长木板b运动的v t图像是 解析 选b 当a b相对静止时 对整体分析由牛顿第二定律得f kt 2ma a 长木板b做加速度逐渐增大的加速运动 a相对b刚要滑动时 对b由牛顿第二定律得ff ma 解得t 此后a b相对滑动 物体b所受滑动摩擦力保持不变 加速度不变 b做匀加速直线运动 故选项b正确 双基题组 1 2013 武威模拟 电梯内的地板上竖直放置一根轻质弹簧 弹簧上方有一质量为m的物体 当电梯静止时弹簧被压缩了x 当电梯沿竖直方向运动时弹簧的压缩量减为0 5x 试判断电梯运动的可能情况是 重力加速度为g a 以大小为0 5g的加速度加速上升b 以大小为0 5g的加速度减速上升c 以大小为1 5g的加速度加速下降d 以大小为1 5g的加速度减速下降 解析 选b 电梯静止时 对物体由平衡条件得kx mg 0 当电梯沿竖直方向运动时 对物体由牛顿第二定律得0 5kx mg ma 解得a 0 5g 方向竖直向下 物体处于失重状态 故电梯可能以0 5g的加速度减速上升 也可能以0 5g的加速度加速下降 选项b正确 2 如图所示 a b两物块叠放在一起 在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动 运动过程中b受到的摩擦力 a 方向向左 大小不变b 方向向左 逐渐减小c 方向向右 大小不变d 方向向右 逐渐减小 解析 选a 设a与地面间的动摩擦因数为 对a b整体由牛顿第二定律得 ma mb g ma mb a 解得a g 方向向左 对b由牛顿第二定律得ff mba mbg 方向与加速度方向相同 故选项a正确 3 2013 蚌埠模拟 水平地面上有一轻质弹簧 下端固定 上端与物体a相连接 整个系统处于平衡状态 现用一竖直向下的力压物体a 使a竖直向下做匀加速直线运动并移动一段距离 整个过程中弹簧一直处在弹性限度内 下列关于所加力f的大小和运动距离x之间关系图像正确的是 解析 选d 由于弹簧弹力与压缩量成正比 由牛顿第二定律 f kx ma 解得f kx ma 所加力f的大小和运动距离x之间关系图像正确的是图d 高考题组 4 2012 江苏高考 将一只皮球竖直向上抛出 皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比 下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图像 可能正确