沪科版高考物理一轮复习：必修1第3章第2节《牛顿运动定律的综合》ppt精编课件.ppt

第2节牛顿运动定律的综合应用 一 动力学的两类基本问题1 已知受力情况求运动情况根据牛顿第二定律 已知物体的 情况 可以求出物体的加速度 再知道物体的初始条件 初位置和初速度 受力 根据 就可以求出物体在任一时刻的速度和位置 也就求出了物体的运动情况 2 已知物体的运动情况 求物体的受力情况 运动学方程 根据物体的运动情况 由 可以求出加速度 再根据 可确定物体的合外力 从而求出未知力 或与力相关的某些量 如动摩擦因数 劲度系数 力的方向等 运动学方程 牛顿第二定律 二 超重和失重1 超重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的情况 2 产生条件 物体具有 的加速度 大于 向上 2 失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物体的拉力 物体所受重力的情况 2 产生条件 物体具有 的加速度 小于 向下 3 完全失重 1 定义 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 的情况称为完全失重现象 2 产生条件 物体的加速度a 为零 g 思考感悟物体向上运动的时候才出现超重 向下运动的时候才出现失重 这种说法是否正确 为什么 提示 这是一种错误的认识 超重与失重跟物体运动速度的方向无关 只由物体运动的加速度来决定 加速度向上就是处于超重状态 加速度向下就是处于失重状态 一 解决动力学两类问题的基本方法和步骤1 由受力情况判断物体的运动状态 处理这类问题的基本思路是 先求出几个力的合力 由牛顿第二定律 F合 ma 求出加速度 再由运动学的有关公式求出速度或位移 2 由运动情况判断受力情况 处理这类问题的基本思路是 已知加速度或根据运动规律求出加速度 再由牛顿第二定律求出合力 从而确定未知力 至于牛顿第二定律中合力的求法可用力的合成和分解法则 平行四边形定则 或正交分解法 3 解题步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 2 分析物体的受力情况和运动情况 画好受力分析图 明确物体的运动性质和运动过程 3 选取正方向或建立坐标系 通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 4 求合外力F合 5 根据牛顿第二定律F合 ma列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 6 分析流程图 特别提醒 1 物体的运动情况是由所受的力和物体运动的初始状态共同决定的 2 无论是哪种情况 联系力和运动的 桥梁 是加速度 即时应用1 如图3 2 1所示 长12m 质量为50kg的木板右端有一立柱 木板置于水平地面上 木板与地面间的动摩擦因数为0 1 质量为50kg的人立于木板左端 木板与人均静止 当人以4m s2的加速度匀加速向右奔跑至木板的 右端时 立刻抱住立柱 取g 10m s2 图3 2 1 求 1 人在奔跑过程中受到的摩擦力的大小和方向 2 人在奔跑过程中木板的加速度大小和方向 3 人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间 答案 1 200N向右 2 2m s2向左 3 2s 二 对超重和失重的理解1 超重和失重是系统在竖直方向上有加速度造成的 因此它只和加速度的大小和方向有关 与速度的大小和方向无关 具体情况如下 2 重力没有增加 减小或消失 只是这种现象和重力增加 减小或消失产生的现象相同 3 当物体处于完全失重状态时 重力只产生使物体具有a g的加速度的效果 不再产生其他的效果 一切因重力产生的物理现象都完全消失 如单摆停摆 天平失效 浸在液体中的物体不再受浮力 液柱不再产生向下的压强等 即时应用2 2018 深圳模拟 如图3 2 2所示 轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上 弹簧下端悬挂一个小铁球 在电梯运行时 乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小 这一现象表明 A 电梯一定是在下降B 电梯可能是在上升C 电梯的加速度方向一定是向上D 乘客一定处在失重状态 图3 2 2 解析 选BD 因 弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小 所以小球所受的合外力向下 加速度向下 乘客处于失重状态 C错误 D正确 仅知加速度的方向 无法判断电梯的运动方向 其运动方向有两种可能 即上升或下降 A错误 B正确 三 动力学中整体法和隔离法的应用1 隔离法的选取原则若连接体或关联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 就需要把物体从系统中隔离出来 应用牛顿第二定律列方程求解 2 整体法的选取原则若连接体内各物体具有相同的加速度 且不需要求物体之间的作用力 可以把它们看成一个整体来分析整体受到的外力 应用牛顿第二定律求出加速度 或其他未知量 3 整体法 隔离法交替运用原则若连接体内各物体具有相同的加速度 且要求物体之间的作用力时 可以先用整体法求出加速度 然后再用隔离法选取合适的研究对象 应用牛顿第二定律求作用力 即 先整体求加速度 后隔离求内力 4 涉及隔离法与整体法的具体问题 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 若绳跨过定滑轮 连接的两物体虽然加速度方向不同 但大小相同 2 固定斜面上的连接体问题 这类问题一般多是连接体 系统 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 或称为劈形物体 楔形物体 与在斜面体上物体组成的连接体 系统 的问题 当物体具有加速度 而斜面体静止的情况 解题时一般采用隔离法分析 即时应用3 2018 广东省潮汕两市名校高三联考 如图3 2 3所示 在光滑的水平地面上 有两个质量相等的物体 中间用劲度系数为k的轻质弹簧相连 在外力作用下运动 已知F1 F2 当运动达到稳定时 弹簧的伸长量为 图3 2 3 2018 高考上海单科卷 如图3 2 4 质量m 2kg的物体静止于水平地面的A处 A B间距L 20m 用大小为30N 沿水平方向的外力拉此物体 经t0 2s拉至B处 已知cos37 0 8 sin37 0 6 取g 10m s2 图3 2 4 1 求物体与地面间的动摩擦因数 2 用大小为30N 与水平方向成37 的力斜向上拉此物体 使物体从A处由静止开始运动并能到达B处 求该力作用的最短时间t 思路点拨 解此题的关键有两点 1 分清物体的运动过程 把握不同运动阶段的受力情况和运动学特点 2 充分利用动力学问题中加速度的 桥梁 作用 答案 1 0 5 2 1 03s 方法指引 1 求受力情况的问题要先通过分析运动过程及其运动性质 依据情境所涉及的已知量灵活选择运动学公式求出加速度 再通过受力分析并应用牛顿运动定律可求出未知力 2 求运动情况的问题 先通过受力分析并应用牛顿运动定律求出加速度 再通过分析运动情况 合理选择运动学公式可求出其余的运动学量 3 处理单物体多过程问题时 要注意分析各过程中运动学量间的联系 变式训练1上题第 2 中 若在外力F作用下 物体运动到B点时 撤去外力F 直到物体停止运动 则整个过程的时间为多少 解析 由上题第 2 知 有外力F作用时的加速度a1 11 5m s2 撤去外力后加速a2 5m s2 设B点时速度为v A到B的时间为t1 从B点到停止运动的时间为t2 则 v2 2a1L v a1t1 某人在地面上用弹簧秤称得体重为490N 他将弹簧秤移至电梯内称其体重 t0至t3时间段内 弹簧秤的示数如图3 2 5所示 电梯运行的v t图 如图3 2 6 可能是 取电梯向上运动的方向为正 图3 2 5 图3 2 6 思路点拨 根据弹簧秤的示数图 可知人处于超重或失重状态 从而求出加速度的方向 得电梯的运动状态 解析 t0 t1内 弹簧秤的示数小于人的体重 电梯处于失重状态 应向上减速或向下加速 选项B C错误 t1 t2内 弹簧秤的示数等于人的体重 电梯应静止或向上匀速或向下匀速 t2 t3内 弹簧秤的示数大于人的体重 电梯处于超重状态 应向上加速或向下减速 选项A D正确 答案 AD 方法指引 判断物体 或系统 是否处于超重 失重状态 需要关注的是加速度的方向 向上还是向下 而不需要分析速度的方向 向上或向下 因此 处于超重状态的物体可能向上做加速运动 也可能向下做减速运动 而处于失重状态的物体可能向下做加速运动 也可能向上做减速运动 变式训练2 2018 广东省执信中学期中 在探究超重和失重规律时 某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作 传感器和计算机相连 经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图像 则下列图像中可能正确的是 图3 2 7 解析 选D 下蹲时 先向下做加速运动 后向下做减速运动 先失重后超重 所以只有D项可能正确 满分样板16分 一弹簧一端固定在倾角为37 光滑斜面的底端 另一端拴着质量m1 4kg的物块P Q为一重物 已知Q的质量m2 8kg 弹簧的质量不计 劲度系数k 600N m 系统处于静止 如图3 2 8所示 图3 2 8 现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F 使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动 已知在前0 2s时间内 F为变力 0 2s以后 F为恒力 求力F的最大值与最小值 g取10m s2 思路点拨 解此题关键是把握以下两点 1 物体分离瞬间满足的条件 相互作用力为零 具有相同的加速度 2 F在何位置具有最大值和最小值 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 设开始时弹簧的压缩量为x1 由平衡条件知kx1 m1 m2 gsin37 3分 0 2s时间内Q受到的P给它的弹力逐渐减小到零 0 2s时P与Q恰好脱离 此后F变为恒力 设0 2s时弹簧的压缩量为x2 加速度为a 对P受力分析 由牛顿第二定律得kx2 m1gsin37 m1a 3分 刚开始匀加速时力F最小 Fmin m1 m2 a 36N 3分 0 2s后力F最大 对Q分析Fmax m2gsin37 m2a得Fmax 72N 3分 答案 72N36N 名师归纳 1 在物体运动状态变化过程中 往往出现达到某个特定的状态时 有关