高三物理一轮复习 第3章 第3讲 牛顿第二定律的应用（二）课件.ppt

浙江专用物理 第3讲牛顿第二定律的应用 二 超重 失重与完全失重1 超重 1 定义 物体对支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 大于物体 所受重力的情况 2 产生条件 物体具有 竖直向上的加速度或者斜向上的加速度 2 失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 小于物体所受重力的情况 2 产生条件 物体具有 竖直向下的加速度或者斜向下的加速度 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 为零的情况称为完全失重现象 2 产生条件 物体竖直方向的加速度a g 4 辨析 1 超重就是物体所受的重力增大了 2 物体做自由落体运动时处于完全失重状态 所以做自由落体运动的物体不受重力作用 3 物体向上运动时处于超重状态 4 加速度大小等于g的物体处于完全失重状态 1 手托着书使它做下述各种情况的运动 那么 手对书的作用力最大的情况是 a 向下做匀减速运动b 向上做匀减速运动c 向下做匀加速运动d 向上做匀速运动答案a向上做匀减速运动 向下做匀加速运动时书都处于失重状态 向上做匀速运动时书处于平衡状态 向下做匀减速运动时书处于超重状态 当书处于超重状态时 手对书的作用力最大 所以a对 2 有一种大型游戏器械 它是一个圆筒形大型容器 筒壁竖直 游客进入容器后靠筒壁站立 当圆筒开始转动后 转速加快到一定程度时 突然地板塌落 游客发现自己没有落下去 这是因为 a 游客处于超重状态b 游客处于失重状态c 游客受到的摩擦力等于重力d 筒壁对游客的支持力等于重力答案c人在竖直方向上处于平衡状态 重力和摩擦力是一对平衡力 并不是处于失重或超重状态 3 雨滴在下降过程中 由于水汽的凝聚 雨滴质量将逐渐增大 同时由于速度逐渐增大 空气阻力也将越来越大 最后雨滴将以某一收尾速度匀速下降 在此过程中 a 雨滴所受的重力逐渐增大 重力产生的加速度也逐渐增大b 雨滴下落的加速度逐渐增大c 雨滴下落的加速度逐渐减小d 雨滴所受的重力逐渐增大 但重力产生的加速度不变答案cd由题意可知雨滴质量逐渐增大 而重力加速度是不变的 所以重力逐渐增大 a错d对 由牛顿第二定律得a g 由于f阻和m都增大 不能判断a怎么变 但由最后雨滴以某一收尾速度匀速下降可知雨滴 做加速度减小的加速运动 所以b错c对 4 在电梯内的地板上 竖直放置一根轻质弹簧 弹簧上端固定一个质量为m的物体 当电梯静止时 弹簧被压缩了x 当电梯运动时 弹簧又被继续压缩了 则电梯运动的情况可能是 a 以大小为g的加速度加速上升b 以大小为g的加速度减速上升c 以大小为g的加速度加速下降d 以大小为g的加速度减速下降答案ad电梯静止时 mg kx 电梯运动时 k x mg ma 解得a g 方向向上 故选项a d对 b c错 重难一对超重 失重现象的理解1 实重与视重的比较 2 对超重和失重现象的理解应注意以下几点 1 物体处于超重或失重状态时 物体的重力始终存在 大小也没有变化 2 发生超重或失重现象与物体的速度无关 只取决于加速度的大小和方向 3 物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的 其大小等于ma 4 当物体处于完全失重状态时 重力只产生使物体具有a g的加速度效果 不再产生其他效果 典例1如图所示 a为电磁铁 c为胶木秤盘 电磁铁a和秤盘c 包括支架 的总质量为m b为铁片 质量为m 整个装置用轻绳悬挂于o点 当电磁铁通 电 在铁片被吸引上升的过程中 轻绳中拉力f的大小为 a f mgb mg m m g 解析方法一铁片被吸引上升的过程是加速度逐渐增大的加速运动过程 设a对b的吸引力为f1 由于铁片向上加速运动 故有f1 mg 根据牛顿第三定律可得 b对a的吸引力f1 f1 mg 由于电磁铁和秤盘处于静止状态 所以有f f1 mg m m g 选d 方法二本题可用超重和失重知识快速解决 以a b c系统为研究对象 a c静止 铁片b由静止被吸引而加速上升 则系统的重心加速上升 系统处于超重状态 因此轻绳拉力f m m g 答案d 1 1某实验小组利用dis系统观察超重和失重现象 他们在学校电梯房内做实验 在电梯天花板上固定一个力传感器 测量挂钩向下 并在钩上悬挂一个重为10n的钩码 在电梯运动过程中 计算机显示屏上显示出如图所示图线 根据图线分析可得出的正确说法是 a 图线显示力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况b 从时刻t1到t2 钩码处于失重状态 从时刻t3到t4 钩码处于超重状态 c 电梯可能开始在15楼 先加速向下 接着匀速向下 再减速向下 最后停在1楼d 电梯可能开始在1楼 先加速向上 接着匀速向上 再减速向上 最后停在5楼 答案abc解析力传感器显示钩码对传感器的拉力大小 钩码对传感器的拉力与传感器对钩码的拉力是一对相互作用力 大小相等 故a正确 失重状态下重物对悬挂物的拉力小于物体的重力 超重状态下则相反 故b正确 从时刻t1到t2的这段时间内传感器对钩码的拉力小于钩码的重力 系统应具有向下的加速度 同理 t3到t4这段时间内系统应具有向上的加速度 c正确 d错误 重难二牛顿第二定律与图像结合的问题动力学问题的图像在高考中频频出现 常见的有v t图像 a t图像 f t图像 f a图像 1 由图像坐标轴的物理意义 图线的截距 斜率 特殊点 面积等充分挖掘出解题所需的信息 同时 结合图线描述的运动情况 画出运动过程示意图 弄清物理情景 2 根据题目提供的情况 结合牛顿第二定律 写出图像中两个物理量的函数 然后再由图像的截距 斜率等信息 找关系列方程 典例2如图甲所示 固定的光滑细杆与地面成一定倾角 在杆上套有一个光滑小环 小环在沿杆方向的推力f作用下向上运动 推力f与小环速度v随时间变化规律如图乙所示 取重力加速度g 10m s2 求 甲乙 1 小环的质量m 2 细杆与地面间的倾角 解析由题图得前2s有a m s2 0 5m s2f1 mgsin ma2s后有f2 mgsin 代入数据可解得m 1kg 30 答案 1 1kg 2 30 2 1如图甲所示 水平地面上轻弹簧左端固定 右端通过滑块压缩0 4m锁定 t 0时解除锁定释放滑块 计算机通过滑块上的速度传感器描绘出滑块的速度图像如图乙所示 图中oab段为曲线 bc段为直线 倾斜直线od是t 0时的速度图线的切线 已知滑块质量m 2 0kg g取10m s2 求 1 滑块与地面间的动摩擦因数 2 弹簧的劲度系数 答案 1 0 5 2 175n m解析 1 由图像可知 滑块脱离弹簧后的加速度为a1 m s2 5m s2 由牛顿第二定律得 mg ma1解得 0 5 2 刚释放时滑块运动的加速度a m s2 30m s2由牛顿第二定律kx mg ma 得k 175n m 2 2如图 a 质量m 1kg的物体沿倾角 37 的固定粗糙斜面由静止开始向下运动 风对物体的作用力沿水平方向向右 其大小与风速v成正比 比例系数用k表示 物体加速度a与风速v的关系如图 b 所示 求 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 比例系数k sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 答案 1 0 25 2 0 84kg s解析 1 当v 0时 a0 4m s2由mgsin mgcos ma0得 0 25 2 当v 5m s时 a 0由mgsin n kvcos 0n mgcos kvsin 得k 0 84kg s 重难三定性分析解决动力学问题定性分析 就是直接利用物理基本概念 原理和定律进行分析 推理和判断 而不通过定量计算 也可将某些物理量的数值推向极致 并根据一些显而易见的结果 结论或熟悉的物理现象进行分析和推理的一种办法 定量分析 就是通过定量计算进行分析 推理和判断 高中物理学习需要用定性和定量分析相结合的方法 典例3如图所示 弹簧左端固定 右端自由伸长到o点并系住物体m 现将弹簧压缩到a点 然后释放 物体一直可以运动到b点 如果物体受到的摩擦力恒定 则 a 物体从a到o先加速后减速b 物体从a到o加速运动 从o到b减速运动c 物体运动到o点时所受合力为零d 物体从a到o的过程中加速度逐渐减小 解析由题意得 物体在a点所受弹簧的弹力大于物体受到的摩擦力 因为物体能运动 物体在o点所受弹簧的弹力为0 所以在a o之间有弹簧的弹力与摩擦力大小相等的位置 故物体在a o之间的运动应该是先加速后减速 a选项正确 b选项不正确 o点所受弹簧的弹力为0 但摩擦力不是0 所以c选项不正确 从a到o的过程加速度先减小 后增大 故d选项错误 答案a 3 1如图所示 一根轻绳跨过光滑定滑轮 两端系有质量分别为m1 m2的物块 m1放在地面上 m2离地面有一定高度 当m2的质量发生改变时 m1的加速度a的大小也将随之改变 下图所示的四个图像中 哪个最能正确反映a与m2间的关系 答案d解析当m1有加速度时 对m1 m2分别运用牛顿第二定律得 t m1g m1a m2g t m2a 两式联立得a g 所以a与m2的关系图像应该是一条曲线 且不通过原点 a b项错误 把m2推向极限等于无穷大 则a g 不可能超过g 所以d选项正确 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同的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻 传送带问题分析方法一个物体以初速度v0 v0 0 在另一个匀速运动的物体上运动的力学系统可看做 传送带 模型 如图 a b c 所示 典例1水平传送带被广泛地应用于机场和火车站 如图所示为一水平传送带装置示意图 紧绷的传送带ab始终保持恒定的速率v 1m s运行 一质量为m 4kg的行李无初速度地放在a处 传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动 随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动 设行李与传送带之间的动摩擦因数 0 1 a b间的距离l 2m g取10m s2 1 求行李刚开始运动时所受滑动摩擦力的大小与加速度的大小 2 求行李做匀加速直线运动的时间 3 如果提高传送带的运行速率 行李就能被较快地传送到b处 求行李从a处传送到b处的最短时间和传送带对应的最小运行速率 解析 1 滑动摩擦力ff mg 0 1 4 10n 4n加速度a m s2 1m s2 2 行李达到与传送带相同速率后不再加速 则v at1 t1 s 1s 3 行李始终匀加速运行时间最短 加速度仍为a 1m s2 当行李到达右端时 有 2al vmin m s 2m s 所以传送带对应的最小运行速率为2m s 由vmin a tmin得行李最短运行时间tmin s 2s 答案 1 4n1m s2 2 1s 3 2s2m s 针对训练1如图所示 水平传送带ab长l 10m 向右匀速运动的速度v0 4m s 一质量为1kg的小物块 可视为质点 以v1 6m s的初速度从传送带右端b点冲上传送带 物块与传送带间的动摩擦因数 0 4 g取10m s2 求 1 物块相对地面向左运动的最大距离 2 物块从b点冲上传送带到再次回到b点所用的时间 解析 1 设物块与传送带间摩擦力的大小为f 相对地面向左运动的最大距离为s物f mgfs物 ms物 4 5m 2 设小物块经时间t1速度减为0 然后反向加速 设加速度大小为a 经时间t2与传送带速度相等v1 at1 0 a t1 1 5sv0 at2t2 1s设反向加速时 物块的位移为s2 则有s2 a 2m物块与传送带共速后 将做匀速直线运动 设经时间t3再次回到b点s物 s2 v0t3t3 0 625s 所以t总 t1 t2 t3 3 125s 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同时 物体所受的摩擦力的方向有可能发生突变 典例2如图所示 倾角为37 长为l 16m的传送带 转动速度为v 10m s 动摩擦因数 0 5 在传送带顶端a处无初速度地释放一个质量为m 0 5kg的物体 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 1 传送带顺时针转动时 物体从顶端a滑到底端b的时间 2 传送带逆时针转动时 物体从顶端a滑到底端b的时间 解析 1 传送带顺时针转动 物体相对传送带向下运动 则物体所受滑动摩擦力沿斜面向上 相对传送带向下匀加速运动 据牛顿第二定律有mgsin37 mgcos37 ma则a gsin37 gcos37 2m s2 据l at2得t 4s 2 传送带逆时针转动 当物体下滑速度小于传送带转动速度时 物体相对传 送带向上运动 则物体所受滑动摩擦力沿传送带向下 设物体的加速度大小为a1 由牛顿第二定律得mgsin37 mgcos37 ma1则有a1 10m s2 设当物体运动速度等于传送带转动速度时经历的时间为t1 位移为x1 则t1 s 1s x1 a1 5m mgcos37 则下一时刻物体相对传送带向下运动 受到传送带向上的滑动摩擦力 摩擦力发生突变 设当物体下滑速度大于传送带转动速度时物体的加速度为a2 则a2 2m s2x2 l x1 11m又因为x2 vt2 a2 则有10t2 11m解得 t2 1s t2 11s舍去 所以t t1 t2 2s 答案 1 4s 2 2s 带底端p处 由传送带传送至顶端q处 已知p q之间的距离为4m 工件与传送带间的动摩擦因数为 取g 10m s2 1 通过计算说明工件在传送带上做什么运动 2 求工件从p点运