高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第2讲 牛顿 第二定律的应用(1)教学案（含解析）.doc

第2讲牛顿第二定律的应用(1) 教材知识梳理一、动力学的两类基本问题1由物体的受力情况求解运动情况的基本思路：先求出几个力的合力，由牛顿第二定律(f合ma)求出_，再由运动学的有关公式求出速度或位移2由物体的运动情况求解受力情况的基本思路：已知加速度或根据运动规律求出_，再由牛顿第二定律求出合力，从而确定未知力说明：牛顿第二定律是联系运动问题与受力问题的桥梁，加速度是解题的关键二、超重和失重1超重物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)_物体所受重力的情况称为超重现象2失重物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)_物体所受重力的情况称为失重现象3完全失重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4视重与实重(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示数称为_视重大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力(2)物体实际受到的重力大小称为_三、连接体与隔离体1连接体与隔离体：两个或两个以上物体相连接组成的物体系统，称为_如果把其中某个(或几个)物体隔离出来，该物体称为_2外力和内力(1)以物体系为研究对象，系统之外其他物体的作用力是系统受到的_，而系统内各物体间的相互作用力为_(2)求外力时应用牛顿第二定律列方程不考虑_；如果把物体隔离出来作为研究对象，则这些内力将变为隔离体的_答案：一、1.加速度2.加速度二、1.大于2.小于3.等于零4(1)视重(2)实重三、1.连接体隔离体2(1)外力内力(2)内力外力【思维辨析】(1)放置于水平桌面上的物块受到的重力是物块的内力()(2)系统的内力不会影响系统整体的运动效果()(3)运动物体的加速度可根据运动速度、位移、时间等信息求解，所以加速度由运动情况决定()(4)物体处于超重状态时，物体的重力大于mg.()(5)物体处于完全失重状态时其重力消失()(6)物体处于超重还是失重状态，由加速度的方向决定，与速度方向无关()(7)减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于重力()答案：(1)()(2)()(3)()(4)()(5)() (6)()(7)() 考点互动探究考点一动力学的两类基本问题解决动力学两类问题的基本思路1 2016四川卷 (17分)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图372所示，竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为的斜面一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23 m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4 m时，车头距制动坡床顶端38 m，再过一段时间，货车停止已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍货物与货车分别视为小滑块和平板，取cos 1，sin 0.1，g取10 m/s2.求：(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向；(2)制动坡床的长度图371图372解答规范 (1)设货物的质量为m，货物在车厢内滑动过程中，货物与车厢间的动摩擦因数0.4，受摩擦力大小为f，加速度大小为a1，则_ma1(2分)f_(2分)联立以上二式并代入数据得a15 m/s2(1分)a1的方向沿制动坡床向下(1分)(2)设货车的质量为m，车尾位于制动坡床底端时的车速为v23 m/s.货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s038 m的过程中，用时为t，货物相对制动坡床的运动距离为s2.货车受到制动坡床的阻力大小为f，f是货车和货物总重的k倍，k0.44，货车长度l012 m，制动坡床的长度为l，则mgsin ffma2(2分)fk(mm)g(2分)s1_(2分)s2_(2分)s_(1分)ll0s0s2(1分)联立并代入数据得l98 m(1分)答案：fmgsin mgcos vta1t2vta2t2s1s2式题1 研究表明，一般人的刹车反应时间(即图373甲中“反应过程”所用时间)t00.4 s，但饮酒会导致反应时间延长在某次试验中，志愿者少量饮酒后驾车以v072 km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶，从发现情况到汽车停止，行驶距离l39 m减速过程中汽车位移x与速度v的关系曲线如图乙所示此过程可视为匀变速直线运动重力加速度的大小g取10 m/s2.求：(1)减速过程中汽车加速度的大小及所用时间；(2)饮酒使志愿者比一般人增加的反应时间；(3)减速过程中汽车对志愿者的作用力大小与志愿者重力大小的比值图373答案：(1)8 m/s22.5 s(2)0.3 s(3)解析 (1)设减速过程中汽车加速度的大小为a，所用时间为t，由题可得，初速度v020 m/s，末速度v0，位移x25 m，由运动学公式得v2axt联立以上两式，代入数据得a8 m/s2，t2.5 s(2)设志愿者正常情况下反应时间为t，饮酒后反应时间的增加量为t，由运动学公式得lv0txttt0联立以上两式，代入数据得t0.3 s(3)设志愿者所受的合外力大小为f，汽车对志愿者的作用力大小为f0，志愿者质量为m，由牛顿第二定律得fma由平行四边形定则得ff2(mg)2联立以上两式，代入数据得.式题2 2016合肥质量检测 如图374所示，有一半圆，其直径水平且与另一圆的底部相切于o点，o点恰好是半圆的圆心，圆和半圆处在同一竖直平面内现有三条光滑轨道aob、cod、eof，它们的两端分别位于圆和半圆的圆周上，轨道与圆的竖直直径的夹角关系为.现让小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端，则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为()图374atabtcdtefbtabtcdtefctabtcdtefdtabtcd可知，tabtcdtef，选项b正确考点二超重与失重问题2 2016江苏南通如皋模拟 我国“80后”女航天员王亚平在“天宫一号”里给全国的中小学生们上了一堂实实在在的“太空物理课”在火箭发射、飞船运行和回收过程中，王亚平要承受超重或失重的考验，下列说法正确是()a飞船在降落时需要打开降落伞进行减速，王亚平处于超重状态b飞船在降落时需要打开降落伞进行减速，王亚平处于失重状态c飞船在绕地球匀速运行时，王亚平处于超重状态d火箭加速上升时，王亚平处于失重状态答案：a解析 飞船在降落时需要打开降落伞进行减速，加速度方向向上，王亚平处于超重状态，故a正确，b错误；飞船在绕地球匀速运行时，万有引力提供向心力，加速度方向向下，王亚平处于失重状态，故c错误；火箭加速上升时，加速度方向向上，王亚平处于超重状态，故d错误 题根分析本题通过受力分析和牛顿第二定律，考查运动过程中的超重、失重问题对超重、失重问题的分析应注意：(1)超重、失重现象的实质是物体的重力的效果发生了变化，重力的效果增大，则物体处于超重状态；重力的效果减小，则物体处于失重状态重力的作用效果体现在物体对水平面的压力、物体对竖直悬线的拉力等方面，在超重、失重现象中物体的重力并没有发生变化(2)物体是处于超重状态，还是失重状态，取决于加速度的方向，而不是速度的方向只要加速度有竖直向上的分量，物体就处于超重状态；只要加速度有竖直向下的分量，物体就处于失重状态，当物体的加速度等于重力加速度时(竖直向下)，物体就处于完全失重状态(3)在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平不能测量物体的质量、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等 变式网络式题1 2016合肥质量检测 如图375所示，在教室里某同学站在体重计上研究超重与失重她由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程；由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程关于她的实验现象，下列说法中正确的是()图375a只有“起立”过程才能出现超重的现象b只有“下蹲”过程才能出现失重的现象c“下蹲”的过程中，先出现超重现象后出现失重现象d“起立”“下蹲”的过程中，都能出现超重和失重的现象答案：d解析 “起立”的过程中，先加速向上后减速向上运动，加速向上运动时加速度方向向上，出现超重现象，减速向上运动时加速度方向向下，出现失重现象，即“起立”过程先出现超重现象后出现失重现象；“下蹲”的过程中，先加速向下后减速向下运动，加速向下运动时加速度方向向下，出现失重现象，减速向下运动时加速度方向向上，出现超重现象，即“下蹲”过程先出现失重现象后出现超重现象，d正确，a、b、c错误式题2 2016福建质量检测 如图376所示，质量为m的缆车车厢通过悬臂固定悬挂在缆绳上，车厢水平底板上放置一质量为m的货物，在缆绳牵引下货物随车厢一起斜向上加速运动若运动过程中悬臂和车厢始终处于竖直方向，重力加速度大小为g，则()图376a车厢对货物的作用力大小等于mgb车厢对货物的作用力方向平行于缆绳向上c悬臂对车厢的作用力大于(mm)gd悬臂对车厢的作用力方向沿悬臂竖直向上答案：c解析 货物随车厢一起斜向上加速运动，由牛顿第二定律可知，车厢与货物的重力和悬臂对车厢的作用力的合力方向应与加速度方向一致，故悬臂对车厢的作用力方向是斜向上的，选项d错误；由于车厢和货物在竖直方向有向上的分加速度，处于超重状态，故悬臂对车厢的作用力大于(mm)g，选项c正确；同理，对车厢中货物用隔离法分析可知，车厢对货物的作用力大于mg，方向是斜向上的，但不平行于缆绳，选项a、b错误式题3 (多选)飞船绕地球做匀速圆周运动，宇航员处于完全失重状态时，下列说法正确的是()a宇航员不受任何力作用b宇航员处于平衡状态c地球对宇航员的引力全部用来提供向心力d正立和倒立时宇航员一样舒服答案：cd解析 飞船绕地球做匀速圆周运动时，飞船以及里面的宇航员都受到地球的万有引力，选项a错误；宇航员随飞船绕地球做匀速圆周运动，宇航员受到地球的万有引力提供其做圆周运动的向心力，不是处于平衡状态，选项b错误，选项c正确；完全失重状态下，重力的效果完全消失，正立和倒立情况下，身体中的器官都是处于悬浮状态，没有差别，所以一样舒服，选项d正确考点三连接体问题应用牛顿第二定律解决连接体类问题时，正确地选取研究对象是解题的关键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，则可以把它们看成一个整体，分析整体受到的合外力，应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)；若连接体内各物体的加速度不相同，或者需要求出系统内各物体之间的作用力，则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；若连接体内各物体具有相同的加速度，且需要求物体之间的作用力，则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”3 如图377所示，一足够长的固定光滑斜面的倾角37，大小可以忽略的两个小物体a、b的质量分别为ma1 kg、mb4 kg，两物体之间的轻绳长l0.5 m，轻绳可承受的最大拉力为t12 n对b施加一沿斜面向上的力f，使a、b由静止开始一起向上运动，力f逐渐增大，g取10 m/s2.(sin 370.6，cos 370.8)(1)若某一时刻轻绳被拉断，求此时外力f的大小；(2)若轻绳拉断瞬间a、b的速度为3 m/s，绳断后保持外力f不变，当a运动到最高点时，求a、b之间的距离图377解析 (1)对整体受力分析，根据牛顿第二定律得f(mamb)gsin (mamb)a隔离a物体，根据牛顿第二定律得tmagsin maa联立解得f60 n(2)取沿斜面向上为正方向隔离a物体，根据牛顿第二定律得magsin maaa解得aagsin 6 m/s2则a物体到最高点所用时间t0.5 s此过程a物体的位移为xat0.75 m隔离b物体，根据牛顿第二定律得fmbgsin mbab解得abgsin 9 m/s2此过程b物体的位移为xbv0tabt22.625 m两者间距为xbxal2.375 m.式题1 2016湖南衡阳月考 如图378所示，质量为m1和m2的两个材料相同的物体用细线相连，在大小恒定的拉力f作用下，先沿水平面，再沿斜面，最后竖直向上匀加速运动，不计空气阻力，在三个阶段的运动中，线上的拉力大小()图378a由大变小b由小变大c始终不变且大小为fd由大变小再变大答案：c解析 在水平面上时，对整体，由牛顿第二定律得f(m1m2)g(m1m2)a1，对质量为m1的物体，由牛顿第二定律得t1m1gm1a1，联立解得t1f；在斜面上时，对整体，由牛顿第二定律得f(m1m2)gcos (m1m2)gsin (m1m2)a2，对质量为m1的物体，由牛顿第二定律得t2m1gcos m1gsin m1a2，联立解得t2f；在竖直方向上运动时，对整体，由牛顿第二定律得f(m1m2)g(m1m2)a3，对质量为m1的物体，由牛顿第二定律得t3m1gm1a3，联立解得t3f.综上分析可知，线上的拉力大小始终不变且大小为f，选项c正确式题2 a、b两物体的质量分别为m1、m2，由轻质弹簧相连当用大小为f的恒力竖直向上拉着a，使a、b一起