高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第3讲 牛顿运动定律的综合应用（一）课件.ppt

物理课标版 第3讲牛顿运动定律的综合应用 一 考点一连接体问题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 称为连接体 如果把其中某个 或几个 物体隔离出来 该 这几个 物体称为隔离体 2 外力和内力 1 以系统为研究对象 系统之外其他物体的作用力是系统受到的外力 而系统内各物体间的相互作用力为内力 2 求外力时应用牛顿第二定律列方程 且不考虑内力 如果把物体隔离出来作为研究对象 则这些内力将转换为隔离体的外力 1 加速度相同的连接体问题 1 若求解整体的加速度 可用整体法 整个系统看做一个研究对象 分析整体受外力情况 再由牛顿第二定律求出加速度 2 若求解系统内力 可先用整体法求出整体的加速度 再用隔离法将内力转化成外力 由牛顿第二定律求解 2 加速度不同的连接体问题 1 若系统内各个物体的加速度不同 一般应采用隔离法 以各个物体分别作为研究对象 对每个研究对象进行受力和运动情况分析 分别应 用牛顿第二定律建立方程 并注意应用各个物体的相互作用关系 联立求解 2 对某些加速度不同的连接体问题 也可以运用 类整体法 列方程求解设系统内有几个物体 这几个物体的质量分别为m1 m2 m3 加速度分别为a1 a2 a3 这个系统的合外力为f合 则这个系统的牛顿第二定律的表达式为f合 m1a1 m2a2 m3a3 其正交分解表达式为fx合 m1a1x m2a2x m3a3x fy合 m1a1y m2a2y m3a3y 对这个结论可以这样理解 先分别以系统中的每个物体为研究对象用牛顿第二定律 f1 m1a1 f2 m2a2 fn mnan 将以上各式等号左 右两 边分别相加 其中左边所有力中 凡属于系统内力的 总是成对出现的 其矢量和必为零 所以最后实际得到的是该系统所受的所有外力之和 即合外力f合 3 当系统内各物体由细绳通过滑轮连接 物体加速度大小相同时 也可以将绳等效在一条直线上用整体法处理 如图所示 m1 m2 可以由整体法列方程为 m1 m2 g m1 m2 a 1 1 2016湖南衡阳联考 16 质量不等的两木块a b 用跨过一轻质定滑轮的轻绳相连 在图示情况下 木块a b一起做匀速运动 若木块a b的位置互相交换 则木块a运动的加速度为 木块a b与桌面间的动摩擦因数均为 且 1 重力加速度为g 空气阻力 滑轮摩擦均不计 a 1 gb 1 2 gc gd 与木块a b的质量有关 答案aa b匀速运动过程 有mag mbga b互相交换后 有mbg mag ma mb a解得a 1 g故选a 1 2 2015课标 20 6分 多选 在一东西向的水平直铁轨上 停放着一列已用挂钩连接好的车厢 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 连接某两相邻车厢的挂钩p和q间的拉力大小为f 当机车在西边拉着车厢以大小为a的加速度向西行驶时 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 a 8b 10c 15d 18答案bc如图所示 假设挂钩p q东边有x节车厢 西边有y节车厢 每节车厢质量为m 当向东行驶时 以y节车厢为研究对象 则有f mya 当向西行驶时 以x节车厢为研究对象 则有f mxa 联立两式有y x 可见 列车总节数n x y x 设x 3n n 1 2 3 则n 5n 故可知选项b c正确 1 3 多选 如图所示 顶角为直角 质量为m的斜面体abc放在粗糙的水平面上 两个质量均为m的小物块 在顶端由静止开始同时沿两侧光滑斜面下滑 下滑过程中斜面体始终保持静止状态 设斜面体受到地面对它的支持力为fn 摩擦力为ff 两小物块落地前 下列判断正确的是 a fn mg 2mgb fn mg 2mgc ff 0d ff 0 答案bc将两小物块的加速度分解 如图所示设左侧斜面的倾角为 则右侧斜面的倾角为 两小物块沿光滑斜面均做匀加速直线运动 且加速度a1 gsin a2 gsin gcos 把斜面体和两小物块看成一个整体 因两小物块具有竖直向下的分加速度 所以整体处于失重状态 则地面对斜面体的支持力fn m 2m g ma1sin ma2cos m m g mg 2mg 选项a错误 b正确 由于整体水平方向受到的合力fx ma2sin ma1cos 0 所以地面对斜面体的摩擦力ff 0 选项c正确 d错误 方法指导求解连接体之间的作用力时 一般选受力较少的隔离体为研究对象 求解具有相同的加速度的连接体外部对物体的作用力或加速度时 一般选取整个系统整体为研究对象 大多数连接体问题需要整体法和隔离法的交替运用 考点二图像问题常见图像有v t图像 a t图像 f t图像 f a图像等 解答图像问题应注意以下几点 1 分清图像的类别 即分清横 纵坐标所代表的物理量 明确其物理意义 掌握物理图像所反映的物理过程 会分析临界点 2 注意图线中的一些特殊点 图线与横 纵坐标的交点 图线的转折点 两图线的交点等 所表示的物理意义 3 明确能从图像中获得哪些信息 把图像与具体的题意 情境结合起来 再结合斜率 特殊点 面积等的物理意义 确定从图像中反馈出来的有用信息 这些信息往往是解题的突破口或关键点 1 处理图像问题的关键是搞清图像所揭示的物理规律或物理量间的函数关系 全面系统地看懂图像中的 轴 线 点 斜率 面积 截距 等所表示的物理意义 在运用图像求解问题时 还需要具有将物理现象转化为图像问题的能力 运用图像解题包括两个方面 1 用给定的图像解答问题 2 根据题意去作图 运用图像去解答问题 2 图像语言 函数语言及文字语言构成表达物理过程与物理参数关系的三种语言 要求能够在任意两种语言间相互转换 以便用相对简单的方法解决物理问题 2 1 2016广东佛山二模 15 广州塔 昵称小蛮腰 总高度达600米 游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台 若电梯简化成只受重力与绳索拉力 已知电梯在t 0时由静止开始上升 a t图像如图所示 则下列相关说法正确的是 a t 4 5s时 电梯处于失重状态b 5 55s时间内 绳索拉力最小c t 59 5s时 电梯处于超重状态d t 60s时 电梯速度恰好为零 答案d利用a t图像可判断 t 4 5s时 电梯有向上的加速度 电梯处于超重状态 则a错误 0 5s时间内 电梯处于超重状态 拉力 重力 5s 55s时间内 电梯处于匀速上升过程 拉力等于重力 55s 60s时间内 电梯处于失重状态 拉力小于重力 综上所述 b c错误 因a t图线与t轴所围的 面积 代表速度改变量 而图中横轴上方的 面积 与横轴下方的 面积 相等 则t 60s时电梯的速度为零 d正确 2 2 2016湖南长沙一模 15 以相同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时 一个物体所受空气阻力可以忽略 另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比 下列用虚线和实线描述两物体运动的速率 时间图像可能正确的是 答案d在速率 时间图像中 斜率的绝对值表示物体运动的加速度大小 所受空气阻力可忽略的物体 其只受重力作用 加速度不变 图线为图中虚线 不可忽略空气阻力的物体 其所受空气阻力大小与速率成正比 为变力 图线为图中实线 对受空气阻力作用的物体分析知 其上升过程中速率越来越小 则其所受阻力越来越小 合力越来越小 加速度越来越小 当其到达最高点时速率为零 加速度等于重力加速度 其从最高点下落过程中 速率越来越大 阻力越来越大 合力越来越小 加速度越来越小 若其在落地前阻力已经等于重力 则其最后阶段做匀速运动 故选d 2 3 2015课标 20 6分 多选 如图 a 一物块在t 0时刻滑上一固定斜面 其运动的v t图线如图 b 所示 若重力加速度及图中的v0 v1 t1均为已知量 则可求出 a 斜面的倾角b 物块的质量c 物块与斜面间的动摩擦因数d 物块沿斜面向上滑行的最大高度 答案acd设物块的质量为m 斜面的倾角为 物块与斜面间的动摩擦因数为 物块沿斜面上滑和下滑时的加速度大小分别为a1和a2 根据牛顿第二定律有 mgsin mgcos ma1 mgsin mgcos ma2 再结合v t图线斜率的物理意义有 a1 a2 由上述四式可见 无法求出m 可以求出 故b错 a c均正确 0 t1时间内的v t图线与横轴包围的面积大小等于物块沿斜面上滑的最大距离 已求出 故可以求出物块上滑的最大高度 故d正确 方法指导在解答图像问题时要特别注意图像与解析式的对应性 通过解析式可以很好地解读图像信息 考点三临界极值问题临界或极值条件的标志 1 题目中 刚好 恰好 正好 等关键词 明显表明题述的过程存在着临界点 2 题目中 取值范围 多长时间 多大距离 等词句 表明题述过程存在着 起止点 而这些起止点一般对应着临界状态 3 题目中 最大 最小 至多 至少 等关键词 表明题述的过程存在着极值 这个极值点往往是临界点 力学中常见临界条件 1 接触与脱离的临界条件 两物体相接触或脱离 临界条件是 弹力fn 0 2 相对滑动的临界条件 两物体相接触且处于相对静止时 常存在着静摩擦力 则相对滑动的临界条件是 静摩擦力达到最大值 3 绳子断裂与松弛的临界条件 绳子所能承受的张力是有限的 绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力 绳子松弛的临界条件是ft 0 4 加速度最大与速度最大的临界条件 当物体在变化的外力作用下运动时 其加速度和速度都会不断变化 当所受合外力最大时 具有最大加速度 合外力最小时 具有最小加速度 当出现速度有最大值或最小值的临界条件时 物体处于临界状态 所对应的速度便会出现最大值或最小值 3 1 2016广东广州模拟 20 多选 如图所示 质量为m的球置于斜面上 被一个竖直挡板挡住 现用一个恒力f拉斜面 使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动 忽略一切摩擦 以下说法中正确的是 a 若加速度足够小 竖直挡板对球的弹力可能为零b 若加速度足够大 斜面对球的弹力可能为零c 斜面对球的弹力大小与加速度大小无关d 斜面 挡板对球的弹力与球的重力三者的合力等于ma 答案cd小球与斜面具有共同的加速度 即在水平面上向右做匀加速直线运动 对小球进行受力分析 受重力mg 挡板的弹力f1和斜面的弹力f2 根据牛顿第二定律得合力f合 ma d对 设斜面倾角为 则对小球 竖直方向 f2cos mg 解得f2 故b错 c对 水平方向 f1 f2sin ma 不论加速度a是大还是小 f1都不可能为零 故a错 3 2 2016安徽合肥质检 如图所示 一长l 2m 质量m 4kg的薄木板 厚度不计 静止在粗糙的水平台面上 其右端距平台边缘l 5m 木板的正中央放有一质量为m 1kg的小物块 可视为质点 已知木板与地面 物块与木板间动摩擦因数均为 1 0 4 现对木板施加一水平向右的恒力f 其大小为48n g取10m s2 试求 1 f作用了1 2s时 木板的右端离平台边缘的距离 2 要使小物块最终不能从平台上滑出去 则物块与平台间的动摩擦因数 2应满足的条件 答案 1 0 64m 2 2 0 2解析 1 假设开始时物块与木板相对滑动 由牛顿第二定律得 对木板 f 1 m m g 1mg ma1 a1 6m s2对物块 1mg ma2 a2 4m s2假设成立 设f作用t时间后 物块恰好从木板左端滑离 则 a1t2 a2t2 t 1s在此过程 木板位移 x1 a1t2 3m末速度 v1 a1t 6m s物块位移 x2 a2t2 2m末速度 v2 a2t 4m s小物块从木板上滑落后运动t0 1 2s 1s 0 2s时间内由牛顿第二定律得 对木板 f 1mg ma1 a1 8m s2 木板发生的位移 x1 v1t0 a1 1 36m此时木板距平台右边缘的距离 x l x1 x1 0 64m 2 小物块滑落至平台后 做匀减速直线运动 由牛顿第二定律 对物块 2mg ma2 a2 2g若小物块在平台上速度减为0 则通过的位移 x2 要使物块最终不会从平台上滑下去 则需满足 l x2 x2 联立以上各式解得 2 0 2 3 3 2013山东理综 22 15分 如图所示 一质量m 0 4kg的小物块 以v0 2m s的初速度 在与斜面成某一夹角的拉力f作用下 沿斜面向上做匀加速运动 经t 2s的时间物块由a点运动到b点 a b之间的距离l 10m 已知斜面倾角 30 物块与斜面之间的动摩擦因数 重力加速度g取10m s2 1 求物块加速度的大小及到达b点时速度的大小 2 拉力f与斜面夹角多大时 拉力f最小 拉力f的最小值是多少 答案 1 3m s28m s 2 30 n解析 1 设物块加速度的大小为a 到达b点时速度的大小为v 由运动学公式得l v0t at2 v v0 at 联立 式 代入数据得a 3m s2 v 8m s 2 设物块所受支持力为fn 所受摩擦力为ff 拉力与斜面间的夹角为 受 力分析如图所示 由牛顿第二定律得fcos mgsin f