高考物理大一轮复习 第三章 牛顿运动定律（第3课时）牛顿运动定律的应用课件.ppt

第3课时牛顿运动定律的应用 回扣教材 考点扫描 真题在线 回扣教材 梳理知识夯基础 知识整合 一 超重 失重和完全失重比较 大于 小于 等于零 竖直向上 竖直向下 竖直向下 g mg ma mg ma 0 加速 减速 加速 减速 加速 减速 加速度 二 牛顿运动定律的应用1 整体法 当相互作用的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 在相互作用的系统内 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 3 外力和内力 1 如果以物体系统为研究对象 所受系统之外物体的作用力是该系统受到的 而系统内各物体间的相互作用力为 2 应用牛顿第二定律对整体列方程时不考虑 如果把某物体隔离出来作为研究对象 则内力转变为物体的 整体 整体 隔离 隔离 外力 内力 内力 外力 问题思考 必修1p88图4 7 3 答案 1 mgm g a 1 如图所示 人的质量为m 站在体重计上随电梯运动 1 当电梯以加速度a加速上升或以加速度a减速下降时 人的重力是多少 体重计的示数f是多少 解析 1 沿竖直向上的方向建立坐标轴oy 根据牛顿第二定律有f g ma 得出f g ma m g a 由牛顿第三定律可知f m g a 即体重计的示数为m g a 人的重力为mg 2 当电梯以加速度a加速下降或以加速度a减速上升时 体重计的示数f又是多大 解析 2 根据牛顿第二定律有g f ma 得出f g ma m g a 由牛顿第三定律可知f m g a 即体重计的示数为m g a 答案 2 m g a 2 必修1p90例题3改编 以10m s的速度从地面竖直向上抛出一个物体 空气阻力忽略不计 1 从受力角度分析竖直上抛运动的加速度有什么特点 竖直上抛运动是什么性质的运动 2 分别计算1 0s 1 6s时物体的速度 取g 10m s2 解析 1 物体在竖直上抛运动过程中只受重力作用 所以加速度就是重力加速度 大小 方向不变 由于物体的初速度 加速度都沿竖直方向 所以它的运动不可能偏离竖直方向 所以竖直上抛运动是匀变速直线运动 2 以地面为原点 竖直向上建立坐标轴ox 如图所示 则初速度v0 10m s 加速度a g 10m s2 t1 1 0s t2 1 6s 则v1 v0 at1 v2 v0 at2 得出v1 0 v2 6m s 号表示物体的速度方向竖直向下 答案 1 加速度不变匀变速直线运动 2 06m s 方向竖直向下 3 若将两个物体叠放在一起 以10m s的速度从地面竖直向上抛出 则在空中时两物体间的相互作用力是多大 解析 3 由于两个物体在空中时都具有竖直向下的加速度g 它们都处于完全失重状态 物体间无相互作用力 答案 3 无相互作用力 考点扫描 重点透析通热点 考点一对超重 失重的理解 要点透析 1 不论超重 失重或完全失重 物体的重力都不变 只是 视重 改变 2 物体是否处于超重或失重状态 不在于物体向上运动还是向下运动 而在于物体是具有向上的加速度 或加速度分量 还是向下的加速度 或加速度分量 3 当物体处于完全失重状态时 重力只有使物体产生a g的加速度效果 不再有其他效果 此时 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如物体悬浮空中 天平失效 液体不再产生压强和浮力 天宫二号 中的航天员躺着和站着睡觉一样舒服等 典例突破 例1 2016 合肥质检 据某网站消息 安徽凤阳县7岁 大力士 杨金龙出名后 南京 天津等地诸多体育专业学校纷纷向他抛出橄榄枝 最终 在安徽省举重队推荐下小金龙选择了铜陵市业余体校举重队 教练盛红星称 在省队测试的时候 小金龙不仅举起45kg杠铃 还背起体重高达120kg的王军教练 简直能 秒杀同龄的施瓦辛格 g 10m s2 请计算 1 在以a1 2m s2匀加速下降的电梯中小金龙能举起杠铃的质量是多少 2 在以a2 2m s2匀加速上升的电梯中小金龙能背起的质量又是多少 审题指导 解析 1 小金龙能举起45kg的杠铃 说明其最大的 举力 是f1 mg 450n 在以a1 2m s2匀加速下降的电梯中 设其能举起杠铃的质量为m1 则有m1g f1 m1a1 解得m1 56 25kg 2 小金龙能背起120kg的王军 说明其背负的最大力可达f2 mg 1200n 在以a2 2m s2匀加速上升的电梯中 设其能背起的质量为m2 则有f2 m2g m2a2 解得m2 100kg 答案 1 56 25kg 2 100kg 题后反思超重 失重问题的求解思路 1 无论是超重还是失重问题 其实质均是竖直方向上存在加速度 因此 在竖直方向上均应用牛顿第二定律列式求解 2 先要对物体进行受力分析 一定要找准竖直方向上的受力情况 必要时应运用正交分解法分析倾斜的受力 然后根据加速度情况结合牛顿第二定律列出方程组求解 1 由 视重 判断超 失重 2016 河北邯郸模拟 在箱式电梯里的台秤秤盘上放着一物体 当电梯静止时 台秤的照片如图甲所示 在电梯启动后的一段过程中 某人在不同时刻拍了乙 丙 丁三张照片 如图所示 从这三张照片可判定 a 拍摄乙照片时 电梯一定处于加速下降状态b 拍摄丙照片时 电梯可能处于减速上升状态c 拍摄丙照片时 电梯可能处于加速上升状态d 拍摄丁照片时 电梯可能处于减速上升状态 即时巩固 d 解析 甲照片中电梯静止不动 压力等于重力 乙照片中压力大于重力 处于超重状态 加速度向上 可能加速上升 也可能减速下降 故选项a错误 丙照片中压力等于重力 加速度为零 电梯做匀速运动 故选项b c错误 丁照片中压力小于重力 处于失重状态 加速度向下 电梯可能处于减速上升状态 也可能处于加速下降状态 故选项d正确 2 超重 失重问题的分析和计算 多选 北京欢乐谷游乐场天地双雄是目前亚洲唯一的双塔太空梭 它是能体验强烈失重 超重感觉的娱乐设施 先把乘有十多人的座舱送到76m高的地方 让座舱自由落下 当落到离地面28m时制动系统开始启动 座舱匀减速运动到地面时刚好停止 若某游客手中托着质量为1kg的饮料瓶进行这个游戏 g取9 8m s2 则 a 当座舱落到离地面高度为40m的位置时 饮料瓶对手的作用力大于9 8nb 当座舱落到离地面高度为40m的位置时 饮料瓶对手的作用力为零c 当座舱落到离地面高度为15m的位置时 饮料瓶对手的作用力小于9 8nd 当座舱落到离地面高度为15m的位置时 手要用26 6n的力才能托住饮料瓶 bd 考点二动力学中的连接体问题 要点透析 1 连接体的分类根据两物体之间相互连接的媒介不同 常见的连接体可以分为三大类 1 绳 杆 连接 两个物体通过轻绳或轻杆的作用连接在一起 2 弹簧连接 两个物体通过弹簧的作用连接在一起 3 接触连接 两个物体通过接触面的弹力或摩擦力的作用连接在一起 4 滑轮连接 两个物体由细绳通过滑轮 定 动滑轮 连接 2 连接体的运动特点轻绳 轻绳在伸直状态下 两端的连接体沿绳方向的速度总是相等 轻杆 轻杆平动时 连接体具有相同的平动速度 轻杆转动时 连接体具有相同的角速度 而线速度与转动半径成正比 轻弹簧 在弹簧发生形变的过程中 两端连接体的速率不一定相等 在弹簧形变最大时 两端连接体的速率相等 3 解题思路动力学问题涉及多个物体时 各物体既相互独立 又通过内力相互联系 处理各物体加速度都相同的连接体问题时 整体法与隔离法往往交叉使用 一般思路是 1 求内力时 先用整体法求加速度 再用隔离法求物体间的作用力 2 求外力时 先用隔离法求加速度 再用整体法求整体受到的外加作用力 典例突破 例2 2016 海南卷 13 水平地面上有质量分别为m和4m的物块a和b 两者与地面间的动摩擦因数均为 细绳的一端固定 另一端跨过轻质动滑轮与a相连 动滑轮与b相连 如图所示 初始时 绳处于水平拉直状态 若物块a在水平向右的恒力f作用下向右移动了距离x 重力加速度大小为g 求 1 物块b克服摩擦力所做的功 核心点拨 1 施加恒力f后物块a的位移是物块b的位移的2倍 解析 1 物块a移动了距离x 则物块b移动的距离为x1 x 物块b受到的摩擦力大小为ff 4 mg 物块b克服摩擦力所做的功为w ffx1 2 mgx 答案 1 2 mgx 2 物块a b的加速度大小 核心点拨 2 细绳跨过滑轮 细绳中各处张力大小相等 题后反思解决滑轮类连接体问题的注意要点 1 细绳跨过滑轮时 绳中各处张力处处相同 2 两物体通过定滑轮连接时 其速度 加速度大小相等 方向不同 两物体通过动滑轮连接时 绳对滑轮的作用力f 2ft ft为绳的张力 两物体间位移 速度 加速度关系由几何关系确定 1 接触连接中的动力学问题 如图所示 质量为m的木楔abc静置于粗糙水平面上 在斜面顶端将一质量为m的物体 以一定的初速度从a点沿平行斜面的方向推出 物体m沿斜面向下做减速运动 在减速运动过程中 下列有关说法中正确的是 a 地面对木楔的支持力大于 m m gb 地面对木楔的支持力小于 m m gc 地面对木楔的支持力等于 m m gd 地面对木楔的摩擦力为0 即时巩固 解析 由于物体m沿斜面向下做减速运动 则物体的加速度方向与运动方向相反 即沿斜面向上 则其沿竖直向上的方向有分量 故木楔与物体组成的系统处于超重状态 即水平面的支持力大于系统重力 则选项a正确 b c错误 同理可知 加速度沿水平方向的分量向右 说明地面对木楔的摩擦力方向水平向右 故选项d错误 a 2 导学号00622180 隔离法解决连接体问题 2016 石家庄二模 如图所示 质量均为m 3kg的物块a b紧挨着放置在粗糙的水平地面上 物块a的左侧连接一劲度系数为k 100n m的轻质弹簧 弹簧另一端固定在竖直墙壁上 开始时两物块压紧弹簧并恰好处于静止状态 现使物块b在水平外力f作用下向右做加速度a 2m s2的匀加速直线运动直至与a分离 已知两物块与地面的动摩擦因数均为 0 5 g 10m s2 求 1 物块a b分离时 所加外力f的大小 解析 1 物块a b分离时 对b有 f mg ma 解得f 21n 答案 1 21n 2 物块a b由静止开始运动到分离所用的时间 解析 2 开始时 对a b整体有 kx1 2 mg b与a分离时 对a有 kx2 mg ma 此过程中x1 x2 at2 解得t 0 3s 答案 2 0 3s 考点三动力学中的临界极值问题 要点透析 1 动力学中的临界极值问题在应用牛顿运动定律解决动力学问题中 当物体运动的加速度不同时 物体有可能处于不同的状态 特别是题目中出现 最大 最小 刚好 等词语时 往往会有临界值出现 2 产生临界问题的条件 1 两物体脱离的临界条件 弹力fn 0 加速度相同 速度相同 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 静摩擦力达到最大值 3 绳子拉断与松弛的临界条件 绳子断时 绳中张力等于它所能承受的最大张力 绳子松弛时 张力ft 0 3 临界问题的常用解法 1 极限法 把物理问题 或过程 推向极端 从而使临界现象 或状态 暴露出来 以达到正确解决问题的目的 2 假设法 临界问题存在多种可能 特别是非此即彼两种可能时或变化过程中可能出现临界条件 也可能不出现临界条件时 往往用假设法解决问题 3 数学方法 将物理过程转化为数学公式 根据数学表达式解出临界条件 典例突破 例3 如图所示 一轻质弹簧的一端固定于倾角 30 的光滑斜面的顶端 另一端系有质量m 0 5kg的小球 小球被一垂直于斜面的挡板挡住 此时弹簧恰好为自然长度 现使挡板以恒定加速度a 2m s2沿斜面向下运动 斜面足够长 已知弹簧的劲度系数k 50n m g取10m s2 1 求小球开始运动时挡板对小球的弹力大小 2 求小球从开始运动到与挡板分离时弹簧的伸长量 审题图示 解析 1 设小球开始运动时受挡板的作用力为f1 此时弹簧对小球作用力为零 由牛顿第二定律有mgsin f1 ma 得f1 1 5n 答案 1 1 5n 2 3cm 题后反思对接触与脱离的临界条件的理解 1 两物体接触过程中 其间存在弹力 同时不能忽略两物体具有相同的速度和加速度 2 两物体脱离的瞬间弹力恰好消失 同时不能忽略两物体的速度和加速度依然相同 1 相对滑动的临界条件 2016 东北三省三校模拟 如图所示 物块a放在木板b上 a b的质量均为m a b之间的动摩擦因数为 b与地面之间的动摩擦因数为 已知a b之间和b与地面之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 若将水平力作用在a上 使a刚好要相对b滑动 此时a的加速度为a1 若将水平力作用在b上 使b刚好要相对a滑动 此时b的加速度为a2 则a1与a2之比为 a 1 1b 2 3c 1 3d 3 2 即时巩固 c 解析 以猴子为研究对象 有ft mg ma 以重物为研究对象 有ft fn mg 若重物不离开地面 则有fn 0 联立以上各式 解得a 即a 4m s2 选项c正确 2 导学号00622181 有无挤压的临界条件 一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮 绳的一端系一质量m 14kg的重物 重物静止于地面上 有一质量m 10kg的猴子 从绳的另一端沿绳上爬 如图所示 不计滑轮摩擦 在重物不离开地面条件下 猴子向上爬的最大加速度为 取g 10m s2 a 2 5m s2b 5m s2c 4m s2d 0 5m s2 c 3 导学号00622182 细绳是否拉断的临界条件 如图所示 一条轻绳上端系在车的左上角的a点 另一条轻绳一端系在车左端b点 b点在a点的正下方 a b距离为b 两条轻绳另一端在c点相连并系一个质量为m的小球 轻绳ac长度为b 轻绳bc长度为b 两条轻绳能够承受的最大拉力均为2mg 1 轻绳bc刚好被拉直时 车的加速度是多大 要求画出受力图 答案 见解析 2 在不拉断轻绳的前提下 求车向左运动的最大加速度是多大 要求画出受力图 答案 见解析 解析 2 小车向左的加速度增大 ab bc绳方向不变 所以ac轻绳拉力不变 bc轻绳拉力变大 bc轻绳拉力最大时 小车向左的加速度最大 小球受力如图 乙 所示 由牛顿第二定律 得ftm mgtan mam 因这时ftm 2mg 所以最大加速度为am 3g 考点四 滑块 滑板 模型 要点透析 题组例练 1 滑块与滑板间相对静止与相对运动的分析 2016 陕西西安期中 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 若物体之间的滑动摩擦力ff的大小等于最大静摩擦力 且a b的质量相等 则下列图中可以定性地描述长木板b运动的v t图像的是 b 2 导学号00622183 结合运动图像解决 滑块 滑板 问题 2016 山东潍坊模拟 如图 甲 所示 质量m 3kg的同种木材制作的木板p的上表面由倾角 37 的斜面bc和水平面ab构成 斜面和水平面平滑对接于b点 木板右侧靠在竖直墙壁上 地面光滑 t 0时 质量m 1kg的小滑块q从斜面顶点c由静止释放 2s后到达b点 其运动的v t图线如图 乙 所示 取sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 1 斜面bc的长度 答案 1 9 6m 2 t 6 8s时 木板p与滑块q的速度大小 答案 2 2 4m s2 4m s 3 导学号00622184 滑块 滑板模型在实际中的应用 2016 四川卷 10 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 如图竖直平面内 制动坡床视为水平面夹角为 的斜面 一辆长12m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23m 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4m时 车头距制动坡床顶端38m 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 10m s2 求 1 货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向 解析 1 设货物的质量为m 货物在车厢内滑动过程中 货物与车厢的动摩擦因数 0 4 受摩擦力大小为f 加速度大小为a1 则f mgsin ma1f mgcos 联立并代入数据得a1 5m s2a1的方向沿制动坡床向下 答案 1 5m s2 方向沿制动坡床向下 解析 2 设货车的质量为m 车尾位于制动坡床底端时的车速为v 23m s 货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0 38m的过程中 用时为t 货物相对制动坡床的运动距离为s1 在车厢内滑动的距离s 4m 货车的加速度大小为a2 货车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 k 0 44 货车长度l0 12m 制动坡床的长度为l 则mgsin f f ma2f k m m gs1 vt a1t2s2 vt a2t2s s1 s2l l0 s0 s2联立并代入数据得l 98m 答案 2 98m 2 制动坡床的长度 真题在线 体验高考提素能 1 2015 全国 卷 20 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 bc 2 2011 全国新课标卷 21 如图所示 在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板 其上叠放一质量为m2的木块 假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等 现给木块施加一随时间t增大的水平力f kt k是常数 木板和木块加速度的大小分别为a1和a2 下列反映a1和a2变化的图线中正确的是 a 3 2015 江苏卷 6 多选 一人乘电梯上楼 在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示 以竖直向上为a的正方向 则人对地板的压力 a t 2s时最大b t 2s时最小c t 8 5s时最大d t 8 5s时最小 解析 地板对人的支持力fn mg ma t 2s时 a有正的最大值 此时fn最大 a正确 b错误 t 8 5s时 a有负