高三物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 3 牛顿运动定律的综合应用课件.ppt

第三章牛顿运动定律 第三单元牛顿运动定律的综合应用 知识点一超重与失重 想一想 如图所示 是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景 请思考 1 火箭加速上升阶段 宇航员处于超重还是失重状态 2 当火箭停止工作后上升阶段 宇航员处于超重还是失重状态 3 当飞船在绕地球做匀速圆周运动阶段 宇航员处于超重还是失重状态 提示 1 火箭加速上升阶段 具有向上的加速度 处于超重状态 2 火箭停止工作后上升阶段具有向下的加速度 处于失重状态 3 神舟飞船绕地球做匀速圆周运动时 万有引力为其提供了向心加速度 处于完全失重状态 填一填 1 实重和视重 1 实重 物体实际所受的 它与物体的运动状态无关 2 视重 测力计所指示的数值 重力 2 超重 失重和完全失重比较 大于 小于 等于零 向上 向下 向下 减速下 降 减速 上升 练一练 一枚火箭由地面竖直向上发射 其速度和时间的关系图线如图所示 则 a t3时刻火箭距地面最远b t2 t3的时间内 火箭在向下降落c t1 t2的时间内 火箭处于失重状态d 0 t3的时间内 火箭始终处于失重状态 解析 由速度图像可知 在0 t3内速度始终大于零 表明这段时间内火箭一直在上升 t3时刻速度为零 停止上升 高度达到最高 离地面最远 a正确 b错误 t1 t2的时间内 火箭在加速上升 具有向上的加速度 火箭应处于超重状态 而在t2 t3时间内火箭在减速上升 具有向下的加速度 火箭处于失重状态 故c d错误 答案 a 知识点二整体法与隔离法 填一填 1 整体法当连接体内 即系统内 各物体的 相同时 可以把系统内的所有物体看成 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 加速度 一个整体 整体 2 隔离法当求系统内物体间 时 常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 外力和内力如果以物体系统为研究对象 受到系统之外的物体的作用力 这些力是该系统受到的 而系统内各物体间的相互作用力为 应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力 如果把某物体隔离出来作为研究对象 则内力将转换为隔离体的外力 相互作用的内力 隔离 隔离 外力 内力 练一练 如图所示 质量为m2的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上 并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为m1的物体1 与物体1相连接的绳与竖直方向成 角 则 答案 b 考向一超重与失重现象1 超重并不是重力增加了 失重并不是重力减小了 完全失重也不是重力完全消失了 在发生这些现象时 物体的重力依然存在 且不发生变化 只是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 发生了变化 即 视重 发生变化 2 只要物体有向上或向下的加速度 物体就处于超重或失重状态 与物体向上运动还是向下运动无关 3 尽管物体的加速度不是在竖直方向 但只要其加速度在竖直方向上有分量 物体就会处于超重或失重状态 4 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 典例1在升降电梯内的地板上放一体重计 电梯静止时 晓敏同学站在体重计上 体重计示数为50kg 电梯运动过程中 某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示 在这段时间内下列说法中正确的是 a 晓敏同学所受的重力变小了b 晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力c 电梯一定在竖直向下运动d 电梯的加速度大小为g 5 方向一定竖直向下 解题引路 解答本题时应注意以下三点 1 由体重计示数变化判断电梯的加速度方向 2 由牛顿第二定律可求电梯的加速度 3 无法确定电梯的速度方向 尝试解题 名师点睛 判断超重与失重现象的三个技巧 1 从受力的角度判断 当物体受向上的拉力 或支持力 大于重力时 物体处于超重状态 小于重力时处于失重状态 等于零时处于完全失重状态 2 从加速度的角度判断 当物体具有向上的加速度时处于超重状态 具有向下的加速度时处于失重状态 向下的加速度恰好等于重力加速度时处于完全失重状态 3 从速度变化角度判断 物体向上加速或向下减速时 超重 物体向下加速或向下减速时 失重 针对训练 1 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 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 故系统处于超重状态 所以可确定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d错误 答案 a 考向二整体法和隔离法的灵活应用整体法 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 典例2如图所示 水平桌面光滑 a b物体间的动摩擦因数为 可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力 a物体质量为2m b和c物体的质量均为m 滑轮光滑 砝码盘中可以任意加减砝码 在保持a b c三个物体相对静止共同向左运动的情况下 bc间绳子所能达到的最大拉力是 解题引路 1 a b和c向左加速运动的动力来源是什么 b和c向左加速运动的动力来源是什么 c向左加速运动的动力来源是什么 2 向左加速运动的加速度最大时a b间达到什么状态 提示 1 砝码通过绳的拉力 a b间的静摩擦力 b通过绳对c的拉力 2 达到最大静摩擦力 尝试解题 解析 因桌面光滑 当a b c三者共同的加速度最大时 fbc mca才能最大 这时 a b间的相互作用力fab应是最大静摩擦力2 mg 对bc整体来讲 fab 2 mg mb mc a 2ma a g 所以fbc mca mg 选项b正确 答案 b 名师点睛 1 涉及隔离法与整体法的具体问题类型 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 绳跨过定滑轮 连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同 故采用隔离法 2 水平面上的连接体问题 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 斜面体与上面物体组成的连接体的问题当物体具有沿斜面方向的加速度 而斜面体相对于地面静止时 解题时一般采用隔离法分析 2 解决这类问题的关键正确地选取研究对象是解题的首要环节 弄清各个物体之间哪些属于连接体 哪些物体应该单独分析 分别确定出它们的加速度 然后根据牛顿运动定律列方程求解 针对训练 2 如图所示 一质量为m 5kg的斜面放在光滑水平面上 斜面高度为h 1m m与m之间的动摩擦因数为0 8 m的质量为1kg 起初m在m竖直面上的最高点 现在使m受到一个大小为60n的水平恒力f的作用 并且同时释放m f作用持续了0 5s后撤去 求从撤去f到m落地 m的位移为多少 考向三临界极值问题分析临界或极值条件的标志 1 有些题目中有 刚好 恰好 正好 等字眼 明显表明题述的过程存在着临界点 2 若题目中有 取值范围 多长时间 多大距离 等词语 表明题述的过程存在着 起止点 而这些起止点往往就对应临界状态 3 若题目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明题述的过程存在着极值 这个极值点往往是临界点 4 若题目要求 最终加速度 稳定加速度 等 即是求收尾加速度或收尾速度 解题引路 1 滑块和木板都保持静止状态时水平恒力的最大值为多少 此时滑块与木板间的静摩擦力为多少 2 水平恒力多大时木板开始滑动但滑块与木板保持相对静止 此时加速度多大 3 水平恒力多大时滑块刚好开始滑动 名师点睛 求解临界极值问题的三种常用方法 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 特色专题之 两种模型的分析思路 一 传送带模型 分析思路1 模型特征一个物体以速度v0 v0 0 在另一个匀速运动的物体上开始运动的力学系统可看做 传送带 模型 如图 a b c 所示 2 建模指导传送带模型问题包括水平传送带问题和倾斜传送带问题 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等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻 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等时 物体所受的摩擦力有可能发生突变 解题引路 名师点睛 解答传送带问题应注意的事项 1 水平传送带上物体的运动情况取决于物体的受力情况 即物体所受摩擦力的情况 倾斜传送带上物体的运动情况取决于所受摩擦力与重力沿斜面的分力情况 2 传送带上物体的运动情况可按下列思路判定 相对运动 摩擦力方向 加速度方向 速度变化情况 共速 并且明确摩擦力发生突变的时刻是v物 v传 3 倾斜传送带问题 一定要比较斜面倾角与动摩擦因数的大小关系 迁移训练 1 如图甲为应用于机场和火车站的安全检查仪 用于对旅客的行李进行安全检查 其传送装置可简化为如图乙的模型 紧绷的传送带始终保持v 1m s的恒定速率运行 旅客把行李无初速度地放在a处 设行李与传送带之间的动摩擦因数 0 1 a b间的距离为2m g取10m s2 若乘客把行李放到传送带的同时也以v 1m s的恒定速率平行于传送带运动到b处取行李 则 二 滑块 木板模型 分析1 模型特点 上 下叠放两个物体 并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动 2 建模指导解此类题的基本思路 1 分析滑块和木板的受力情况 根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度 2 对滑块和木板进行运动情况分析 找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系 建立方程 特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移 例2 如图所示 质量m 4 0kg的长木板b静止在光滑的水平地面上 在其右端放一质量m 1 0kg的小滑块a 可视为质点 初始时刻 a b分别以v0 2 0m s向左 向右运动 最后a恰好没有滑离b板 已知a b之间的动摩擦因数 0 40 取g 10m s 求 解题引路 迁移训练 2 如图所示 长为l 2m 质量为m 8kg的木板 放在水平地面上 木板向右运动的速度v0 6m s时 在木板前端轻放一个大小不计 质量为m 2kg的小物块 木板与地面间 物块与木板间的动摩擦因数均为 0 2 g 10m s2 求 1 物块及木板的加速度大小 2 物块滑离木板时的速度大小 解析 由于木板保持静止 木板水平面上受到m施加的向右的滑动摩擦力和地面向左的静摩擦力而平衡 所以木板受到地面的摩擦力大小是 mg a正确 b错误 以m为研究对象 由于 mg m m g 故无论f多大 木板都不会运动 c错误 木块滑过木板过程中 产生的内能e mgx相对 mgl d正确 答案 ad 3 2015 广东江门一模 如图 质量为m的木块在水平向右的力f作用下在质量为m的木板上滑行 木板长度为l 保持静止 木块与木板 木板与地面间的动摩擦因数均为 说法正确的是 a 木板受到地面的摩擦力大小是 mgb 木板受到地面的摩擦力大小是 m m gc 当f m m g时 木板便会开始运动d 木块滑过木板过程中 产生的内能为 mgl 名校模题 1 2015 沈阳高三质检 电梯的顶部挂一个弹簧测力计 测力计下端挂了一个重物 电梯匀速直线运动时 弹簧测力计的示数为10n 在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8n 关于电梯的运动 如图所示 以下说法正确的是 g取10m s2 a 电梯可能向上加速运动 加速度大小为4m s2b 电梯可能向下加速运动 加速度大小为2m s2c 电梯可能向下减速运动 加速度大小为2m s2d 电梯可能向下减速运动 加速度大小为4m s2 解析 匀速运动时 f1 mg 示数为8n时 mg f2 ma 解 得 a 2m s2 方向向下 因此物体向下加速运动或向上减速运动 故b正确 答案 b 2 2015 江苏南京 盐城一模 将力传感器a固定在光滑水平桌面上 测力端通过轻质水平细绳与滑块相连 滑块放在较长的小车上 如图甲所示 传感器与计算机相连接 可获得力随时间变化的规律 一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮 一端连接小车 另一端系沙桶 整个装置开始处于静止状态 在物体与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙 力传感器采集的f t图像如乙图所示 则 a 2 5s前小车做变加速运动b 2 5s后小车做变加速运动c 2 5s前小车所受摩擦力不变d 2 5s后小车所受摩擦力不变 解析 由图像可知 在2 5s前小车与滑块一直保持静止 绳对小车的拉力变大 小车受到滑块的静摩擦力变大 a c错误 2 5s后滑块与小车发生相对运动 小车受到滑块的滑动摩擦力作用 d正确 由于绳对小车的拉力在变化 小车受到的滑动摩擦力不变 故2 5s后小车做变加速运动 b正确 答案 bd 必纠错题 3 如图所示 在光滑水平面上放着紧靠在一起的a b两物体 b的质量是a的2倍 b受到向右的恒力fb 2n a受到的水平力fa 9 2t n t的单位是s 从t 0开始计时 则 错解 易错选c 错因分析 本题的易错点在于许多同学不会分析临界条件 物理过程有先有后 在前一个物理过程与后一个物理过程之间存在的状态称之为临界状态 临界状态和一定的条件相对应 即 临界条件 高考真题 4 2014 北京理综 应用物理知识分析生活中的常见现象 可以使物理学习更加有趣和深入 例如平伸手掌托起物体 由静止开始