高考物理一轮总复习 专题三 第3讲 牛顿运动定律的应用课件.ppt

第3讲牛顿运动定律的应用 考点1 动力学的两类基本问题 1 第一类问题 已知物体的受力情况 求物体的运动情况 如物体运动的速度 时间 位移等 2 第二类问题 已知物体的运动情况 求物体的受力情况 如所受某个力的大小和方向 3 动力学两类基本问题的分析流程 图3 3 1 4 应用牛顿运动定律解题的一般步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 确定某 一物体或几个物体组成的系统研究对象 2 分析物体的受力情况和运动情况 画好受力示意图 明 确物体的运动性质和运动过程 3 利用牛顿第二定律 在受力情况已知时 或结合运动学公 式 在运动情况已知时 进行求解 4 必要时对结果进行讨论 跟踪训练 1 一物体初速度v0 5m s 沿着倾角37 的斜面匀加速向下运动 若物体和斜面间的动摩擦因数为0 25 则物体3s末的 c 速度为 斜面足够长 取g 10m s2 a 12m sb 15m sc 17m sd 20m s 2 用一水平恒力将质量为250kg的木箱由静止开始沿水平地面推行50m 历时10s 若物体受到的阻力是物重的0 1倍 则外加的推力多大 取g 10m s2 设水平恒力为f 根据牛顿第二定律 有f f ma又f 0 1mg由以上式子解得f 500n 考点2 超重和失重 1 超重和失重的定义 1 超重 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 物体所受重力的现象 大于 2 失重 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 物体所受重力的现象 小于 3 完全失重 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 为 的现象 零 2 发生超重或失重现象的条件 上 加速 减速 1 发生超重现象的条件 具有向 的加速度 如物体向上做 运动或向下做 运动 2 发生失重现象的条件 具有向 的加速度 如物体做向上 运动或向下 运动 3 拓展 物体运动时 只要加速度具有向上的分量 物体就处于超重状态 同理只要加速度具有向下的分量 物体就处 于失重状态 减速 加速 下 3 超重和失重的本质 超重和失重在本质上并不是物体受到的重力 实重 发生了变化 而是物体在竖直方向有加速度时 物体对支持物的压力或对悬绳的拉力 视重 发生了变化 即看起来好象物体的重力变了 但实际上物体的重力并没有发生变化 跟踪训练 3 下列关于超重和失重的说法中 正确的是 d a 物体处于超重状态时 其重力增加了b 物体处于完全失重状态时 其重力为零c 物体处于超重或者失重状态时 其惯性比物体处于静止状态时增加或减小了d 物体处于超重或者失重状态时 其质量和受到的重力都没有发生变化解析 不管是超重还是失重 发生变化的是视重 而物体的实际重力并没有变化 衡量物体惯性大小的因素为物体的质量 超重和失重时物体的质量均无变化 所以惯性也未变化 4 2011年广东五校联考 一个人站在医用体重计的测盘 上 在下蹲的全过程中 指针示数变化应是 d a 先减小 后还原c 始终不变 b 先增大 后还原d 先减小 后增大 再还原 解析 下蹲的过程 是由静止开始 然后蹲下到底的时候还是速度为零 那么要满足这一过程 只有向下先加速后减速 就类似电梯的运动过程 那么加速阶段 g n ma 指针读数 支持力重力 后增大 最后当蹲下静止时 n又等于g 所以先减小后增大最后还原到最初值 5 双选 2011年珠海质检 一个质量为50kg的人 站在电梯中的台秤上 当电梯以2m s2的加速度上升时 下列说法 正确的是 取g 10m s2 a 人对台秤的压力为500nb 人受到的重力为500nc 台秤的示数是600nd 台秤对人的支持力为500n 解析 人受到的重力不会变化 重力依然为500n 故b正确 人对地板的压力 地板对人的支持力n 人和电梯保持相对静止 所以人向上的加速度也为2m s2 人处于超重 对人进行受力分析 受到重力和地板的支持力n n mg ma 支持力n mg ma 50 10 50 2 n 600n c正确 故正确答案为b c 答案 bc 热点1 用牛顿运动定律解决连接体问题 方法简介 1 正交分解法 当物体的受力情况较复杂时 根据物体所受力的具体情况和运动情况建立合适的直角坐标系 利用正交分解法来解 2 整体法与隔离法利用牛顿第二定律处理连接体问题时 常用的方法是整体法和隔离法 1 整体法 当系统中各物体的加速度都相同时 我们可以把系统中所有物体看成一个整体 可先分析整体的受力情况和运动情况 然后根据牛顿第二定律 求出整体所受外力的某一未知力或加速度 2 隔离法 为解题方便 当求系统内物体间相互作用力时 常将某个研究对象从系统中 隔离 出来 进行受力分析 应用相应的定律来分析求解 处理连接体问题时 整体法和隔离法在解题中往往是交替使用 一般的思路是先用整体法求加速度 再用隔离法求物体间的作用力 例1 双选 如图3 3 2所示 水平地面上两个完全相同的物体a和b紧靠在一起 在水平推力f的作用下运动 fab 代表a b间的作用力 则 图3 3 2a 若地面完全光滑 则fab f b 若地面完全光滑 则fab f2 c 若地面的动摩擦因数为 则fab f d 若地面的动摩擦因数为 则fab f2 f 2 mg g 审题突破 物体a b在力f的作用下一起向右加速运动 具有相同的加速度 故先用整体法求解运动的加速度 再用隔离法求解它们之间的作用力 所以a 2m f2m 隔离b 则有fab mg ma 解析 设物体的质量为m 且与地面间有摩擦 a b加速度相同 以整体为研究对象 由牛顿第二定律得f 2 mg 2ma 答案 bd备考策略 连接体问题是牛顿第二定律应用中的重点 连接体内各物体具有相同的加速度时 可以把它们视为一整体 利用整体法求出加速度 再结合隔离法求解它们之间的作用力 易出现错误的地方是对物体进行受力分析 触类旁通 1 双选 2010年东莞一中模拟 如图3 3 3所示 a b两物体质量分别为ma mb 紧靠着放在光滑水平面上 现用水平力f推a 用fn表示a对b的压力 以下判断正确的 是 a 若ma mb 则fn fb 若ma mb 则fn f c 若ma mb 则fnmb 则fn f 图3 3 3 解析 本题无需计算 由于整体与b的加速度相同 故整体受的合外力f一定大于b受的合外力 故选择b c bc 热点2 超重和失重 例2 双选 广东六校2011届高三联考 如图3 3 4所示 轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上 弹簧下端悬挂一个小铁球 在电梯运行时 乘客发现弹簧的伸长量比电梯静 止时的伸长量大了 这一现象表明 a 电梯一定是在下降b 电梯可能是在上升c 电梯的加速度方向一定是向下d 乘客一定处在超重状态 图3 3 4 思路点拨 弹簧的伸长量变大 说明弹簧的弹力变大 从 而判断出小铁球的合外力向上和加速度向上 解析 电梯静止时 弹簧的拉力和小铁球所受重力相等 现在 弹簧的伸长量变大 则弹簧的拉力变大 小铁球的合力方向向上 加速度方向向上 小铁球处于超重状态 但电梯可以是加速向上运动或减速向下运动 答案 bd 备考策略 超重和失重现象是生产和生活中常见的现象 近年高考比较注重对本部分的考查 解决此类问题的实质是牛顿第二定律的应用 注意 我们判断物体处于超重或失重状态是看加速度方向如何 而不是看速度方向 触类旁通 2 2011年石家庄模拟 几位同学为了探究电梯起动和制动时的加速度大小 他们将体重计放在电梯中 一位同学站在体重计上 然后乘坐电梯从1层直接到10层 之后又从10层直接回到1层 并用照相机进行了相关记录 如图3 3 5所示 他们根据记录 进行了以下推断分析 其中正确的是 图3 3 5 a 根据图 b 和图 c 可估测出电梯向上起动时的加速度b 根据图 a 和图 b 可估测出电梯向上制动时的加速度c 根据图 a 和图 e 可估测出电梯向下制动时的加速度d 根据图 d 和图 e 可估测出电梯向下起动时的加速度答案 c 热点3 用牛顿运动定律解决摩擦力的突变问题 方法简介 在物体的运动状态发生变化的过程中 往往达到某一个特定状态时 有关的物理量将发生突变 此状态即为临界状态 相应的物理量的值为临界值 当物体受力或运动发生变化时 摩擦力常发生突变 摩擦力的突变 又会导致物体的受力情况和运动性质的突变 其突变点 时刻或位置 往往具有很深的隐蔽性 稍不留心就容易出错 解决摩擦力发生突变时的临界问题的关键在于分析突变情况 找出摩擦力突变的点 例3 双选 如图3 3 6所示 物体a和b叠放在光滑的水平面上 a b的质量分别为ma 2kg mb 6kg 为了保持a与b相对静止在水平面上做加速运动 作用在b上的水平拉力f不能超过4n 如果将此水平拉力作用在物体a上 则 可能出现的运动情况是 图3 3 6a a b仍相对静止一起加速运动b a b将发生相对运动c a做匀速运动 b做加速运动d a b一起做匀速运动 审题突破 静摩擦力是被动力 其存在及大小 方向取决于物体间的相对运动的趋势 而且静摩擦力存在最大值 存在静摩擦的连接系统 相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值 解析 设a和b之间最大静摩擦力为fmax 当水平拉力f 作用在b上时 则 f ma mb a fmax maa所以fmax 1n 当水平拉力作用在a上时 a b不发生相对运动 一起 运动的最大加速度和拉力的最大值分别为 所以当fmax f 4n时 a b将发生相对运动 a b都做加速运动 当f fmax时 a b仍相对静止都做加速运动 故选项a b正确 答案 ab同类延伸 解决摩擦力发生突变时的临界问题重在形成清晰的物理图景 分析清楚物理过程 从而找出临界条件或达到极值的条件 静摩擦力为零的状态 是方向变化的临界状态 静摩擦力到达最大值 是物体恰好保持相对静止的临界状态 触类旁通 3 如图3 3 7所示 木块a b静止叠放在光滑水平面上 a的质量为m b的质量为2m 现施加水平力f拉b a b刚好不发生相对滑动 一起沿水平面运动 若改为水平力f 拉a 使a b也保持相对静止 一起沿水平面运动 则f 不 得超过 图3 3 7 a 2f b f2 c 3f d f3 解析 水平力f拉b时 a b刚好不发生相对滑动 这实际上是将要滑动 但尚未滑动的一种临界状态 从而可知此时a b间的摩擦力即为最大静摩擦力 先用整体法考虑 对a b整体 f m 2m a再将a隔离可得a b间最大静摩擦力为fm ma 解以上两方程组得fm f3 若将f 作用在a上 隔离b可得 b能与a一起运动 而a b不发生相对滑动的最大加速度a fm2m 再用整体法考虑 对a b整体 f m 2m a 答案 b 4 如图3 3 8所示 物体a b的质量分别为ma 1kg mb 2kg a b间静摩擦力的最大值是5n 水平面光滑 用水平力f拉b 当拉力大小分 别是f 10n和f 20n时 a b的加速度 各多大 解 先确定临界值 即刚好使a b发生相对滑动的f值 当a b间的静摩擦力达到5n时 既可以认为它们仍然保持相对静止 有共同的加速度 又可以认为它们间已经发生了相对滑动 a在滑动摩擦力作用下加速运动 这时以a为研究对象得到a 5m s2 再以a b系统为研究对象得到f ma mb a 15n 图3 3 8 3 3m s2 1 当f 10n 15n时 a b一定仍相对静止 所以 aa ab fma mb 2 当f 20n 15n时 a b间一定发生了相对滑动 用质点组牛顿第二定律列方程得f maaa mbab而aa 5m s2可以得到ab 7 5m s2 例4 2010年济宁一模 如图3 3 9所示 质量为m 8kg的小车b放在光滑的水平面上 在小车右端加一个水平向右的恒力f 8n 当小车向右运动的速度达到v0 1 5m s时 在小车右端轻轻地放上一个大小不计 质量m 2kg的小物块a 物块与小车间的动摩擦因数为 0 2 小车足够长 g 10m s2 求从a放上小车经过t 1 5s后位移的大小 图3 3 9 审题突破 当a b速度达到相同后 判断它们是否发生相对运动是摩擦力发生突变 由滑动摩擦力突变为静摩擦力 的临界状态 由此判断a此后的运动状态正是求解此题的突破口 设a b速度相同时所经过的时间为t1 则v0 abt1 aat1解得t1 1s t 1 5s 此时a的速度大小为v1 aat1 2m s 答题规范 解 分别以a b为研究对象 则 所以从a放上小车经过1 5s后位移的大小为s s1 s2 2 1m 同类延伸 摩擦力的突变问题 有时没有出现明显临界问题的线索 如 刚好不发生相对滑动 或 刚好发生相对滑动 等 稍不留心就容易出错 此时 我们往往采用假设法先确定临界值 即假设 刚好使a b发生相对滑动 此时隐含a b之间的静摩擦力达到最大值 或假设 a b以相同的加速度a一起运动 然后进行分析 使隐蔽的临界条件暴露 从而找到解题的突破口 根据牛顿运动定律求解 触类旁通 5 惠州2012届高三二模 如图3 3 10所示 地面不光滑 大小可忽略的铁块a静止放在木板b的最左端 ma 1kg mb 1kg 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 已知木板b与地面间的动摩擦因数 1 0 1 铁块a与木板b之间的动摩擦因数 2 0 4 取g 10m s2 现给a施加一个水平向右的力f 1 若力f恒为1n 问a b所处的状态如何 2 若力f恒为3n 求a b的加速度大小及方向 3 若力f恒为8n 经1s铁块a运动到木板b的最右端 求木板b的长度以及系统产生的热量 4 若力f从零开始逐渐增加 且木板b足够长 试通过分析与计算 在图3 3 11中作出铁块a受到的摩擦力f随力f大小变化的图