高考物理总复习 第3章 3讲 牛顿运动定律的应用(一)课件 新人教版.ppt

第三讲牛顿运动定律的应用 一 超重和失重 动力学图象 瞬时问题 1 具备以超重和失重现象为背景的物理问题的分析 判断 推理能力 2 能结合图象应用牛顿运动定律解题 3 利用牛顿第二定律分析瞬时问题 一 超重和失重1 超重 当物体具有的加速度时 包括向上加速或向下减速两种情况 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力自身重力的现象 2 失重 物体具有的加速度时 包括向下加速或向上减速两种情况 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力自身重力的现象 竖直向上 大于 竖直向下 小于 3 完全失重 物体以加速度a g向加速或向上减速时 自由落体运动 处于绕星球做匀速圆周运动的飞船里或竖直上抛时 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于的现象 下 零 处于超重和失重状态的物体 其重力是否变化 物体处于超重和失重 与速度的大小和方向是否有关 提示 处于超重和失重状态的物体 其重力不变 物体处于超重还是失重 与速度的大小和方向无关 只与加速度的方向有关 二 瞬时加速度的分析1 牛顿第二定律的瞬时性物体运动的加速度a与物体受到的合力f具有瞬时对应关系 物体每一瞬时的加速度只决定于这一瞬时的 而与这一瞬时之前或之后的力 合外力 无关 2 两种基本模型 1 刚性绳 或接触面 可认为是一种不发生明显形变就能的物体 若剪断 或脱离 后 其弹力 不需要考虑形变恢复时间 一般题目中所给的细线和接触面 在不加特殊说明 均可按此模型处理 2 弹簧 或橡皮绳 此类物体的特点是形变量 形变恢复需要较长时间 在瞬时问题中 其弹力的大小往往可以看成不变 产生弹力 立即 消失 大 瞬时问题 常常伴随着这样一些标志性词语 瞬时 突然 猛地 刚刚 等 一 对超重和失重现象的分析1 超重 失重现象分析此类问题多为定性分析台秤上放物体或弹簧测力计下悬吊物体 确定示数的变化 分析此类问题时 要特别注意以下几点 1 超重 失重不是重力增加或减少了 而是重力用作其他用途 是对水平支持面的压力或对竖直悬线的拉力变大或变小了 重力的大小是没有变化的 仍为mg 2 超重 失重与物体的速度无关 只取决于物体的加速度方向 3 对系统超重 失重的判定不能只看某一物体 要综合分析 某一物体的加速运动会不会引起其他物体运动状态的变化 例如台秤上放一容器 一细线拴一木球 线另一端拴于盛水容器的底部 剪断细线 木球加速上升同时有相同体积的水以相同的加速度在加速下降 综合起来 台秤示数会减小 若不能注意到这一点 会得出相反的错误结论 4 在完全失重的状态下 由重力产生的一切物理现象都会消失 如单摆停摆 天平失效 浸没于液体中的物体不再受浮力 水银气压计失效等 但测力的仪器弹簧测力计是可以使用的 因为弹簧测力计是根据f kx制成的 而不是根据重力制成的 2 重力与视重的比较 下列关于超重 失重现象的说法正确的是a 汽车驶过拱形桥顶端时处于失重状态 此时质量没变 重力减小了b 荡秋千的小孩通过最低点时处于失重状态 此时拉力小于重力c 宇航员在飞船内处于完全失重状态 而正在进行太空行走的宇航员在飞船外面则处于平衡状态d 电梯加速上升时 处在电梯中的人处于超重状态 受到的支持力大于重力 错源探究 不理解超重 失重的本质而导致错误 错因分析 错解1 不理解超重 失重的实质 对a b c三项不知道从何入手分析 而盲目地选择 如不清楚汽车驶过拱形桥顶端时 小孩通过最低点时的加速度方向 无法判断超重或失重 错解2 认为超重 失重时物体的重力发生了变化而错选a 错解3 错误地认为进行太空行走的宇航员处于平衡状态而错选c 正确解答 在汽车驶过拱形桥顶端时 由重力和支持力的合力提供汽车做圆周运动的向心力 合力向下 所以支持力小于重力 处于失重状态 荡秋千的小孩通过最低点时 由重力和支持力的合力提供其向心力 合力向上 所以支持力大于重力 处于超重状态 宇航员随飞船做圆周运动 万有引力提供向心力 处于完全失重状态 当物体处于超重 失重或完全失重时 只是物体对支持物的压力增大 减小或等于零 物体本身的重力并没有变化 电梯加速上升时 有向上的加速度 支持力大于重力 电梯中的人处于超重状态 答案 d 状元笔记 要透彻理解超重和失重的实质 超重和失重与物体的速度无关 只取决于加速度情况 当物体具有竖直向上的加速度或具有竖直向上的加速度分量时 物体处于超重状态 当物体具有竖直向下的加速度或具有竖直向下的加速度分量时 物体处于失重状态 处于超重或失重状态的物体仍受重力 只是视重 支持力或拉力 大于或小于重力 处于完全失重状态的物体 视重为零 1 直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子 如图所示 设投放初速度为零 箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比 且运动过程中箱子始终保持图示姿态 在箱子下落过程中 下列说法正确的是 a 箱内物体对箱子底部始终没有压力b 箱子刚从飞机上投下时 箱内物体受到的支持力最大c 箱子接近地面时 箱内物体受到的支持力比刚投下时大d 若下落距离足够长 箱内物体有可能不受底部支持力而 飘起来 二 牛顿运动定律与图象的结合图象在物理学中的应用十分广泛 这是因为它具有以下优点 1 能形象地表达物理规律 2 能直观地描述物理过程 3 能鲜明地表达物理量之间的依赖关系 因此 理解图象的物理意义 自觉地运用图象分析表达物理规律 是十分必要的 质量为40kg的雪橇及运动员在倾角 37 的斜面上向下滑动 如图甲所示 所受的空气阻力与速度成正比 今测得雪橇运动的v t图象如图乙所示 且ab是曲线的切线 b点坐标为 4 15 cd是曲线的渐近线 试求空气的阻力系数k和雪橇与斜坡间的动摩擦因数 思维点拨 由图象可得物体开始运动的速度和加速度 以及物体运动的最大速度 再由牛顿第二定律可得动摩擦因数 和空气的阻力系数k 自主解答 雪橇受力如图所示 沿斜面方向 由牛顿运动定律得 mgsin fn kv ma 垂直斜面方向 由平衡条件得fn mgcos 由图象得 a点速度va 5m s 加速度aa 2 5m s2 最终雪橇匀速运动时最大速度vm 10m s a 0 代入数据解得 0 125 k 20n s m 方法归纳 常见的图象有速度 时间图象 力 时间图象等 要注意根据图象判断物体运动情况或受力情况 也就是要善于从图象中获取信息进行求解 2 放在水平地面上的一物块 受到方向不变的水平推力f的作用 f的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系如图甲和乙所示 重力加速度g取10m s2 由此两图线可以求得物块的质量m和地面之间的动摩擦因数 分别为 解析 由f t图和v t图可知 物体在0 2s内静止 2s 4s内做匀加速运动 a 1m s2 f2 3n 4s 6s内做匀速直线运动 则f3 mg 2n f2 f3 ma 得m 1kg 0 2 d项正确 答案 d 三 瞬时加速度的问题分析分析物体在某一时刻的瞬时加速度 关键是分析瞬时前后的受力情况及运动状态 再由牛顿第二定律求出瞬时加速度 此类问题应注意两种模型的建立 1 中学物理中的 线 和 绳 是理想化模型 具有以下几个特性 1 轻 其质量和重力均可视为等于零 且一根绳 或线 中各点的张力大小相等 其方向总是沿着绳子且背离受力物体的方向 2 不可伸长 即无论绳子受力多大 绳子的长度不变 由此特点可知 绳子中的张力可以突变 刚性杆 绳 线 或接触面都可以认为是一种不发生明显形变就能产生弹力的物体 若剪断 或脱离 后 其中弹力立即消失 不需要形变恢复时间 一般题目中所给杆 细线和接触面在不加特殊说明时 均可按此模型来处理 2 中学物理中的 弹簧 和 橡皮绳 也是理想化模型 具有以下几个特性 1 轻 其质量和重力均可视为等于零 同一弹簧两端及其中间各点的弹力大小相等 2 弹簧既能承受拉力 也能承受压力 橡皮绳只能承受拉力 不能承受压力 3 由于弹簧和橡皮绳受力时 要恢复形变需要一段时间 所以弹簧和橡皮绳中的力不能突变 友情提示 力和加速度的瞬时对应性是高考的重点 物体的受力情况应符合物体的运动状态 当外界因素发生变化 如撤力 变力 断绳等 时 需重新进行运动分析和受力分析 如图所示 弹簧s1的上端固定在天花板上 下端连一小球a 球a与球b之间用线相连 球b与球c之间用弹簧s2相连 a b c的质量分别为ma mb mc 弹簧与线的质量均不计 开始时它们都处在静止状态 现将a b间的线突然剪断 求线刚剪断时a b c的加速度 规范解答 剪断a b间的细线前 对a b c三球整体分析 弹簧s1中的弹力 f1 ma mb mc g 方向向上对c分析 s2中的弹力 f2 mcg 方向向上剪断a b间的细线时 弹簧中的弹力没变 对a分析 f1 mag maaa 方法归纳 紧抓轻绳模型中的弹力可以突变 轻弹簧模型中的弹力不能突变这个力学特征 3 如图所示 质量为m的球与弹簧 和水平细线 相连 的另一端分别固定于p q 球静止时 中拉力大小为f1 中拉力大小为f2 当仅剪断 中的一根的瞬间时 球的加速度a应是 解析 如果剪断细线 弹簧来不及变化 所以重力与弹力的合力水平向左 大小为f1sin 或f2 如果剪断弹簧 水平细线的拉力瞬时变化 物体只受重力作用 加速度为g 方向竖直向下 答案 ab 2012苏北调研 在探究超重和失重规律时 某体重为g的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作 传感器和计算机相连 经计算机处理后得到压力f随时间t变化的图象 则下列图象中可能正确的是 解析 该同学下蹲过程中 先向下做加速运动 后向下做减速运动 所以他先处于失重状态 后处于超重状态 则f先小于g 后大于g 故d对 答案 d 一物块以某一初速度沿粗糙的斜面向上沿直线滑行 到达最高点后自行向下滑动 不计空气阻力 设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同 图中的图象能正确表示物块在这一过程中的速率与时间关系的是 解析 物块沿斜面上滑时滑动摩擦力沿斜面向下 而下滑时滑动摩擦力沿斜面向上 由牛顿第二定律可知 物块上滑时的加速度大 故只有c正确 答案 c 一只小猴跳起来抓住悬挂在天花板上的竖直