高考物理一轮复习课件 第3单元牛顿运动定律课件 （广东专版）.ppt

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牛顿第一定律揭示了力和运动的关系 牛顿第三定律揭示了物体间相互作用的规律 是解决力和运动问题的基础 本讲的重点是理解牛顿第一 第三定律 通过本讲的复习要使学生能够正确认识力和运动关系 准确理解惯性 作用力与反作用力的概念 正确区分惯性与力 相互作用力与一对平衡力 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 通过例1及变式题强化学生对于惯性的理解 并注重理论联系实际 第12讲 编读互动 2 通过例2及变式题强化学生对牛顿第三定律的理解 能运用牛顿第三定律分析实际问题 3 通过例3及变式题使学生明确牛顿第三定律在转换研究对象时的重要作用 第12讲 考点自主梳理 知识点一牛顿第一定律一切物体总保持 运动状态或静止状态 直到有外力迫使它改变这种状态为止 知识点二惯性1 定义 一切物体都有保持 运动状态或静止状态的性质 2 惯性的量度 是物体惯性大小的唯一量度 大的物体惯性大 小的物体惯性小 匀速直线 匀速直线 质量 质量 质量 第12讲 考点自主梳理 3 普遍性 惯性是物体 的属性 一切物体都有惯性 知识点三牛顿第三定律1 内容 两个物体之间的作用力和反作用力总是 方向 作用在一条直线上 2 表达式 f甲对乙 f乙对甲 负号表示 3 意义 揭示了相互作用力的关系 固有 大小相等 相反 方向相反 第12讲 考向互动探究 探究考向一对牛顿第一定律和惯性的理解1 牛顿第一定律 1 建立 牛顿第一定律不能用实验直接证明 它是在可靠的实验事实 如伽利略理想实验 基础上采用科学的逻辑推理得出的结论 2 条件 物体不受外力或所受合外力为零 不受外力 是理想环境下的条件 受合外力为零 是实际环境下的条件 3 结论 物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 第12讲 考向互动探究 2 惯性 1 定义 物体具有保持原来运动状态的性质叫惯性 惯性与物体是否受力 怎样受力无关 与物体是否运动 怎样运动 所处的地理位置无关 一切物体都具有惯性 2 表现形式 物体在不受外力或所受的合外力为零时 惯性表现为使物体保持原来的运动状态 静止或匀速直线运动 不变 物体受到外力时 惯性表现为运动状态改变的难易程度 惯性大 物体运动状态难以改变 惯性小 物体运动状态容易改变 第12讲 考向互动探究 3 惯性与力的关系 物体的惯性不是力 力可以改变物体的运动状态 但不能改变物体的惯性 惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度 质量是物体惯性大小的唯一量度 质量越大则惯性越大 惯性与力是两个截然不同的概念 第12讲 考向互动探究 例1关于惯性 下列说法正确的是 a 静止的火车启动时速度变化缓慢 是因为火车静止时惯性大b 战斗机投入战斗时 必须抛掉副油箱 是要减小惯性 保证其运动的灵活性c 在绕地球运转的宇宙飞船内的物体处于失重状态 因而不存在惯性d 乒乓球可以快速抽杀 是因为乒乓球惯性大的缘故 b 解析 物体的质量是物体惯性大小的度量 物体的惯性是物体的固有属性 只于质量有关 与物体的运动状态无关 抛掉邮箱可以减小质量 故选b 点评 1 惯性不是力 它和力是两个不同的概念 2 惯性定律与惯性不同 惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质 与物体的受力情况 运动快慢无关 惯性定律 牛顿第一定律 则反映改变运动状态所必需的条件 第12讲 考向互动探究 第12讲 考向互动探究 变式题2011 启东模拟如图12 1所示是一种汽车安全带控制装置的示意图 当汽车处于静止或匀速直线运动时 摆锤竖直悬挂 锁棒水平 棘轮可以自由转动 安全带能被拉动 当汽车突然刹车时 摆锤由于惯性绕轴摆动 使得锁棒锁定棘轮的转动 安全带不能被拉动 若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置 汽车的可能运动方向和运动状态是 a 向左行驶 突然刹车b 向右行驶 突然刹车c 向左行驶 匀速直线运动d 向右行驶 匀速直线运动 b 第12讲 考向互动探究 解析 当摆锤在虚线位置时 摆锤 车具有向左的加速度 汽车的运动情况可能为向左加速行驶或向右减速行驶 选项a错误 b正确 当汽车匀速运动时 无论向哪个方向 摆锤均处于竖直位置不摆动 选项c d错误 第12讲 考向互动探究 探究考向二对牛顿第三定律的理解牛顿第三定律揭示了力的相互性 明确了作用力和反作用力的关系 作用力和反作用力与一对平衡力的比较如下表 第12讲 考向互动探究 例2 双选 北京时间2011年9月29日晚21时16分 中国在酒泉卫星发射中心载人航天发射场 用 长征二号f t1运载火箭将中国全新研制的首个目标飞行器 天宫一号 发射升空 下面关于 天宫一号 与火箭起飞的情形 叙述正确的是 a 火箭尾部向下喷气 喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力 从而让火箭获得了向上的推力b 火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力 空气的反作用力使火箭获得飞行的动力 ad 第12讲 考向互动探究 c 火箭飞出大气层后 由于没有空气 火箭虽然向下喷气 但无法获得前进的动力d 飞船进入运行轨道之后 与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力 第12讲 考向互动探究 解析 火箭升空时 其尾部向下喷气 火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体 火箭向下喷气时 喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力 即为火箭上升的推力 此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的 因而与是否飞出大气层 是否在空气中飞行无关 因而b c选项错误 a项正确 当飞船进入轨道后 飞船与地球之间依然存在着相互吸引力 即地球吸引飞船 飞船也吸引地球 这是一对作用力和反作用力 故d项正确 第12讲 考向互动探究 点评 1 作用力与反作用的关系可总结为 四同 同大小 同时 同性质 同一直线 三异 反向 异体 不同效果 三无关 与两物体形态无关 与两物体运动状态无关 与是否有别外的物体相互作用无关 2 作用力和反作用力作用在不同的物体上 故不能平衡 也不能求它们的合力 第12讲 考向互动探究 变式题如图12 2所示 甲 乙两人在冰面上 拔河 两人中间位置处有一分界线 约定先使对方过分界线者为胜 若绳子质量不计 冰面可看成光滑 则下列说法正确的是 a 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力b 甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力c 若甲的质量比乙大 则甲能赢得 拔河 比赛的胜利d 若乙收绳的速度比甲快 则乙能赢得 拔河 比赛的胜利 c 第12讲 考向互动探究 解析 甲 乙两人在冰面上拔河 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力与反作用力 a选项错误 甲对绳的拉力与乙对绳的拉力都作用在绳上 故不是作用力与反作用力 b选项错误 由于绳子质量不计 且冰面可看成光滑 绳对甲 乙的作用力大小相等 若甲的质量大 则甲的加速度小 相等时间通过的位移小 后过分界线 故甲能赢得比赛的胜利 c选项正确 是否赢得比赛主要看两人加速度的大小 跟收绳的速度大小无关 故d选项错误 第12讲 考向互动探究 第12讲 考向互动探究 例32012 厦门模拟如图12 3所示为杂技 顶竿 表演 一人站在地上 肩上扛一质量为m的竖直竹竿 当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时 竿对 底人 的压力大小为 a m m gb m m g mac m m g mad m m g b 第12讲 考向互动探究 技巧点拨 由于题中没有给出地面对 底人 的支持力情况 所以不能以 底人 为研究对象 这时必须转研究对象 先以竿上的人为研究对象 再以杆为研究对象 通过牛顿第三定律建立竿对 底人 的压力和 底人 对竿的支持力等大的关系进行求解 第12讲 考向互动探究 解析 对竿上的人分析 受重力mg和摩擦力f 有mg f ma 竿对人有摩擦力 人对竿也有反作用力 摩擦力 且大小相等 方向相反 对竿分析 受重力mg 向下的摩擦力f和支持力n 则mg f n 又因为竿对 底人 的压力和 底人 对竿的支持力是一对作用力与反作用力 由牛顿第三定律 得n n m m g ma 第12讲 考向互动探究 变式题2011 潍坊模拟质量为60kg的人站在水平地面上 用定滑轮装置将质量为m 40kg的重物送入井中 当重物以2m s2的加速度加速下落时 忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦 则人对地面的压力大小为 g取10m s2 a 200nb 280nc 320nd 920n b 第12讲 考向互动探究 解析 根据牛顿第二定律有mg f ma 得绳子的拉力大小等于f 320n 然后再对人进行受力分析 由物体的平衡知识有m0g f n 得n 280n 根据牛顿第三定律可知人对地面的压力为280n 选项b正确 第12讲 备用习题 1 在物理学发展的过程中 许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程 在对以下几位物理学家所做的科学贡献的叙述中 正确的说法是 a 英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出万有引力常量gb 牛顿应用 理想斜面实验 推翻了亚里士多德的 力是维持物体运动的原因 观点 ac 第12讲 备用习题 c 胡克认为只有在一定的条件下 弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比d 亚里士多德认为两个从同一高度自由落下的物体 重物体与轻物体下落一样快 解析 根据物理学史可知bd项中应该是伽利略 ac项正确 备选理由 考查物理学史 引导学生重视课本 第12讲 备用习题 2 2011 济南模拟有人做过这样一个实验 如图所示 把鸡蛋a快速向另一个完全一样的静止的鸡蛋b撞去 用同一部分撞击 结果每次都是被撞击的鸡蛋b被撞破 则下面说法错误的是 a a对b的作用力的大小等于b对a的作用力的大小b a对b的作用力的大小大于b对a的作用力的大小c a蛋碰撞瞬间 其内蛋黄和蛋白由于惯性会对a蛋壳产生向前的作用力d a蛋碰撞部位除受到b对它的作用力外 还受到a蛋中蛋黄和蛋白对它的作用力 所以所受合力较小 b 第12讲 备用习题 第12讲 备用习题 解析 a对b的作用力和b对a的作用力为作用力与反作用力 一定大小相等 a正确 b错误 在撞击瞬间 a蛋内蛋黄和蛋白由于惯性 会对a蛋壳产生向前的作用力 使a蛋壳接触处所受的合力比b蛋壳的小 因此b蛋壳易被撞破 故c d正确 备选理由 考查牛顿第三定律 增强学生理论联系实际的能力 第12讲 备用习题 3 16世纪末 伽利略用实验和推理 推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论 开启了物理学发展的新纪元 在以下说法中 与亚里士多德观点相反的是 a 四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快 这说明 物体受的力越大 速度就越大b 一个运动的物体 如果不再受力了 它总会逐渐停下来 这说明 静止状态才是物体长时间不受力时的 自然状态 c 两物体从同一高度自由下落 较重的物体下落较快d 一个物体维持匀速直线运动 不需要受力 d 第12讲 备用习题 解析 亚里士多德认为 物体受的力越大 速度就越大 力是物体运动的原因 静止是不受力的自然状态 从同一高度下落 较重的物体下落得较快 物体做匀速直线运动不需要受力与亚里士多德的观点相反 所以本题选d 备选理由 考查物理学史 深化学生对于牛顿第一定律的理解 第13讲 牛顿第二定律 第13讲牛顿第二定律 第13讲 编读互动 1 本讲的教学重点是使学生理解牛顿第二定律 并教会学生利用牛顿第二定律处理动力学两类基本问题 涉及传送带的动力学问题是本讲的难点 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 复习时要使学生深刻理解牛顿第二定律的同体性 瞬时性 矢量性 独立性等特性 强化受力分析和正交分解法的思想 让学生知道加速度是联系力和运动的桥梁 在分析传送带问题时 可先带领学生分析水平传送带上物体的受力 第13讲 编读互动 和运动情况 再分析倾斜传送带上物体的受力和运动情况 最后让学生总结规律 概括该类问题的处理方法 2 通过例1及变式题加深学生对牛顿第二定律的理解 3 通过例2及变式题让学生掌握两类基本动力学问题的分析思路 4 通过例3及变式题让学生掌握突变问题的分析方法 5 通过例4及变式题让学生掌握传送带动力学模型 能准确解答传送带问题 第13讲 考点自主梳理 知识点一牛顿第二定律1 内容 物体的加速度的大小跟 成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向跟作用力的方向相同 2 公式 3 物理意义 把运动和力结合起来 建立了力与运动之间的桥梁 4 适用范围 1 牛顿第二定律只适用于惯性参考系 相对地面静止或匀速运动的参考系 作用力 f ma 第13讲 考点自主梳理 2 牛顿第二定律只适用于宏观物体 相对于分子 原子 低速运动 远小于光速 的情况 知识点二力学单位制由基本单位和导出单位一起组成了单位制 基本物理量共七个 其中力学有三个 它们是质量 时间 长度 它们的单位分别是 kg s m 第13讲 考向互动探究 探究考向一对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系 联系物体受力情况和运动情况的桥梁是加速度 可以从以下角度进一步理解牛顿第二定律 1 同体性 在表达式中 m f合 a都是同一个研究对象的对应量 1 若研究对象为单个物体 则满足f合 ma 第13讲 考向互动探究 2 若研究对象为多个物体 则满足f合 m1a1 m2a2 m3a3 一维情况下 2 瞬时性 加速度与合外力具有瞬时对应关系 它们总是同时增大 同时减小 同时产生 同时消失 3 矢量性 加速度与合外力的方向始终保持一致 4 独立性 若物体受多个力的作用 则每一个力都能独自产生各自的加速度 并且任意方向均满足f合 ma 在两个相互垂直的方向进行正交分解 则有 fx合 m1ax1 m2ax2 m3ax3 fy合 m1ay1 m2ay2 m3ay3 第13讲 考向互动探究 例12011 北京卷 蹦极 就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节处 从几十米高处跳下的一种极限运动 某人做蹦极运动 所受绳子拉力f的大小随时间t变化的情况如图13 1所示 将蹦极过程近似为在竖直方向的运动 重力加速度为g 据图可知 此人在蹦极过程中最大加速度约为 a gb 2gc 3gd 4g b 第13讲 考向互动探究 解析 从图中可以看出 当人静止时 所受到的拉力为0 6f0 即0 6f0 mg 当合力最大时 加速度最大 最大的拉力从图中可知为1 8f0 3mg 由牛顿第二定律可得f mg ma 代入数据可知 a 2g b项正确 点评 本题重点反映了物体受力和其加速度的瞬时对应关系 这是分析此类问题的理论基础 第13讲 考向互动探究 变式题 2011 惠州模拟 如图13 2所示 一木块在光滑水平面上受一恒力作用而运动 前方固定一个弹簧 当木块接触弹簧后 a 将立即做变减速运动b 将立即做匀减速运动c 在一段时间内仍然做加速运动 速度继续增大d 在弹簧处于最大压缩量时 物体的加速度为零 c 第13讲 考向互动探究 解析 当物块接触弹簧后 物体在水平方向受到推力f和弹簧的弹力f1 刚开始弹簧的形变较小 弹力较小 f f1 木块做加速度减小的加速运动 速度增大 当f f1时 速度达到最大值 当木块继续向左运动 使得f f1时 木块做加速度增大的变减速运动 速度减小 直到速度为零时 弹簧处于最大压缩量 加速度达到最大 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 2 应用牛顿运动定律解题的一般步骤 1 选择研究对象 分析物体受力 2 建立正方向 分解力 求分方向的合力 3 根据牛顿第二定律列方程 4 列其他辅助方程 如运动学的方程 5 解方程 检验 第13讲 考向互动探究 例22011 漳州质检一物块以一定的初速度冲上斜面 利用速度传感器可以在计算机屏幕上得到其速度大小随时间的变化关系图象如图13 4所示 不计空气阻力 重力加速度g取10m s2 求 1 物块上滑和下滑的加速度大小a1 a2 2 斜面的倾角 及物块与斜面间的动摩擦因数 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 点评 对于牛顿运动定律所能解决的两类基本动力学问题 无论是由受力求运动 还是由运动求受力 对加速度的分析和计算是解题的关键 第13讲 考向互动探究 变式题2010 四川卷质量为m的拖拉机拉着耙来耙地 由静止开始做匀加速直线运动 在时间t内前进的距离为s 耙地时 拖拉机受到的牵引力恒为f 受到地面的阻力为自重的k倍 耙所受阻力恒定 连接杆的质量不计且与水平面的夹角 保持不变 求 1 拖拉机的加速度大小 2 拖拉机对连接杆的拉力大小 3 时间t内拖拉机对耙做的功 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 探究考向三涉及牛顿第二定律的临界问题1 对牛顿第二定律瞬时性的理解物体运动的加速度a与其所受的合外力f有瞬时对应关系 每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力 若合外力的大小或方向改变 则加速度的大小或方向也立即 同时 改变 如果合外力变为零 则加速度也立即变为零 如果合外力发生突变 则对应加速度也发生突变 2 物体所受合外力能否突变的决定因素物体所受合外力能否发生突变 决定于施力物体的性质 具体可以简化为以下几种模型 第13讲 考向互动探究 1 钢性绳 或接触面 不发生明显形变就能产生弹力 若剪断绳 或脱离接触 则弹力立即消失 不需要形变恢复时间 一般题目中所给细线和接触面在不加特殊说明时 均可按此模型处理 2 弹簧 或橡皮绳 此模型的特点是形变量大 两端同时连接 或附着 有物体的弹簧 或橡皮绳 其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 第13讲 考向互动探究 例32011 温州模拟如图13 6所示 竖直放置在水平面上的轻质弹簧上叠放着两物块a b a b的质量均为2kg 它们处于静止状态 若突然将一个大小为10n 方向竖直向下的力施加在物块a上 则此瞬间a对b的压力大小为 g 10m s2 a 10nb 20nc 25nd 30n c 第13讲 考向互动探究 点评 本题为涉及弹簧的瞬时问题 注意弹簧在外界受力环境突然发生变化的瞬间 只要其形变程度不变 则其弹力不变 下面的变式题中弹簧弹力的分析也是如此 第13讲 考向互动探究 变式题2012 荆州一模如图13 7所示 轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连 下端与另一质量为m的木块2相连 整个系统置于水平放置的光滑木板上 并处于静止状态 现将木板沿水平方向突然抽出 设抽出后的瞬间 木块1 2的加速度大小分别为a1 a2 重力加速度大小为g 则有 c 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 2 倾斜传送带动力学问题图解 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 例4如图13 8所示 一水平传送带以v 2m s的速度做匀速运动 传送带两端的距离为s 20m 将一物体轻轻地放在传送带一端 物体与传送带之间的动摩擦因数为 0 1 求物体从传送带的左端运动到右端所用的时间 g 10m s2 答案 11s 第13讲 考向互动探究 第13讲 考向互动探究 建模点拨 对于传送带问题 一定要全面掌握上面提到的几类基本传送带模型 尤其注意要根据具体情况适时进行讨论 看一看有没有转折点 突变点 做好运动阶段的划分及相应动力学分析 第13讲 考向互动探究 答案 3s 第13讲 考向互动探究 第13讲 备用习题 1 2011 西城一模如图所示 倾角为 的传送带沿逆时针方向以加速度a加速转动时 小物体a与传送带相对静止 重力加速度为g 下列说法正确的是 a 只有a gsin a才受沿传送带向上的静摩擦力作用b 只有a gsin a才受沿传送带向上的静摩擦力作用c 只有a gsin a才受沿传送带向上的静摩擦力作用d 无论a为多大 a都受沿传送带向上的静摩擦力作用 b 第13讲 备用习题 解析 物体a与传送带相对静止 倾角为 的传送带沿逆时针方向以加速度a加速转动时 a有沿斜面向下的加速度a 对a受力分析可知 只有a gsin a才受沿传送带向上的静摩擦力作用 b正确 备选理由 考查传送带问题 第13讲 备用习题 c 第13讲 备用习题 备选理由 考查瞬时问题的分析 第13讲 备用习题 第13讲 备用习题 答案 1 16m s2 2 2s 解析 1 设飞机着陆后在打开减速伞前 所受的合外力为f1 加速的大小为a1 则由牛顿第二定律得 f1 ma1设战斗机打开减速伞后的加速的大小为a2 由牛顿第二定律得 f1 f2 ma2由以上二式解得 a2 16m s2 2 设战斗机着陆后经时间t打开减速伞 该时间内的位移为s1 则 s1 v0t a1t2 第13讲 备用习题 刚打开减速伞时的速度v1 v0 a1t设从打开减速伞到停止 战斗机所通过的位移为s2 则2a2s2 v由题意可得 s1 s2 180m由以上各式代入数据解得 t 2s或t 18s 不合题意 舍去 备选理由 考查牛顿第二定律的实际应用 第14讲 牛顿运动定律的应用 第14讲牛顿运动定律的应用 第14讲 编读互动 1 本讲重点要使学生理解超重 失重的概念 学会用整体法与隔离法解决连接体问题 用极限法分析临界问题 并能应用牛顿第二定律解决多物体 多过程问题等 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 通过例1和变式题掌握超 失重现象 学会用超重 失重观点分析问题 2 通过例2和变式题掌握整体法与隔离法的应用 并能处理实际问题 第14讲 编读互动 3 通过例3和变式题让学生掌握临界问题和极值问题的分析思路和方法 4 通过例4和变式题让学生掌握动力学综合问题的分析方法 第14讲 考点自主梳理 知识点一超重与失重1 超重 1 受力特征 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力 也叫视重 物体的重力 2 运动特征 物体具有 的加速度 可能的运动状态有 2 失重 1 受力特征 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力 物体的重力 大于 向上 向上加速运动 向下减速运动 小于 第14讲 考点自主梳理 2 运动特征 物体具有 的加速度 可能的运动状态有 3 完全失重 1 受力特征 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于 2 运动特征 物体的加速度为 知识点二连接体问题1 连接体 运动中几个物体或叠放在一起 或并排挤放在一起 或用细绳 细杆连接在一起的物体组 常见的连接体一般具有 大小相同的特点 2 解决连接体相关问题的基本方法 和隔离法 向下加速运动 向下 向上减速运动 零 重力加速度g 加速度 整体法 第14讲 考向互动探究 探究考向一对超重 失重问题的考查超重和失重的本质及其特征 详见下表 第14讲 考向互动探究 第14讲 考向互动探究 例12011 天津卷某同学利用测力计研究在竖直方向运行的电梯运动状态 他在地面上用测力计测量砝码的重力 示数为g 他在电梯中用测力计仍测量同一砝码的重力 发现测力计的示数小于g 由此判断此时电梯的运动状态可能是 减速上升或加速下降 第14讲 考向互动探究 解析 测力计在电梯中的示数即为视重 静止在地面时的示数表示的物体的实重 依题意 视重小于实重 物体处于失重状态 物体要么减速上升 要么加速下降 点评 对于地面附近物体的超重 失重现象的分析关键是把握研究对象在竖直方向的加速度情况 加速度向上时物体处于超重状态 加速度向下时物体处于失重状态 第14讲 考向互动探究 变式题2010 浙江卷如图14 1所示 a b两物体叠放在一起 以相同的初速度上抛 不计空气阻力 下列说法正确的是 a 在上升和下降过程中a对b的压力一定为零b 上升过程中a对b的压力大于a物体受到的重力c 下降过程中a对b的压力大于a物体受到的重力d 在上升和下降过程中a对b的压力等于a物体受到的重力 a 第14讲 考向互动探究 解析 根据题意 a b组成的整体做竖直上抛运动 只受重力 处于完全失重状态 所以a b之间没有作用力 选项a正确 第14讲 考向互动探究 探究考向二涉及物体组的动力学问题对涉及多个研究对象的动力学问题的分析 尤其是对于由两个或两个以上有一定联系的物体构成的系统的动力学问题 要特别注意合理选取研究对象 常用的方法有整体法和隔离法 这两种方法在学习平衡问题时均已用到 1 整体法 将一组连接体作为一个整体看待 牛顿第二定律f合 ma中 f合是整体受的合外力 只分析整体所受的外力即可 连接体的相互作用力属内力 可不分析 简化了受力分析 第14讲 考向互动探究 2 隔离法 在求解连接体的相互作用力时采用 将某个部分从连接体中分离出来 其他部分对它的作用力则作为外力处理 第14讲 考向互动探究 例2在2008北京残奥会开幕式上 运动员手拉绳索向上攀登 最终点燃了主火炬 体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神 为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用 可将过程简化如下 一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮 一端挂一吊椅 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住 如图14 2所示 设运动员的质量为65kg 吊椅的质量为15kg 不计定滑轮与绳子间的摩擦 重力加速度取g 10m s2 当运动员与吊椅一起以加速度a 1m s2上升时 试求 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 第14讲 考向互动探究 1 440n 2 275n 第14讲 考向互动探究 点评 在解答连接体问题时 一般是先整体分析列式 再隔离分析列式 整体法和隔离法结合起来使用 第14讲 考向互动探究 变式题 2011 南昌模拟 如图14 3所示 质量m 1kg 长l 1m的木板静止在粗糙的水平地面上 木板与地面间的动摩擦因数 1 0 1 在木板的左端放置一个质量m 1kg 大小可以忽略的铁块 铁块与木板间的动摩擦因数 2 0 4 认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力 取g 10m s2 若在铁块上加一个水平向右f 8n的恒力 则经过多长时间铁块运动到木板的右端 答案 1s 第14讲 考向互动探究 第14讲 考向互动探究 探究考向三临界和极值问题分析方法 方法概述 临界和极值问题是物理中的常见题型 临界是一个特殊的转换状态 是物理过程发生变化的转折点 例如 平衡物体 a 0 的平衡状态即将被打破而还没有被打破的瞬间 动态物体 a 0 的状态即将发生突变而还没有突变的瞬间 临界状态也可归纳为加速度即将发生突变的状态 在临界状态 系统的一些物理量达到极值 临界点的两侧 物体的受力情况 变化规律 运动状态一般要发生改变 能否用变化的观点正确分析 第14讲 考向互动探究 其运动规律是求解这类题目的关键 而临界点的确定是基础 确定临界点一般用极端分析法 即把问题 物理过程 推到极端 分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件 应用牛顿第二定律列出极端情况下的方程求解 第14讲 考向互动探究 例32012 江西模拟如图14 4所示 被水平拉伸的弹簧右端拴在小车壁上 左端拴一质量为10kg的物块m 小车静止不动 弹簧对物块的弹力大小为5n时 物块处于静止状态 当小车以加速度a 1m s2沿水平地面向右加速运动时 a 物块m相对小车仍静止b 物块m受到的摩擦力大小不变c 物体m受到的摩擦力将减小d 物体m受到的弹簧的拉力将增大 ab 第14讲 考向互动探究 方法点拨 在应用牛顿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 往往会有临界现象 此时要采用极限分析法 看物体在不同加速度时会有哪些现象发生 尽快找出临界点 求出临界和极值问题 有些问题的转折点是速度为零或速度取某一定值 如下面的变式题 第14讲 考向互动探究 解析 由初始条件知最大静摩擦力fmax 5n 当小车向右加速运动时 假设物块仍相对小车静止 由牛顿第二定律得f f ma f 5n 因f 5n 选项a b正确 第14讲 考向互动探究 变式题2011 福建卷如图14 5甲所示 绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行 初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的a处滑上传送带 若从小物块滑上传送带开始计时 小物块在传送带上运动的v t图象 以地面为参考系 如图14 5乙所示 已知v2 v1 则 a t2时刻 小物块离a处的距离达到最大b t2时刻 小物块相对传送带滑动的距离达到最大c 0 t2时间内 小物块受到的摩擦力方向先向右后向左d 0 t3时间内 小物块始终受到大小不变的摩擦力作用 b 第14讲 考向互动探究 第14讲 考向互动探究 解析 结合图乙 在0 t1时间内 物体向左做匀减速直线运动 t1时刻运动到最左边 a错 在t1 t2时间内 物体向右做匀加速直线运动 但由于速度小于传送带的速度 物体与传播送带的相对位移仍在增大 t2时刻相对位移最大 b对 0 t2时间内 物体相对传送带向左运动 一直受到向右的滑动摩擦力 f mg不变 但t2时刻以后物体相对传送带静止 摩擦力为0 cd错 第14讲 考向互动探究 探究考向四动力学综合问题的分析动力学问题的复杂性体现在两个方面 一是研究对象的复杂性 即研究对象众多 二是研究过程的复杂性 即运动过程众多 突破运动过程的复杂性 主要是要依据 程序法 处理问题 1 将题目涉及的物理问题合理地分解为几个彼此相对独立 又相互联系的过程 2 对各个物理过程进行受力分析及运动状态分析 3 根据各个过程遵从的物理规律逐个建立方程 4 通过各过程把相关联的物理量联系起来 第14讲 考向互动探究 例42011 山东卷如图14 6所示 在高出水平地面h 1 8m的光滑平台上放置一质量m 2kg 由两种不同材料连接成一体的薄板a 其右段长度l1 0 2m且表面光滑 左段表面粗糙 在a最右端放有可视为质点的物块b 其质量m 1kg b与a左段间动摩擦因数 0 4 开始时二者均静止 现对a施加f 20n水平向右的恒力 待b脱离a a尚未露出平台 后 将a取走 b离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离s 1 2m 取g 10m s2 求 1 b离开平台时的速度vb 2 b从开始运动到刚脱离a时 b运动的时间tb和位移xb 3 a左端的长度l2 第14讲 考向互动探究 答案 1 2m s 2 0 5s0 5m 3 1 5m 第14讲 考向互动探究 第14讲 考向互动探究 点评 对单物体多过程问题 由各阶段的受力情况确定运动性质是基础 找到连接各阶段运动的物理量 速度 是关键 作出物体整个运动过程的运动示意图 可使问题的分析与求解较为直观 如下面的变式题 第14讲 考向互动探究 变式题如图14 7所示为某传送带 其水平部分ab的长度为2m 倾斜部分bc的长度为4m bc与水平面的夹角为 37 将一小物块a 可视为质点 轻轻放于传送带的a端 物块a与传送带间的动摩擦因数为 0 25 传送带沿图示方向以v 2m s的速度匀速运动 若物块a始终未脱离传送带 试求小物块a从a端被传送到c端所用的时间 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 答案 2 4s 第14讲 考向互动探究 第14讲 考向互动探究 第14讲 备用习题 2011 石景山模拟 如图所示 一箱苹果沿着倾角为 的光滑斜面加速下滑 在箱子正中央夹有一只质量为m的苹果 它受到周围苹果对它作用力的方向是 a 沿斜面向上b 沿斜面向下c 垂直斜面向上d 竖直向上 c 第14讲 备用习题 解析 c以箱子及苹果整体为研究对象 受重力及支持力 合力为mgsin ma 解得 a gsin 再取正中央苹果单独分析 受重力及箱子周围苹果的作用力 它的加速度应与箱子和苹果整体受力的情况相同 其受力情况也相似 故正中央苹果受到周围苹果对它的作用力的方向垂直斜面向上 备选理由 考查整体法 隔离法的应用 第15讲 实验 验证牛顿第二定律 第15讲实验 验证牛顿第二定律 第15讲 编读互动 1 本讲重点复习用控制变量法探究小车的加速度a与合力f 质量m的关系 要让学生理解实验的原理 掌握实验操作的技巧 教会学生灵活运用图象处理实验数据的方法 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 在复习好实验目的 原理 器材和步骤前提下 重点要让学生掌握控制变量法的应用 如何平衡摩擦力 系统误差产生的原因及控制方法 实验数据的处理方法等 并适当进行一些相关实验的设计和开放性实验的训练 第15讲 编读互动 2 通过例1及变式题让学生掌握本实验的原理和操作技巧 知道操作过程中的注意事项 3 通过例2及变式题让学生掌握应用图象法处理实验数据 4 通过例3及变式题理解同类实验的拓展与创新 第15讲 考点自主梳理 知识点一实验目的1 学会用 法探究加速度a与力f 质量m的关系 2 掌握灵活运用 处理问题的方法 知识点二实验原理本实验中 探究加速度a与力f 质量m的关系 可以先保持 不变 研究a和m的关系 再保持m不变 研究a和f的关系 控制变量 图象 f 第15讲 考点自主梳理 知识点三实验器材一端有定滑轮的长木板 复写纸片和纸带 小车 小盘 电磁打点计时器及 天平 砝码 刻度尺 导线 知识点四实验步骤1 用天平测出小车的质量m和小桶的质量m 把数值记录下来 2 把实验器材安装好 3 平衡摩擦力 在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板 反复移动其位置 直至轻推一下不挂沙桶的小车刚好能在斜面上匀速直线运动为止 低压交流电源 第15讲 考点自主梳理 4 将沙桶通过细绳系在小车上 接通电源放开小车 使小车运动 用纸带记录小车的运动情况 取下纸带 并在纸带上标上号码 5 保持小车的质量不变 改变沙桶中的沙的质量 重复步骤4 每次记录必须在相应的纸带上做上标记 将记录的数据填写在表格内 6 建立坐标系 用纵坐标表示加速度 横坐标表示力 在坐标系中描点 画出相应的图线 探究a与f的关系 7 保持沙桶及沙的质量不变 改变小车的质量 在小车上增减砝码 重复上述步骤5 6 探究a与m的关系 第15讲 考向互动探究 1 实验原理本实验利用沙及小桶通过细线牵引小车做加速运动的方法研究加速度a与力f 质量m的关系 实验时采用控制变量法 共分两步研究 第一步保持小车的质量不变 改变m的大小 测出相应的a 验证a与f的关系 第二步保持m不变 改变m的大小 测出小车运动的加速度a 验证a与m的关系 实验应测量的物理量 1 小车及车上砝码的总质量m 用天平测出 2 小车受到的拉力f 拉力等于沙和小桶的总重力mg 第15讲 考向互动探究 2 实验操作时的注意事项 1 在本实验中 必须平衡摩擦力 在平衡摩擦力时 不要把重物系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 并要让小车拖着打点的纸带运动 另外要轻推一下小车 给小车一个初速度 第15讲 考向互动探究 2 安装器材时 要调整滑轮的高度 使拴小车的细绳与斜面平行 且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后 3 改变小车的质量或拉力的大小时 改变量应尽可能大一些 但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量 砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10 4 改变拉力和小车质量后 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 并应先接通电源 再放开小车 且应在小车到达滑轮前按住小车 第15讲 考向互动探究 例1如图15 1所示为 用dis 位移传感器 数据采集器 计算机 研究加速度和力的关系 的实验装置 图15 1 第15讲 考向互动探究 1 在该实验中必须采用控制变量法 应保持 不变 用钩码所受的重力作为 用dis测小车的加速度 2 改变所挂钩码的数量 多次重复测量 在某次实验中根据测得的多组数据可画出a f关系图线如图15 2所示 小车的总质量 或小车的质量 小车所受外力 或外力 合外力 第15讲 考向互动探究 分析此图线的oa段可得出的实验结论是 此图线的ab段明显偏离直线 造成此误差的主要原因是 a 小车与轨道之间存在摩擦b 导轨保持了水平状态c 所挂钩码的总质量太大d 所用小车的质量太大 在质量不变的条件下 加速度与合外力成正比 c 第15讲 考向互动探究 第15讲 考向互动探究 点评 本题主要围绕本实验的基本原理命题 主要涉及控制变量法的理解和应用 实验误差分析等 控制变量法主要应用于研究变量较多 三个以上 时的定量分析 最后将两两得到的定量关系综合到一起即是所研究的规律 在本实验中 为了抵消摩擦力 通常将长木板的末端抬高 此时绳的拉力即是小车受到的合外力 则a f图象将是过原点的直线 若没有做好平衡摩擦力的工作 则a f图象将不过原点 如下面的变式题 第15讲 考向互动探究 变式题如图15 3所示为 验证牛顿运动定律 时甲 乙两同学根据实验数据画出的a f图象 直线 为甲同学画出的 直线 为乙同学画出的 直线 在纵轴或横轴上的截距较大 明显超出了误差范围 下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释 其中可能正确的是 a 实验前甲同学没有平衡摩擦力b 甲同学在平衡摩擦力时 把长木板的末端抬得过低了c 实验前乙同学没有平衡摩擦力d 乙同学在平衡摩擦力时 把长木板的末端抬得过高了 c 第15讲 考向互动探究 解析 直线 在纵轴上有较大的截距 说明在绳对小车的拉力f 0 还没有挂重物 时 小车就有了沿长木板向下的加速度 说明平衡摩擦力时长木板倾角过大 直线 在横轴上有较大的截距 说明乙同学在实验前没有平衡摩擦力 因此在绳对小车有了较大的拉力f以后 小车的加速度仍然为零 故选项c正确 第15讲 考向互动探究 探究考向二验证牛顿第二定律数据处理 方法综述 1 数据处理 第15讲 考向互动探究 第15讲 考向互动探究 第15讲 考向互动探究 第15讲 考向互