高考物理月刊专版 专题3 牛顿定律及其应用第三讲　牛顿运动定律的综合应用课件.ppt

一 超重与失重1 视重 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或台秤的示数叫做视重 其大小等于测力计所受物体的或台秤所受物体的 2 超重 失重与完全失重 拉力 压力 二 整体法与隔离法1 整体法 当系统中各物体的相同时 我们可以把系统内的所有物体看成一个整体 这个整体的质量等于各物体的 当整体受到的外力f已知时 可用求出整体的加速度 这种处理问题的思维方法叫做整体法 加速度 质量之和 第二定律 牛顿 2 隔离法 从研究的方便出发 当求系统内物体间时 常把某个物体从系统中 隔离 出来进行受力分析 依据牛顿第二定律列方程 这种处理连接体问题的思维方法叫做隔离法 相互 作用的内力 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 则将转换为隔离体的 外力 内力 内力 外力 1 当物体处于超重和失重状态时 物体受到的重力并没有变化 所谓 超 和 失 是指视重 超 和 失 的大小取决于物体的质量和物体在竖直方向的加速度 2 物体是处于超重状态还是失重状态 不在于物体向上运动还是向下运动 而是取决于加速度方向是向上还是向下 3 完全失重状态不仅仅只限于自由落体运动 只要物体具有竖直向下的等于g的加速度就处于完全失重状态 例如 不计空气阻力的各种抛体运动 环绕地球做匀速圆周运动的卫星等 都处于完全失重状态 在完全失重的状态下 由于重力产生的一切现象都不存在了 例如 物体对水平支持面没有压力 对竖直悬线没有拉力 不能用天平测物体的质量 液柱不产生压强 在液体中的物体不受浮力等等 1 由物体处于失重或超重状态 可判断加速度的方向为向下或向上 但并不能确定运动物体的速度方向 2 当物体出现超重或失重时 物体的加速度不一定沿竖直方向 但加速度一定有竖直方向的分量 1 2010 山师附中模拟 下列关于超重 失重现象的描述中 正确的是 a 荡秋千时当秋千摆到最低位置时 人处于失重状态b 列车在水平直轨道上加速行驶 车上的人处于超重状态c 在国际空间站内的宇航员处于完全失重状态 因为这时候宇航员不受重力了d 电梯正在减速下降 人在电梯中处于超重状态 解析 当秋千摆到最低点时 人有向上的向心加速度 处于超重状态 a错 列车在水平直轨道上加速行驶 在竖直方向没有加速度 因此车上的人不超重也不失重 b错 在国际空间站内的宇航员处于完全失重状态 但仍有重力作用 c错 电梯向下减速时 加速度的方向竖直向上 因此 人在电梯中处于超重状态 d正确 答案 d 1 选取隔离法与整体法的原则 1 隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同 且需要求物体之间的作用力 就需要把物体从系统中隔离出来 将内力转化为外力 分析物体的受力情况和运动情况 并分别应用牛顿第二定律列方程求解 隔离法是受力分析的基础 应重点掌握 2 整体法的选取原则 若连接体内各物体具有相同的加速度 主要指大小 且不需要求物体之间的作用力 就可以把它们看成一个整体 当成一个质点 来分析整体受到的外力 应用牛顿第二定律求出加速度 或其他未知量 3 整体法 隔离法交替运用的原则 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 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 2 涉及隔离法与整体法的具体问题 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 这类问题中一般都忽略绳 滑轮的重力和摩擦力 且滑轮大小不计 若绳跨过定滑轮 连接的两物体虽然加速度方向不同 但大小相同 也可以先整体求a的大小 再隔离求ft 2 固定在斜面上的连接体问题 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 或称为劈形物体 楔形物体 与在斜面体上物体组成的连接体 系统 的问题 这类问题一般为物体与斜面体的加速度不同 其中最多的是物体具有加速度 而斜面体静止的情况 解题时 可采用隔离法 但是相当麻烦 因涉及的力过多 如果问题不涉及物体与斜面体的相互作用 则采用整体法用牛顿第二定律求解 2 2010 合肥月考 如图3 3 1所示 在光滑水平面上有两个质量分别为m1和m2的物体a b m1 m2 a b间水平连接着一轻质弹簧测力计 若用大小为f的水平力向右拉b 稳定后b的加速度大小为a1 弹簧测力计示数为f1 如果改用大小为f的水平力向左拉a 稳定后a的加速度大小为a2 弹簧测力计示数为f2 则以下关系式正确的是 图3 3 1 a a1 a2 f1 f2b a1 a2 f1 f2c a1 a2 f1 f2d a1 a2 f1 f2 解析 以整体为研究对象 由牛顿第二定律得 f m1 m2 a1 m1 m2 a2所以 a1 a2 向右拉b时 对a分析 f1 m1a1向左拉a时 对b分析 f2 m2a2因m1 m2所以f1 f2 a项正确 答案 a 一质量为m 40kg的小孩站在电梯内的体重计上 电梯从t 0时刻由静止开始上升 在0到6s内体重计示数f的变化如图3 3 2所示 试问 在这段时间内电梯上升的高度是多少 取重力加速度g 10m s2 图3 3 2 思路点拨 解答本题时应注意以下几点 1 体重计的示数大小为小孩受到的支持力的大小 2 根据体重计示数与重力mg的大小关系确定小孩处于超重状态还是失重状态 从而确定加速度的方向 3 由牛顿第二定律求出各段时间内的加速度 4 电梯上升的高度为三段时间内的位移和 课堂笔记 由题图可知 在t 0到t1 2s的时间内 体重计的示数大于mg 故电梯应做向上的加速运动 设在这段时间内体重计作用于小孩的力为f1 电梯及小孩的加速度为a1 由牛顿第二定律 得f1 mg ma1在这段时间内电梯上升的高度h1 在t1到t2 5s的时间内 体重计的示数等于mg 故电梯应做匀速上升运动 速度为t1时刻电梯的速度 即v1 a1t1 在这段时间内电梯上升的高度h2 v1 t2 t1 在t2到t3 6s的时间内 体重计的示数小于mg 故电梯应做向上的减速运动 设在这段时间内体重计作用于小孩的力为f2 电梯及小孩的加速度为a2 由牛顿第二定律得mg f2 ma2 在这段时间内电梯上升的高度h3 v1 t3 t2 a2 t3 t2 2 电梯上升的总高度h h1 h2 h3 由以上各式 利用牛顿第三定律和题文及题图中的数据 解得h 9m 答案 9m 1 认真分析图象 从中获取相关信息 2 抓好超重 失重的基本规律 2010 盐城模拟 如图3 3 3所示 固定在水平面上的斜面倾角 37 木块a的mn面上钉着一颗小钉子 质量m 1 5kg的小球b通过一细线与小钉子相连接 细线与斜面垂直 木块与斜面间的动摩擦因数 0 50 现将木块由静止释放 木块将沿斜面下滑 求在木块下滑的过程中小球对木块mn面的压力 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 思路点拨 先以a b为一整体 由牛顿第二定律求出一起下滑的加速度 再以b为研究对象隔离分析 应用牛顿第二定律列式求解 课堂笔记 由于木块与斜面间有摩擦力的作用 所以小球b与木块间有压力的作用 并且它们以共同的加速度a沿斜面向下运动 将小球和木块看做一个整体 设木块的质量为m 根据牛顿第二定律可得 m m gsin m m gcos m m a代入数据得a 2 0m s2选小球为研究对象 设mn面对小球的作用力为fn 根据牛顿第二定律有mgsin fn ma代入数据得fn 6 0n根据牛顿第三定律 小球对mn面的压力大小为6 0n 方向沿斜面向下 答案 6 0n方向沿斜面向下 1 本题中木块a的质量未知 但并不影响求解加速度 2 求小球对木块a的mn面的压力时 要用到牛顿第三定律 这是解题过程中最容易忽视的问题 18分 如图3 3 4所示 质量m 1kg的物块放在倾角为 的斜面上 斜面体质量m 2kg 斜面与物块间的动摩擦因数 0 2 地面光滑 37 现对斜面体施加一水平推力f 要使物块相对斜面静止 力f应为多大 设物块与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 思路点拨 用极限法把f推向两个极端来分析 当f较小 趋近于0 时 由于 tan 因此 物块将沿斜面加速下滑 若f较大 足够大 时 物块将相对斜面向上滑 因此f不能太小 也不能太大 f的取值有一个范围 解题样板 1 设物块处于相对斜面下滑的临界状态 物块恰好不下滑 时推力为f1 此时物块受力如图3 3 5 甲 所示 取加速度a1方向为x轴正方向 对m有 x方向 fn1sin fn1cos ma1 2分 y方向 fn1cos fn1sin mg 0 2分 解 两式得 a1 4 78m s2 2分 对整体有 f1 m m a1 f1 14 34n 2分 2 设物块处于相对斜面向上滑的临界状态 物块恰好不上滑 时推力为f2 此时物块受力如图3 3 5 乙 所示 取加速度a2方向为x轴正方向 对m有 x方向 fn2sin fn2cos ma2 2分 y方向 fn2cos fn2sin mg 0 2分 解 两式得 a2 11 18m s2 2分 对整体有 f2 m m a2 f2 33 54n 2分 所以f的范围为14 34n f 33 54n 2分 答案 14 34n f 33 54n 题中出现 最大 最小 刚好 等词语时 往往会出现临界现象 此时要采用极限分析法 看物体有不同的加速度时 会有哪些现象发生 从而找出临界点 求出临界条件 1 2010 临沂联考 2008年北京奥运会女子蹦床决赛中 中国小将何雯娜表现突出 为中国蹦床队夺得首枚奥运会金牌 在蹦床比赛中 运动员利用弹性较大的水平钢丝网 上下弹跳 关于运动员上下运动过程中的下列分析正确的是 图3 3 6 a 运动员在空中上升和下落过程都处于失重状态b 运动员在空中上升过程处于超重状态 下落过程处于失重状态c 运动员与蹦床刚接触的瞬间 是其下落过程中速度最大的时刻d 从与蹦床接触到向下运动至最低点的过程中 运动员做先加速后减速的变速运动 解析 运动员在空中上升和下落过程 加速度均竖直向下 为失重状态 a正确 b错误 运动员与蹦床接触的瞬间 加速度向下 正在向下加速 随运动员向下运动蹦床的形变增大 弹力增大 加速度变小到零后又向上增大 故c错误 d正确 答案 ad 2 美国 零重力公司 曾经资助来自全美各地的大约250名物理教师体验了一把 零重力 旅游 在失重的那些时间里 老师们将身体撞向墙壁 天花板和地板 或是相互撞成一团 还有人试图吃点糖果 或是抓住三维的水滴 有的老师甚至进行了快速地称物体质量的实验 几乎所有人还试图扮成 超人 飞行的样子 两手往前平伸 有3名教师甚至穿上了 超人 服 零重力 旅游是一种新兴的旅游项目 一架经过特殊改装的波音727飞机载着乘客在高空反复交替做爬升和俯冲的动作 以制造瞬间的 零重力 状态 乘客可以在地球上体验身处太空的美妙感觉 关于飞机上 零重力 的产生 下列说法正确或设想原理上可行的是 a 飞机在匀速爬升时处于完全失重状态产生 零重力 b 飞机在经过爬升到达弧形轨道最高点前后的一段时间内的运动 可视为是在竖直平面内的圆周运动 所以这段时间是 零重力 的产生阶段c 设想飞机通过最高点瞬间关闭发动机 收起机翼 忽略空气阻力 让飞机做平抛运动而产生 零重力 d 设想飞机竖直爬升时关闭发动机 收起机翼 忽略空气阻力 让飞机做竖直上抛运动而产生 零重力 解析 零重力 状态指的就是完全失重状态 在此状态下 物体的加速度为g 方向竖直向下 a选项飞机匀速飞行 处于平衡状态 a选项错误 b c d选项中飞机的加速度都可以为g 答案 bcd 3 如图3 3 7所示 a为电磁铁 挂在支架c上 放到台秤的托盘中 在它的正下方有一铁块b 铁块b静止时 台秤示数为g 当电磁铁通电后 在铁块被吸引上升的过程中 台秤的示数将 a 变大b 变小c 大于g 但呈恒量d 先变大 后变小 解析 铁块被吸起上升的过程中 由于电磁铁a对b的吸引力越来越大 b做加速度变大的加速上升运动 对整个系统而言 处于超重现象越来越明显的状态 可以认为系统重心也在做加速度变大的加速上升运动 所以台秤的示数应大于g 且不断变大 a选项正确 答案 a 4 2010 临沂模拟 如图3 3 8所示 弹簧测力计外壳质量为m0 弹簧及挂钩的质量忽略不计 挂钩吊着一质量为m的重物 现用一方向竖直向上的外力f拉着弹簧测力计 使其向上做匀加速直线运动 则弹簧测力计的读数为 解析 弹簧测力计的读数等于挂钩对物体m的拉力f 对m m0组成的整体 f m m0 g m m0 a 对m f mg ma 可解得 f f 故d正确 答案 d 5 2010 瑞安月考 如图3 3 9所示 在水平地面上有a b两个物体 质量分别为ma 3 0kg和mb 2 0kg 它们与地面间的动摩擦因数均为 0 10 在a b之间有一原长l 15cm 劲度系数k 500n m的轻质弹簧将它们连接 现分别用两个方向相反的水平恒力f1 f2同时作用在a b两物体上 已知f1 20n f2 10n 取g 10m s2 当物体运