高考物理大一轮361度全程复习 牛顿运动定律的综合应用课件.ppt

第三节牛顿运动定律的综合应用 1 连接体 1 两个 或两个以上 物体组成的系统 我们称之为连接体 连接体的加速度通常是的 但也有不同的情况 如一个静止 一个运动 2 处理连接体问题的方法 与 要么先整体后隔离 要么先隔离后整体 不管用什么方法解题 所使用的规律都是 相同 整体法 隔离法 牛顿运动定律 2 整体法 1 整体法是指系统内 即连接体内 物体间无相对运动时 具有相同加速度 可以把连接体内所有物体组成的系统作为考虑 分析其受力情况 对整体列方程求解 2 整体法可以求系统的或外界对系统的作用力 3 隔离法 1 隔离法是指当我们所研究的问题涉及多个物体组成的系统时 需要求连接体内各部分间的相互作用力 从研究方便出发 把某个物体从系统中出来 作为研究对象 分析受力情况 再列方程求解 2 隔离法适合求物体系统内各的相互作用力或各个物体的加速度 整体 加速度 隔离 物体间 1 2011 淮州检测 如图3 3 1所示 质量为m的小车放在光滑的水平地面上 右面靠墙 小车的上表面是一个光滑的斜面 斜面的倾角为 当地重力加速度为g 那么 当有一个质量为m的物体在这个斜面上自由下滑时 小车对右侧墙壁的压力大小是 图3 3 1 解析 先用隔离法 分析物体的受力情况 物体沿斜面向下的加速度a gsin 将a沿水平方向和竖直方向分解 则ax acos gsin cos 整体法f max mgsin cos 由牛顿第三定律可知 小车对右侧墙壁的压力为mgsin a正确 答案 a 在物体的运动变化过程中 往往达到某个特定状态时 有关的物理量将发生突变 此状态叫 相应的待求物理量的值叫 此类问题称为临界问题 利用临界值来作为解题思路的起点是一种很有用的思考途径 这种方法称为临界条件法 又叫极限法 这种方法是将物体的变化过程推至 临界状态 抓住满足临界值的条件 准确分析物理过程进行求解 常出现的临界条件为 1 地面 绳子或杆的弹力为零 2 相对静止的物体间静摩擦力达到 通常在计算中取最大静摩擦力滑动摩擦力 临界状态 临界值 极限 最大 等于 2 如图3 3 2所示 光滑水平面上放置质量分别为m 2m的a b两个物体 a b间的最大静摩擦力为 mg 现用水平拉力f拉b 使a b以同一加速度运动 则拉力f的最大值为 a mgb 2 mgc 3 mgd 4 mg 图3 3 2 答案 c 解答问题时 不能把整体法和隔离法对立起来 而应该把这两种方法结合起来 从具体问题的实际情况出发 灵活选取研究对象 恰当选择使用隔离法和整体法 1 在使用隔离法解题时 所选取的隔离对象可以是连接体中的某一个物体 也可以是连接体中的某一部分物体 包含两个或两个以上的单个物体 而这 某一部分 的选取 也应根据问题的实际情况 灵活处理 2 在选用整体法和隔离法时可依据所求的力进行选择 若所求力为外力则应用整体法 若所求力为内力则用隔离法 但在具体应用时 绝大多数的题目要求两种方法结合应用 且应用顺序也较为固定 即求外力时 先隔离后整体 求内力时 先整体后隔离 先整体或先隔离的目的都是为了求解共同的加速度 2009 安徽高考 在2008年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 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3 3 3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 图3 3 3 解析 解法一 1 设运动员和吊椅的质量分别为m人和m椅 运动员受到绳向上的拉力为f 由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等 吊椅受到绳的拉力也是f 对运动员和吊椅整体进行受力分析如图甲所示 则有2f m人 m椅 g m人 m椅 a解得f 440n 由牛顿第三定律 运动员竖直向下拉绳的力为f 440n 甲 2 设吊椅对运动员的支持力为fn 对运动员进行受力分析如图乙所示 则有f fn m人g m人a解得fn 275n由牛顿第三定律 运动员对吊椅的压力也为275n 方向竖直向下 解法二设运动员和吊椅的质量分别为m人和m椅 运动员竖直向下拉绳的力大小为f 对吊椅的压力大小为fn 乙 根据牛顿第三定律 绳对运动员的拉力大小也为f 吊椅对运动员的支持力大小为fn 分别以运动员和吊椅为研究对象 根据牛顿第二定律得f fn m人g m人af fn m椅g m椅a联立解得 f 440n fn 275n即运动员竖直向下拉绳的力为440n 对吊椅的压力为275n 答案 1 440n 方向竖直向下 2 275n 方向竖直向下 1 如图3 3 4甲所示 质量为m的小车放在光滑的水平面上 小车上用细线悬吊一质量为m的小球 m m 现用一力f水平向右拉小球 使小球和车一起以加速度a向右运动时 细线与竖直方向成 角 细线的拉力为t 如图3 3 4乙所示 若用一力f 水平向左拉小车 使小车和车一起以加速度a 向左运动时 细线与竖直方向也成 角 细线的拉力为t 则 a a a t tb a a t tc a a t td a a t t 答案 b 临界问题是指物体的运动性质发生突变 要发生而尚未发生改变时的状态 有时题目中会出现 最大 最小 或 刚好 等词语 此时运动物体的特殊条件往往是解题的突破口 图3 3 5 一个弹簧测力计放在水平地面上 q为与轻弹簧上端连在一起的秤盘 p为一重物 已知p的质量m 10 5kg q的质量m 1 5kg 弹簧的质量不计 劲度系数k 800n m 系统处于静止 如图3 3 5所示 现给p施加一个方向竖直向上的力f 使它从静止开始向上做匀加速运动 已知在前0 2s内 f为变力 0 2s以后 f为恒力 求力f的最大值与最小值 取g 10m s2 思路点拨 1 p做匀加速运动 它受到的合外力一定是恒力 0 2s以后 f为恒力 说明t 0 2s的时刻 正是p与q开始脱离接触的时刻 即临界点 2 t 0 2s的时刻 此时刻p与q具有相同的速度及加速度 弹簧并未恢复原长 3 当t 0的时刻 应是力f最小的时刻 随后 由于弹簧弹力逐渐变小 而p与q受到的合力保持不变 因此力f逐渐变大 至t 0 2s的时刻 f增至最大 答案 168n72n 此类问题的关键是从图象中提取物体的运动情况或受力情况 转化为一般的动力学问题 然后用解牛顿定律问题的常规方法去求解 图3 3 6 2010 安徽高考 质量为2kg的物体在水平推力f的作用下沿水平面做直线运动 一段时间后撤去f 其运动的v t图象如图3 3 6所示 g取10m s2 求 1 物体与水平面间的动摩擦因数 2 水平推力f的大小 3 0 10s内物体运动位移的大小 2 2009 全国 两物体甲和乙在同一直线上运动 它们在0 0 4s时间内的v t图象如图3 3 7所示 若仅在两物体之间存在相互作用 则物体甲与乙的质量之比和图中时间t1分别为 图3 3 7 答案 b 1 2010 福建高考 质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上 物体与地面间的动摩擦因数为0 2 最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等 从t 0时刻开始 物体受到方向不变 大小呈周期性变化的水平拉力f的作用 f随时间t的变化规律如图3 3 8所示 重力加速度g取10m s2 则物体在t 0至t 12s这段时间的位移大小为 图3 3 8 a 18mb 54mc 72md 198m 答案 b 2 2009 宁夏高考 如图3 3 9所示 一足够长的木板静止在光滑水平面上 一物块静止在木板上 木板和物块间有摩擦 现用水平力向右拉木板 当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时 撤掉拉力 此后木板和物块相对于水平面的运动情况为 图3 3 9 a 物块先向左运动 再向右运动b 物块向右运动 速度逐渐增大 直到做匀速运动c 木板向右运动 速度逐渐变小 直到做匀速运动d 木板和物块的速度都逐渐变小 直到为零 解析 由于物块与木板存在相对滑动 即相对于木板向左运动 因此木板对物块的摩擦力向右 所以物块相对于地面一直向右运动 且速度不断增大 直至与木板相对静止而做匀速直线运动 故a错误 b正确 由牛顿第三定律可知 木板受物块给它的向左的滑动摩擦力 则木板的速度不断减小 二者速度相等时做匀速直线运动 故c正确 由于水平面光滑 所以木板和物块的运动不会停止 d错误 答案 bc 3 2009 海南高考 一卡车拖挂一相同质量的车厢 在水平直道上以v0 12m s的速度匀速行驶 其所受阻力可视为与车重成正比 与速度无关 某时刻 车厢脱落 并以大小为a 2m s2的加速度减速滑行 在车厢脱落t 3s后 司机才发觉并紧急刹车 刹车时阻力为正常行驶时的3倍 假设刹车前牵引力不变 求卡车和车厢都停下后两者之间的距离 解析 设卡车的质量为m 车所受阻力与车重之比为 刹车前卡车牵引力的大小为f 卡车刹车前后加速度的大小分别为a1和a2 重力加速度大小为g 由牛顿第二定律有f 2 mg 0 f mg ma1 mg ma 3 mg ma2 设车厢脱落后 t 3s内卡车行驶的路程为x1 末速度为v1 根据运动学公式有 答案 36m 4 2012 预测 水平面上有一带圆弧形凸起的长方形木块a 木块a上的物体b用绕过凸起的轻绳与物体c相连 b与凸起之间的绳是水平的 用一水平向左的拉力f作用在物体b上 恰使物体a b c保持相对静止 如图3 3 10所示 已知物体a b c的质量均为m 重力加速度为g 不计所有的摩擦 则拉力f应为多大 图3 3 10 解析 如图所示 设绳中张力为t a b c共同的加速度为a 与c相连部分的绳与竖直线夹角为 由牛顿运动定律 对a b c组成的整体有f 3ma 对b有f t ma 对c有tcos mg tsin ma 板块 类问题 如图3 3 22 质量m 8kg的小车停放在光滑水平面上 在小车右端施加一水平恒力f 8n 当小车向右运动速度达到3m s时 在小车的右端轻放一质量m 2kg的小物块 物块与小车间的动摩擦因数 0 2 假定小车足够长 问 图3 3 22 1 经过多长时间物块停止与小车间的相对运动 2 小物块从放在车上开始经过t0 3 0s所通过的位移是多少 g取10m s2 解析 1 依据题意 物块在小车上停止运动时 物块与小车保持相对静止 应具有共同的速度 设物块在小车上相对运动时间为t 物块 小车受力分析如图 物块放上小车后做初速度为零 加速度为a1的匀加速直线运动 小车做加速度为a2的匀加速运动 由牛顿运动定律 物块放上小车后加速度 a1 g 2m s2 答案 1 2s 2 8 4m 1 如图3 3 23甲所示 放在光滑水平面上的木块受到两个水平力f1与f2的作用静止不动 现保持f1不变 f2大小变化如图乙所示 则在此过程中 能正确描述木块运动情况的速度图象是 图3 3 23 解析 由于f2均匀减小到零然后又均匀增大到原值 所以物体受到的合外力的变化情况为先增大后减小到零 根据牛顿第二定律知物体加速度也是先增大后减小到零 而速度一直在增大 最后达到最大值 符合上述规律的v t图象只有d项 答案 d 2 如图3 3 24 a 所示 水平面上质量均为m的两木块a b用劲度系数为k的轻质弹簧连接 整个系统处于平衡状态 现用一竖直向上的力f拉动木块a 使木块a向上做加速度为a的匀加速直线运动 取木块a的起始位置为坐标原点 图3 3 24 b 中实线部分表示从力f作用在木块a到木块b刚离开地面这个过程中 f和木块a的位移x之间的关系 则 图3 3 24 答案 ac 3 2010 长沙模拟 如图3 3 25所示 光滑水平面上放置质量分别为m 2m和3m的三个木块 其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸长的轻绳相连 轻绳能承受的最大拉力为t 现用水平拉力f拉质量为3m的木块 使三个木块以同一加速度运动 则以下说法正确的是 a 质量为2m的木块受到四个力的作用b 当f逐渐增大到t时 轻绳刚好被拉断c 当f逐渐增大到1 5t时 轻绳还不会被拉断d 轻绳刚要被拉断时 质量为m和2m的木块间的摩擦力为t 图3 3 25 解析 对三个木块组成的整体 f m 2m 3m a 设轻绳的拉力恰好为t 则有 t m 2m a 以上两式联立可得 此时f 2t 即当f 2t时轻绳刚要被拉断 b错误 c正确 对m分析 由ff ma可得 ff t d错误 此过程中 质量为2m的木块受重力 地面支持力 m对它的压力和摩擦力以及轻绳的拉力t五个力作用 故a错误 答案 c 4 如图3 3 26所示 质量为m的木板上放着一质量为m的木块 木块与木板间的动摩擦因数为 1 木板与水平地面间的动摩擦因数为 2 则加在木板上的力f为多大时 才能将木板从木块下抽出 图3 3 26 解析 m和m以摩擦力相联系 只有当二者发生相对滑动时 才有可能将m从m下抽出 此时对应的临界状态是 m与m间的摩擦力必定是最大静摩擦力ffm ffm 1mg 且m运动的加速度必定是二者共同运动时的最大加速度am 以木块为研究对象 根据牛顿第二定律得 ffm mam am也就是系统在此临界状态下的加速度 设此时作用在m上的力为f0 取m m整体为研究对象 则有 f0 2 m m g m m am 联立 式得 f0 m m