福建省高三物理一轮复习导与练 第三章第五课时 牛顿运动定律的应用二多过程及临界问题课件 鲁科版.ppt

2012高三物理复习课件第五课时牛顿运动定律的应用 二 多过程及临界问题 1 通过复习多过程问题的处理方法 达到能正确分析并能灵活处理相关问题 2 通过复习掌握临界问题的处理方法 正确把握临界条件和临界点 1 多过程问题多过程问题是动力学中比较复杂的一类问题 一般要进行分段处理 将复杂的运动按位置关系 速度关系 运动时间关系以及受力情况分成相互 衔接 的几部分 根据各部分所满足的动力学规律分别求解 2 临界问题 1 在物体的运动状态发生变化的过程中 往往会达到某一个特定的状态 有关的物理量将发生突变 此状态即为临界状态 相应物理量的值为临界值 2 解决临界问题的分析方法一般用极端分析法 即把问题推向极端 分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件 并应用物理规律列出极端情况下的方程求解 无论是多过程问题还是临界问题其实质都是动力学的基本问题 解题时要根据题目的具体情况 灵活选取解题方法 切忌乱套公式 对应学生用书第40页 1 竖直向上射出的子弹 到达最高点后又竖直落下 如果子弹所受的空气阻力与子弹的速率大小成正比 则 a a 子弹刚射出时的加速度值最大b 子弹在最高点时的加速度值最大c 子弹落地时的加速度值最大d 子弹在最高点时的加速度值最小 3 静止在水平地面上的物体的质量为2kg 在水平恒力f推动下开始运动 4s末它的速度达到4m s 此时将f撤去 又经6s物体停下来 如果物体与地面的动摩擦因数不变 求f的大小 多过程问题的处理方法1 多过程问题是动力学的重点 也是学习过程中的难点 分析多过程问题常用程序法 2 程序法 按顺序对题目给出的物体运动过程进行分析的方法简称 程序法 程序法 要求我们从读题开始 注意题中能划分多少个不同的过程或多少个不同的状态 然后对各个过程或各个状态进行分析 3 在所有的物理参量中 应注意连接点的速度求解 因为这个物理量在前一个过程是末速度 而在后一个过程是初速度 起到了承上启下的作用 所以求解连接点的速度是解题的桥梁和纽带 是顺利求解的关键 例1 2011年海南模拟 12分 科研人员乘气球进行科学考察 气球 座舱 压舱物和科研人员的总质量为990kg 气球在空中停留一段时间后 发现气球漏气而下降 及时堵住 堵住时气球下降速度为1m s 且做匀加速运动 4s内下降了12m 为使气球安全着陆 向舱外缓慢抛出一定的压舱物 此后发现气球做匀减速运动 下降速度在5分钟内减少了3m s 若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略 重力加速度g 9 89m s2 求抛掉的压舱物的质量 答案 101kg 一个复杂的问题 往往具有多个物理过程 我们只要按顺序分析清楚每个物理过程的受力情况 运动情况 找到每个过程适用的物理规律 运用运动学公式和牛顿运动定律 就可以水到渠成 攻克一个又一个的物理难题 针对训练11 如图所示 质量为m 4kg的物体与地面间的动摩擦因数为 0 5 在与水平成 37 角的恒力f作用下 从静止起向右前进t1 2s后撤去f 又经过t2 4s物体刚好停下 求f的大小 最大速度vm 总位移s 取g 10m s2 答案 54 5n20m s60m 临界问题及处理方法1 动力学中的常见临界问题 1 接触与脱离的临界条件 两物体相接触或脱离的临界条件是弹力n 0 2 相对静止或相对滑动的临界条件 两物体相接触且处于相对静止时 常存在着静摩擦力 则相对静止或相对滑动的临界条件是 静摩擦力达到最大值或为零 3 绳子断裂与松弛的临界条件 绳子所能承受的张力是有限的 绳子断与不断的临界条件是张力等于它所能承受的最大张力 绳子松弛的临界条件是t 0 2 寻找临界条件 解决临界问题的基本思路 1 认真审题 详细分析问题中变化的过程 包括分析整个过程中有几个阶段 2 寻找过程中变化的物理量 自变量与因变量 3 探索因变量随自变量变化时的变化规律 要特别注意相关物理量的变化情况 4 确定临界状态 分析临界条件 找出临界关系 例2 如图所示 质量m 10kg的小球挂在倾角 37 的光滑斜面的固定铁杆上 取g 10m s2 求 1 当斜面和小球以a1 的加速度向右匀加速运动时 小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多大 2 当斜面和小球都以a2 g的加速度向右匀加速运动时 小球对绳的拉力和对斜面的压力又分别为多大 思路点拨 先判断小球刚离开斜面时的加速度a0 再根据a1 a2的值与a0比较 画出符合实际的受力分析图求解 答案 1 100n50n 2 200n0 1 解决临界问题 要注意发现题目中的临界条件 有时是隐含条件 用假设法或极限分析法求解 如题目中a0的求解是用假设法 2 根据临界条件画出符合题目条件的受力分析图 也是非常关键的一步 针对训练21 如图所示 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m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 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 2 设物块处于相对斜面向上滑的临界状态 物体恰好不上滑 时推力为f2 此时物块受力如图 乙 对物块有 x轴方向 n2sin n2cos ma2 y轴方向 n2cos n2sin mg 0 解 两式得 a2 11 2m s2对整体有 f2 m m a2 所以f2 33 6n f的范围为 14 34n f 33 6n 答案 14 34n f 33 6n 考点 动力学知识的综合应用 例题 2010年东北三校二联 如图所示 在一次消防演习中 消防员练习使用挂钩从高空沿滑杆由静止滑下 滑杆由ao ob两段直杆通过光滑转轴连接 可将消防员和挂钩均理想化为质点 且通过o点的瞬间没有机械能的损失 ao长为l1 5m ob长为l2 10m 两堵竖直墙的间距d 11m 滑杆a端用铰链固定在墙上 可自由转动 b端用铰链固定在另一侧墙上 为了安全 消防员到达对面墙的速度大小不能超过6m s 挂钩与两段滑杆间动摩擦因数均为 0 8 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 若测得消防员下滑时 ob段与水平方向间的夹角始终为37 求消防员在两滑杆上运动时加速度的大小及方向 2 若b端在竖直墙上的位置可以改变 求滑杆端点a b间的最大竖直距离 解析 1 设杆oa ob与水平方向夹角为 由几何关系 d l1cos l2cos 得出ao杆与水平方向夹角 53 由牛顿第二定律得mgsin f maf n n mgcos 在ao段运动的加速度 a1 gsin53 gcos53 3 2m s2 方向沿ao杆向下 在ob段运动的加速度 a2 gsin37 gcos37 0 4m s2 方向沿bo杆向上 答案 1 见解析 2 10 2m 航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器 其质量m 2kg 动力系统提供的恒定升力f 28n 试飞时 飞行器从地面由静止开始竖直上升 设飞行器飞行时所受的阻力大小不变 g取10m s2 1 第一次试飞 飞行器飞行t1 8s时到达高度h 64m 求飞行器所受阻力ff的大小 2 第二次试飞 飞行器飞行t2 6s时遥控器出现故障 飞行器立即失去升力 求飞行器能达到的最大高度h 3 为了使飞行器不致坠落到地面 求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3 本题属多过程问题 研究各阶段的受力特点和满足的运动规律 同时关注每个阶段衔接点的速度或力的变化是正确解题的关键 测控导航 1 2011年广州三校联考 如图所示 一条轻质弹簧左端固定 右端系一小物块 物块与水平面各处动摩擦因数相同 弹簧无形变时 物块位于o点 今先后分别把物块拉到p1和p2点由静止释放 物块都能运动到o点左方 设两次运动过程中物块速度最大的位置分别为q1和q2点 则q1和q2点 d a 都在o点b 都在o点右方 且q1离o点近c 都在o点右方 且q2离o点近d 都在o点右方 且q1 q2在同一位置解析 物块在水平方向受弹力和滑动摩擦力 弹力是变力 故物块做变加速运动 当加速度a 0时 速度最大 根据牛顿第二定律 当弹力和摩擦力大小相等 方向相反时 加速度a 0 故速度最大位置应在o点右方同一位置 故d正确 2 一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动 小球通过细绳与车顶相连 小球某时刻正处于如图所示状态 设斜面对小球的支持力为n 细绳对小球的拉力为t 关于此时刻小球的受力情况 下列说法正确的是 b a 若小车向左运动 n不可能为零b 若小车向左运动 t可能为零c 若小车向右运动 n不可能为零d 若小车向右运动 t不可能为零解析 对小球分析 当n 0时 小球的合外力水平向右 加速度向右 故小车可能向右加速或向左减速 选项ac错 当t 0时 小球合外力向左 加速度向左 故小车可能向右减速或向左加速运动 b对 d错 4 2010年福建福州联考 不可伸长的轻绳跨过质量不计的滑轮 绳子的一端系一质量m 15kg的重物 重物静止于地面上 有一质量m 10kg的猴子从绳的另一端沿绳上爬 如图所示 不计滑轮摩擦 在重物不离开地面的条件下 猴子向上爬的最大加速度为 取g 10m s2 b a 20m s2b 5m s2c 10m s2d 15m s2解析 本题的临界条件是绳子的拉力f mg 以猴子为研究对象 其受向上的拉力f和自身的重力mg 则由牛顿第二定律可知f mg ma 而f mg 故有mg mg ma 所以a 5m s2 答案为b 5 2010年福建师大附中质检 传送带以v1的速度匀速运动 物体以v2的速度滑上传送带 物体速度方向与传送带运行方向相反 如图所示 已知传送带长度为l 物体与传送带之间的动摩擦因数为 则以下判断不正确的是 b a 当v2 l满足一定条件时 物体可以从a端离开传送带 且物体在传送带上运动的时间与v1无关b 当v2 l满足一定条件时 物体可以从b端离开传送带 且物体离开传送带时的速度可能大于v1c 当v2 l满足一定条件时 物体可以从b端离开传送带 且物体离开传送带时的速度可能等于v1d 当v2 l满足一定条件时 物体可以从b端离开传送带 且物体离开传送带时的速度可能小于v1 6 2010年山东威海模拟 质量为1 0kg的物体静止在水平面上 物体与水平面之间的动摩擦因数为0 30 对物体施加一个大小变化 方向不变的水平拉力f 作用了3t0的时间 为使物体在3t0时间内发生的位移最大 力f随时间的变化情况应该为图中的 b 解析 因为物体受的最大静摩擦力为3n 故物体在5n的力的作用下匀加速运动的加速度为2m s2 故a图和d图都是物体以2m s2的加速度匀加速运动了时间t0 而b图和c图都是物体以2m s2的加速度匀加速运动了时间t0 再匀速运动了时间t0 而b图物体又向前匀减速运动了一段时间 故b图物体的位移最大 7 质量为0 8kg的物体在一水平面上运动 如图所示的两条直线分别表示物体受到水平拉力作用和不受拉力作用时的vt图线 图线b与上述的 状态相符 该物体所受到的拉力是 n 解析 由vt图象知 图线b表示物体做加速运动 图线a表示做减速运动 由图线a的斜率知 a减 1 5m s2 所以f ma减 1 2n 由b的斜率知a加 0 75m s2 f f ma加 1 8n 答案 受水平拉力作用1 8 8 拓展探究题 如图所示 在升降机中 用水平方向的力将质量为0 2kg的物块压在竖直的墙壁上 物块与墙壁间的动摩擦因数 0 4 1 当升降机以2m s2的加速度匀加速上升时 至少要以多大的力f才能保持物块相对升降机静止 2 当升降机以5m s2的加速度朝下加速运动时 又要以多大的力f 才能保持物块相对升降机静止 取g 10m s2 解析 1 当升降机以2m s2的加速度匀加速上升时 物块受到水平向左的力f和墙壁对物块的弹力n的作用且平衡 即f n竖直方向物块受重力mg和摩擦力f的作用 由牛顿第二定律列方程 f mg ma代