.9 高中物理研讨会刘怀东牛顿定律

2009届第一轮复习专题讲座 牛顿运动定律 泗洪中学 刘怀东 一 考纲要求 考点11牛顿运动定律及其应用要求定为 级要求 说明 加速度不同的连接体问题不作要求 在非惯性系内运动的问题不作要求 考点12是关于探究 加速度与物体质量 物体受力分析的关系 的实验 要求定为 级要求 二 新课标要求 内容标准 1 通过实验 探究加速度与物体质量 物体受力的关系 理解牛顿运动定律 用牛顿运动定律解释生活中的有关问题 通过实验认识超重和失重现象 2 认识单位制在物理学中的重要意义 知道国际单位制中的力学单位 四 重点 难点知识解读 高考趋势展望 牛顿运动定律是经典力学的核心内容 是历年高考重点考查的内容之一 高考对牛顿定律的考查不仅局限在力学范围内 常常结合带电粒子在电场 磁场中的运动 导体棒切割磁感线的运动等问题 考查考生综合应用牛顿运动定律和其他相关规律分析解决问题的能力 尤其是现在这种高考模式 动量和能量相结合的题型不方便考查 那么牛顿定律和电 磁等结合题型就相当重要 如 07年江苏第6 15题 08年江苏14题等 重点 难点牛顿运动定律反映的是力和运动的关系 所以 应用牛顿运动定律解决的动力学问题主要有两类 1 已知物体受力情况求运动情况 2 已知物体运动情况求受力情况 在这两类问题中 加速度是联系物体受力情况和运动情况的桥梁 所以对物体运动过程进行分析 不仅分析运动情况 还要分析受力情况 过程分析是难点 牛顿第二定律的理解和运用是重点 也是难点 至于超重和失重状态 仅是动力学的简单问题之一 只要能熟练应用牛顿定律解决动力学问题 超重和失重问题很容易解决 在有些题目中用超重 失重的思想去进行推理 分析 判断 还是比较简捷和有用的 物体所受的合外力决定物体运动的性质 即决定物体做匀速运动还是变速运动 匀变速运动还是非匀变速运动 物体做何种形式的运动 还要根据物体的初始运动状态 即初速度v0进行分析方能确定 五 本章内容处理 应用牛顿运动定律解决动力学问题 要对物体进行受力分析 进行力的分解和合成 要对物体运动规律进行分析 然后根据牛顿第二定律 把物体受的力和运动联系起来 列方程求解 这是对多方面力学知识 分析综合能力 推理能力 应用数学知识解决物理问题的能力的综合考查 要深刻理解牛顿运动定律的物理意义 要能够熟练地应用牛顿运动定律解题 即便是向应用型 能力型变革的高考试题中 无非是增加些结合实际生产 生活的一些实例 在把这些实例抽象成物理模型的过程中考查学生的能力和物理学的思想方法 最后解决物理问题 仍然离不开基本的物理知识和规律 六 典型例题 1 考查牛顿第一定律例1 根据牛顿第一定律 我们可以得到如下的推论 a 静止的物体一定不受其它外力作用b 惯性就是质量 惯性是一种保持匀速运动或静止状态的特性c 物体的运动状态发生了改变 必定受到外力的作用d 力停止作用后 物体就慢慢停下来 2 考查牛顿第三定律例2 有人说 喷气式飞机喷出的气体向后推动空气 空气就向前推动飞机 喷气式飞机正是由于受到了这个推力才能克服阻力向前飞行 这种说法是否正确 3 牛顿第二定律列式的方法力的合成法 图3 1 10 3 牛顿第二定律列式的方法力的合成法例3一倾角为300的斜面上放一木块 木块上固定一支架 支架末端用丝线悬挂一小球 木块在斜面上下滑时 小球与滑块相对静止共同运动 当细线 1 沿竖直方向 2 与斜面方向垂直 3 沿水平方向 求上述三种情况下滑块下滑的加速度 如图 正交分解法例4 07江苏 直升机沿水平方向匀速飞往水源取水灭火 悬挂着m 500kg空箱的悬索与竖直方向的夹角 直升机取水后飞往火场 加速度沿水平方向 大小稳定在a 1 5m s2时 悬索与竖直方向的夹角 如果空气阻力大小不变 且忽略悬索的质量 谋求水箱中水的质量 取重力加速度g 10m s2 sin 0 242 cos 0 970 例5如图3 2 4所示 m和m保持相对静止 一起沿倾角为 的光滑斜面下滑 则m和m间的摩擦力大小是多少 弹力大小是多少 4 突变类问题 力的瞬时性 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 例6如图3 1 2所示 质量为m的小球与细线和轻弹簧连接后被悬挂起来 静止平衡时ac和bc与过c的竖直线的夹角都是600 则剪断ac线瞬间 求小球的加速度 剪断b处弹簧的瞬间 求小球的加速度 图3 1 2 5 动力学的两类基本问题 1 已知物体受力情况求运动情况 2 已知物体运动情况求受力情况 在这两类问题中 加速度是联系物体受力情况和运动情况的桥梁 例7如图所示 质量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 2 0s后撤去f 又经过t2 4 0s物体刚好停下 求 f的大小 最大速度vm 总位移s 图3 24 例8 06济南市统考 杂技演员在进行 顶杆 表演时 用的是一根质量可忽略不计的长竹竿 质量为30kg的演员自杆顶由静止开始下滑 滑到杆底时速度正好为零 已知竹竿底部与下面顶杆人肩部之间有一传感器 传感器显示顶杆人肩部的受力情况如图所示 取g 10m s2 求 1 杆上的人下滑过程中的最大速度 2 竹竿的长度 图3 2 1 例9 多过程 仿上海市高考题 如图3 2 1所示 在倾角为 370的足够长的固定的斜面底端有一质量m 1 0kg的物体 物体与斜面间动摩擦因数 0 25 现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动 拉力f 10 0n 方向平行斜面向上 经时间t 4 0s绳子突然断了 求 1 绳断时物体的速度大小 2 从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间 sin370 0 60 cos370 0 80 g 10m s2 6 超重与失重 例10如图所示的装置放在台秤上支架上端固定一线圈 其正下方有一铁块 当k闭合时 铁块能被通电线圈吸上去 问在铁块向上运动的过程中 分析台秤的示数如何变化 例11 四个质量 形状相同的斜面体放在粗糙的水平面上 另有四个质量相同的小物体放在斜面顶端 由于小物体与斜面间的摩擦力不同 第一个物体匀加速下滑 第二个物体匀速下滑 第三个物体匀减速下滑 第四个物体静止在斜面上 如图所示 四个斜面均保持不动 下滑过程中斜面对地面压力依次为f1 f2 f3 f4 则它们的大小关系是 c a f1 f2 f3 f4b f1 f2 f3 f4c f1 f2 f4 f3d f1 f3 f2 f4 7 运用牛顿定律解重叠体问题 例12如图所示 放在水平地面上的木板长1米 质量为2kg b与地面间的动摩擦因数为0 2 一质量为3kg的小铁块a放在b的左端 a b之间的动摩擦因数为0 4 当a以3m s的初速度向右运动后 求最终a对地的位移和a对b的位移 例13 如图所示 有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上 木板质量为m 4kg 长为l 1 4m 木板右端放着一小滑块 小滑块质量为m 1kg 其尺寸小于l 小滑块与木板之间的动摩擦因数为 1 现用恒力f作用在木板m上 为了使得m能从m上面滑落下来 问 f大小的范围是什么 2 其它条件不变 若恒力f 22 8牛顿 且始终作用在m上 最终使得m能从m上面滑落下来 问 m在m上面滑动的时间是多大 例14 如下图3 2 22所示 平板a长5m 质量为m 5kg 放在水平桌面上 板右端与桌边相齐 在a上距其右端s 3m处放一个质量m 2kg的小物体b 已知a和b之间的动摩擦因数 1 0 1 a b两物体与桌面间的动摩擦因数均为 2 0 2 最初系统静止 现在对板a右端施一水平恒力f后 将a从b下抽出 且恰使b停在桌右边缘 试求f的大小 取g 10m s2 2004年全国25和之很相象 8 用牛顿运动定律解决传送带问题例15如图 光滑圆弧槽的末端与水平传送带相切 已知传送带长l 8m 滑块与传送带之间的动摩擦因数为 0 2 一滑块从离传送带高h 1 8m处由静止沿圆槽滑下 求下面三种情况下 滑块在传送带上a到b运动的时间 g 10m s2 1 传送带不动 2 传送带以4m s的速度逆时针转动 3 传送带以4m s的速度顺时针转动 滑块在传送带上a到b运动的时间 此过程中若小滑块质量为2kg 传送带对滑块做多少功 摩擦力对传送带做多少功 若要使滑块从a到b所用的时间最短 则传送带的最小速率为多少 例16如图所示 倾角 37 的传送带上 上 下两端相距s 7m 当传送带以的恒定速率逆时针转动时 将一个与传送带间动摩擦因数 0 25的物块p轻放于a端 p从a端运动到b端所需的时间是多少 若传送带顺时针转动 p从a端运动到b端的时间又是多少 9 连接体问题的处理解题的要点是 1灵活的选择好研究对象 即隔离法和整体法的运用 2 认真仔细的受力分析和运动状态分析 例17如图所示 同种材料的物块a b并放在光滑水平面上和粗糙斜面上 用大小均为f 方向分别为水平和平行于斜面的恒力作用于a 使两物块作加速运动 则两物块间相互作用的弹力大小n1和n2的关系为 a n1n2d 无法确定 例18 2007江苏卷6 如图所示 光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块 其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连 木块间的最大静摩擦力是 mg 现用水平拉力f拉其中一个质量为2m的木块 使四个木块以同一加速度运动 则轻绳对m的最大拉力为 b a 3 mg 5b 3 mg 4c 3 mg 2d mg c 3 mg 2d mg 10 用牛顿第二定律对系统列式 若一个系统内物体的加速度不相同 主要指大小不同 又不需求系统内物体间的互相作用力时 利用 fx外 m1a1x m2a2x fy外 m1a1g m2a2y 对系统列式较简捷 因为对系统分析外力 可减少未知的内力 使列式方便 大大简化了运算 以上这种方法 我们把它也叫做 整体法 用此种方法要抓住三点 1 分析系统受到的外力 2 分析系统内各物体的加速度大小和方向 3 建立直角坐标系 分别在两方向上对系统列出方程 例19如图3 4 6 静止于粗糙的水平面上的斜劈a的斜面上 一物体b沿斜面向上做匀减速运动 那么 斜劈受到的水平面给它的静摩擦力的方向怎样 对a b整体的水平方向运用牛顿第二定律 fx外 m1a1x m2a2x 得f m2a2x f与a2x同方向 a受到的摩擦力水平向左 此题还可做如下讨论 1 当b匀速下滑时 f 0 2 当b减速下滑时 f向右 11 动力学的临界和极值在应用牛顿定律解决动力学的问题中 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 临界问题的解法一般有三种方法 1 极限法2 假设法 3 数学方法 极值可用直接判断 或用二次函数 三角知识 不等式等结合处理 例20 一个弹簧秤放在水平地面上 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 2 9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时间内 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 1om s2 六 与科技 生产 生活联系紧密的热点问题 1 与生产 生活联系一位同学的家住在一座25层的高楼内 他每天乘电梯上楼 经过多次仔细观察和反复测量 他发现电梯启动后的运动速度符合如图1 3 2所示的规律 他就根据这一特点在电梯内用台秤 重物和秒表测量这座楼房的高度 他将台秤放在电梯内 将重物放在台秤的托盘上 电梯从第一层开始启动 经过不间断地运行 最后停在最高层 在整个过程中 他记录了台秤在不同时间段内的示数 记录的数据如下表所示 但由于0 3 0s段的时间太短 他没有来得及将台秤的示数记录下来 假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的 重力加速度g取10m s2 1 电梯在1 3 0s时间段内台秤的示数应该是多少 2 根据测量的数据 计算该座楼房每一层的平均高度 联系新闻热点 北京08奥运会 跳马在跳马运动中 运动员完成空中翻转的动作 能否稳住是一个得分的关键 为此 运动员在脚接触地面后都有一个下蹲的过程 为的是减小地面对人的冲击力 某运动员质量为m 从最高处下落过程中在空中翻转的时间为t 接触地面时所能承受的最大作用力为f 视为恒力 双脚触地时重心离脚的高度为h 能下蹲的最大距离为s 若运动员跳起后 在空中完成动作的同时 又使脚不受伤 则起跳后的高度h的范围为多大 在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计 计算时 可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点 举重运动举重运动是力量和技巧充分结合的体育项目 就 抓举 而言 其技术动作可分为预备 提杠铃 发力 下蹲支撑 起立 放下杠铃等六个步骤 图甲所示的照片表示了其中的几个状态 现只研究从发力到支撑这个过程 测得轮子在照片中的直径是d 0 9cm 在照片上用尺量出从发力到支撑 杠铃上升的距离为1 4cm已知运动员所在地举杠铃直径d 0 45m 质量m 150kg 运动员从发力到支撑历时t 0 7s 为简便起见 可以认为在该过程中运动员作用在杠铃上的