第五节牛顿第二定律的应用.doc

第三节牛顿运动定律的综合应用一、超重和失重1超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象，称为超重现象(2)产生条件：物体具有向上的加速度2失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象，称为失重现象(2)产生条件：物体具有向下的加速度3完全失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的情况称为完全失重现象(2)产生条件：物体的加速度ag，方向竖直向下二、解答连接体问题的常用方法1整体法：当系统中各物体的加速度相同时，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质量之和，当整体受到的外力已知时，可用牛顿第二定律求出整体的加速度2隔离法：当求解系统内物体间相互作用力时，常把物体从系统中“隔离”出来进行分析，依据牛顿第二定律列方程3外力和内力(1)外力：系统外的物体对研究对象的作用力；(2)内力：系统内物体之间的作用力2.(多选)(2017大同模拟)如图所示，水平地面上有两块完全相同的木块A、B，在水平推力F的作用下运动，用FAB代表A、B间的相互作用力，则()A若地面是完全光滑的，FABFB若地面是完全光滑的，FABC若地面是有摩擦的，FABFD若地面是有摩擦的，FAB超重与失重现象【知识提炼】1对超重、失重的理解：超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化(即“视重”发生变化)2判断方法(1)不管物体的加速度是不是竖直方向，只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态(2)尽管不是整体有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重现象在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等【典题例析】如图所示，是某同学站在压力传感器上，做下蹲起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为牛顿)，横坐标为时间由图线可知()A该同学做了两次下蹲起立的动作B该同学做了一次下蹲起立的动作C下蹲过程中人处于失重状态D下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态如图所示，台秤上有一装水容器，容器底部用一质量不计的细线系住一个乒乓球某时刻细线断开，乒乓球向上加速运动，在此过程中，关于台秤的示数与线断前相比的变化情况及原因下列说法正确的是()A由于乒乓球仍在容器中，所以示数与细线断前相同B细线断后不再向上提拉容器底部，所以示数变大C细线断后，乒乓球有向上的加速度，处于超重状态，故示数变大D容器、水、乒乓球整个系统的重心加速下移，处于失重状态，所以示数变小动力学观点在连接体中的应用【知识提炼】1多个相互关联的物体由细绳、细杆或弹簧等连接或叠放在一起，构成的物体系统称为连接体常见的连接体如图所示：2连接体问题的分析方法：一是隔离法，二是整体法(1)加速度相同的连接体若求解整体的加速度，可用整体法整个系统看成一个研究对象，分析整体受外力情况，再由牛顿第二定律求出加速度若求解系统内力，可先用整体法求出整体的加速度，再用隔离法将内力转化成外力，由牛顿第二定律求解(2)加速度不同的连接体：若系统内各个物体的加速度不同，一般应采用隔离法以各个物体分别作为研究对象，对每个研究对象进行受力和运动情况分析，分别应用牛顿第二定律建立方程，并注意应用各个物体的相互作用关系联立求解3充分挖掘题目中的临界条件(1)相接触与脱离的临界条件：接触处的弹力FN0.(2)相对滑动的临界条件：接触处的静摩擦力达到最大静摩擦力(3)绳子断裂的临界条件：绳子中的张力达到绳子所能承受的最大张力(4)绳子松弛的临界条件：张力为0.4其他几个注意点(1)正确理解轻绳、轻杆和轻弹簧的质量为0和受力能否突变的特征的不同(2)力是不能通过受力物体传递的受力，分析时要注意分清内力和外力，不要漏力或添力【典题例析】质量为M、长为L的杆水平放置，杆两端A、B系着长为3L的不可伸长且光滑的柔软轻绳，绳上套着一质量为m的小铁环已知重力加速度为g，不计空气影响(1)现让杆和环均静止悬挂在空中，如图甲，求绳中拉力的大小(2)若杆与环保持相对静止，在空中沿AB方向水平向右做匀加速直线运动，此时环恰好悬于A端正下方，如图乙所示求此状态下杆的加速度大小a.为保持这种状态需在杆上施加一个多大外力，方向如何？1隔离法的选取原则：若连接体或关联体内各物体的加速度不相同，或者需要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解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，且不需要求系统内物体之间的作用力时，可以把它们看成一个整体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、隔离法交替运用原则：若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求系统内物体之间的作用力时，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” 【跟进题组】 考向1加速度相同的连接体问题1如图所示，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，Mm，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F1.若用一力F水平向左拉小车，使小球和其一起以加速度a向左运动时，细线与竖直方向也成角，细线的拉力为F1.则()Aaa，F1F1Baa，F1F1Caa，F1F1 Daa，F1F1 考向2加速度不同的连接体问题2.一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M10.5 kg，Q的质量m1.5 kg，弹簧的质量不计，劲度系数k800 N/m，系统处于静止如图所示，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0.2 s内，F为变力，0.2 s以后，F为恒力求力F的最大值与最小值(取g10 m/s2) 考向3连接体中的临界、极值问题3(多选)(高考江苏卷)如图所示，A、B 两物块的质量分别为2m和m, 静止叠放在水平地面上A、B 间的动摩擦因数为，B 与地面间的动摩擦因数为.最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为 g现对 A 施加一水平拉力 F，则()A当 F 3mg 时，A 相对 B 滑动D无论 F 为何值，B 的加速度不会超过g传送带问题的分析技巧【知识提炼】1模型特征(1)水平传送带模型项目图示滑块可能的运动情况情景1(1)可能一直加速；(2)可能先加速后匀速情景2(1)v0v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速；(2)v0v返回时速度为v，当v0v返回时速度为v0(2)倾斜传送带模型项目图示滑块可能的运动情况情景1(1)可能一直加速；(2)可能先加速后匀速情景2(1)可能一直加速；(2)可能先加速后匀速；(3)可能先以a1加速后以a2加速2.模型动力学分析(1)传送带模型问题的分析流程(2)判断方法水平传送带若l，物、带能共速；若l，物、带能共速；若l，物块能返回倾斜传送带若l，物、带能共速；若l，物、带能共速；若tan ，物、带共速后匀速；若tan ，物体以a2加速(a2a)【典题例析】(2017四川成都模拟)如图所示，传送带与地面倾角37，从A到B长度为L10.25 m，传送带以v010 m/s的速率逆时针转动在传送带上端A无初速度地放一个质量为m0.5 kg的黑色煤块，它与传送带之间的动摩擦因数为0.5.煤块在传送带上经过会留下黑色痕迹已知sin 370.6，g10 m/s2，求：(1)煤块从A到B的时间；(2)煤块从A到B的过程中传送带上形成痕迹的长度【跟进题组】 考向1水平传送带模型1(多选)(高考四川卷)如图所示，水平传送带以速度v1匀速运动，小物体P、Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连，t0时刻P在传送带左端具有速度v2，P与定滑轮间的绳水平，tt0时刻P离开传送带不计定滑轮质量和摩擦，绳足够长正确描述小物体P速度随时间变化的图象可能是() 考向2倾斜传送带模型2如图所示，与水平面成30的传送带正以v3 m/s 的速度匀速运行，A、B两端相距l13.5 m现每隔1 s把质量m1 kg的工件(视为质点)轻放在传送带上，工件在传送带的带动下向上运动，工件与传送带间的动摩擦因数，取g10 m/s2，结果保留两位有效数字求：(1)相邻工件间的最小距离和最大距离；(2)满载与空载相比，传送带需要增加多大的牵引力？解答传送带问题应注意的事项(1)比较物块和传送带的初速度情况，分析物块所受摩擦力的大小和方向，其主要目的是得到物块的加速度(2)关注速度相等这个特殊时刻，水平传送带中两者一块匀速运动，而倾斜传送带需判断与tan 的关系才能决定物块以后的运动(3)得出运动过程中两者相对位移情况，以后在求解摩擦力做功时有很大作用 滑板滑块模型分析【知识提炼】1模型特征滑块木板模型(如图a)，涉及摩擦力分析、相对运动、摩擦生热，多次相互作用，属于多物体、多过程问题，知识综合性较强，对能力要求较高，故频现于高考试卷中，例如2015年全国、卷中压轴题25题另外，常见的子弹射击木板(如图b)、圆环在直杆中滑动(如图c)都属于滑块类问题，处理方法与滑块木板模型类似2.思维模板【典题例析】质量M4 kg、长2l4 m的木板放在光滑水平地面上，以木板中点为界，左边和右边的动摩擦因数不同一个质量为m1 kg的滑块(可视为质点)放在木板的左端，如图甲所示在t0时刻对滑块施加一个水平向右的恒力F，使滑块和木板均由静止开始运动，t12 s时滑块恰好到达木板中点，滑块运动的x1t图象如图乙所示取g10 m/s2.(1)求滑块与木板左边的动摩擦因数1和恒力F的大小(2)若滑块与木板右边的动摩擦因数20.1，2 s末撤去恒力F，则滑块能否从木板上滑落下来？若能，求分离时滑块的速度大小若不能，则滑块将停在离木板右端多远处？如图所示，质量M1 kg的木块A静止在水平地面上，在木块的左端放置一个质量m1 kg的铁块B(大小可忽略)，铁块与木块间的动摩擦因数10.3，木块长L1 m用F5 N的水平恒力作用在铁块上，g取10 m/s2.(1)若水平地面光滑，计算说明两物块间是否发生相对滑动(2)若木块与水平地面间的动摩擦因数20.1，求铁块运动到木块右端的时间 1.(2017武汉模拟)如图所示，两粘连在一起的物块a和b，质量分别为ma和mb，放在光滑的水平桌面上，现同时给它们施加方向如图所示的水平推力Fa和水平拉力Fb，已知FaFb，则a对b的作用力()A必为推力B必为拉力C可能为推力，也可能为拉力 D不可能为零2.(多选)两个叠在一起的滑块，置于固定的、倾角为的斜面上，如图所示，滑块A、B的质量分别为M、m，A与斜面间的动摩擦因数为1，B与A之间的动摩擦因数为2，已知两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面上滑下，滑块B受到的摩擦力为()A等于零 B方向沿斜面向上C大小等于1mgcos D大小等于2mgcos 3.如图所示为粮袋的传送装置，已知A、B两端间的距离为L，传送带与水平方向的夹角为，工作时运行速度为v，粮袋与传送带间的动摩擦因数为，正常工作时工人在A端将粮袋放到运行中的传送带上设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度大小为g.关于粮袋从A到B的运动，以下说法正确的是()A粮袋到达B端的速度与v比较，可能大，可能小或也可能相等B粮袋开始运动的加速度为g(sin cos )，若L足够大，则以后将以速度v做匀速运动C若tan ，则粮袋从A端到B端一定是一直做加速运动D不论大小如何，粮袋从A端到B端一直做匀加速运动，且加速度agsin 4.(2017郑州模拟)如图所示，一条足够长的浅色水平传送带在自左向右匀速运行，现将一个木炭包无初速度地放在传送带的最左端，木炭包在传送带上会留下一段黑色的径迹下列说法中正确的是()A黑色的径迹将出现在木炭包的左侧B木炭包的质量越大，径迹的长度