2020版高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律专题课牛顿运动定律的综合应用课件

专题课牛顿运动定律的综合应用 超重 失重问题 1 超重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 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 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 大于 向上 小于 向下 3 完全失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 的现象称为完全失重现象 2 产生条件 物体的加速度a 方向竖直向下 4 对超重和失重的 三点 深度理解 1 不论超重 失重或完全失重 物体的重力都不变 只是 视重 改变 2 在完全失重的状态下 一切由重力产生的物理现象都会完全消失 3 物体是否处于超重或失重状态 不在于物体向上运动还是向下运动 而在于物体的加速度方向 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 等于0 g 命题角度1超重 失重现象的判断 例1 伦敦奥运会开幕式的弹跳高跷表演中 一名质量为m的演员穿着这种高跷从距地面h高处由静止落下 与水平地面撞击后反弹上升到距地面高h处 假设弹跳高跷对演员的作用力类似于弹簧的弹力 演员和弹跳高跷始终在竖直方向运动 不考虑空气阻力的影响 则该演员 图1 a 在向下运动的过程中始终处于失重状态b 在向上运动的过程中始终处于超重状态c 在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态d 在向上运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 解析演员在空中时 加速度为g 方向向下 处于失重状态 当演员落地加速时 加速度a向下 处于失重状态 落地后期减速 加速度a向上 处于超重状态 所以演员在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 选项c正确 同理可知 演员在向上运动的过程中先处于超重状态后处于失重状态 选项d错误 答案c 例2 某人在地面上最多可举起50kg的物体 当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体时 电梯加速度的大小和方向为 g 10m s2 命题角度2根据超重 失重现象判断物体的受力情况 答案d 判断超重和失重的方法 变式训练1 2018 4月浙江选考 如图2所示 小芳在体重计上完成下蹲动作 下列f t图象能反映体重计示数随时间变化的是 解析体重计的读数为人所受的支持力大小 下蹲过程人的速度从0开始最后又回到0 因此人先加速运动后减速运动 加速度方向先向下后向上 即先失重后超重 所以支持力先小于重力 后大于重力 因此选项c正确 答案c 图2 动力学中的图象问题 1 常见的动力学图象v t图象 a t图象 f t图象 f a图象等 2 图象问题的类型 1 已知物体受到的力随时间变化的图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体的速度 加速度随时间变化的图线 要求分析物体的受力情况 3 由已知条件确定某物理量的变化图象 3 解题策略 例3 2018 宁夏模拟 将一个质量为1kg的小球竖直向上抛出 最终落回抛出点 运动过程中所受阻力大小恒定 方向与运动方向相反 该过程的v t图象如图3所示 g取10m s2 下列说法正确的是 命题角度1动力学中的v t图象 图3 答案c 例4 物体最初静止在倾角 30 的足够长斜面上 如图4甲所示受到平行斜面向下的力f的作用 力f随时间变化的图象如图乙所示 开始运动2s后物体以2m s的速度匀速运动 下列说法正确的是 g取10m s2 命题角度2动力学中的f t图象 图4a 物体的质量m 0 5kgb 物体的质量m 2kg 答案d 1 2018 绍兴期中 一物体放在水平地面上 如图5甲所示 已知物体所受水平拉力f随时间t的变化情况如图乙所示 物体相应的速度v随时间t的变化关系如图丙所示 则 图5 a 滑动摩擦力为3nb 全过程克服摩擦力做功30jc 动摩擦因数为0 2d 物体的质量为1 5kg 答案b 2 如图6 a 质量m 1kg的物体沿倾角 37 的固定粗糙斜面由静止开始向下运动 风对物体的作用力沿水平方向向右 其大小与风速v成正比 比例系数用k表示 物体加速度a与风速v的关系如图 b 所示 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 图6 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 比例系数k 解析 1 当v 0时 由图 b 知a0 4m s2 由mgsin mgcos ma0 2 当v 5m s时 a 0 由mgsin fn kvcos 0 fn mgcos kvsin 答案 1 0 25 2 0 84kg s 3 质量为3kg的物体放在水平地面上 在水平恒力f的作用下做匀加速直线运动 4s末撤去此水平恒力f 物体运动的v t图象如图7所示 求 图7 1 物体在0 4s的加速度大小 2 物体在4 10s的位移大小 3 物体所受的摩擦力大小 解析设加速运动时间为t1 减速运动时间为t2 运动过程最大速度为v1 3 由牛顿第二定律ff ma2 得ff 6n答案 1 3m s2 2 36m 3 6n 动力学中的临界极值问题 1 临界或极值条件的标志 1 有些题目中有 刚好 恰好 正好 等字眼 明显表明题述的过程存在着临界点 2 若题目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明题述的过程存在着极值 这个极值点往往是临界点 2 解答临界问题的三种方法 例5 一斜面放在水平地面上 倾角为 53 一个质量为0 2kg的小球用细绳吊在斜面顶端 如图8所示 斜面静止时 球紧靠在斜面上 绳与斜面平行 不计斜面与水平面的摩擦 当斜面以10m s2的加速度向右运动时 求细绳的拉力及斜面对小球的弹力 g取10m s2 图8 解析设小球刚刚脱离斜面时斜面向右的加速度为a 此时斜面对小球的支持力恰好为零 小球只受到重力和细绳的拉力 且细绳仍然与斜面平行 对小球受力分析如图所示 因为a 10m s2 a0故小球已离开斜面 斜面对小球的弹力fn 0 1 如图9所示 木块a的质量为m 木块b的质量为m 叠放在光滑的水平面上 a b之间的动摩擦因数为 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 重力加速度为g 现用水平力f作用于a 则保持a b相对静止的条件是f不超过 图9 答案c 图10 解析当 变化时 设沿斜面向上为正方向 木块的加速度为a 则木块沿木板斜面方向列牛顿第二定律方程 mgsin mgcos ma 根据数学关系知木块加速度最大时位移最小 根据 式有a g sin cos 动力学中的连接体问题 1 连接体多个相互关联的物体连接 叠放 并排或由绳子 弹簧 细杆联系 在一起构成的物体系统称为连接体 连接体一般具有相同的运动情况 速度 加速度 2 解决连接体问题的两种方法 例6 如图11所示 两个质量分别为m1 3kg m2 2kg的物体置于光滑的水平面上 中间用轻质弹簧测力计连接 两个大小分别为f1 30n f2 20n的水平拉力分别作用在m1 m2上 则 图11a 弹簧测力计的示数是50nb 弹簧测力计的示数是24nc 在突然撤去f2的瞬间 m2的加速度大小为4m s2d 在突然撤去f2的瞬间 m1的加速度大小为10m s2 答案b 1 如图12所示 在光滑水平地面上 水平外力f拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动 小车质量为m 木块质量为m 加速度大小为a 木块和小车之间的动摩擦因数为 则在这个过程中 木块受到的摩擦力大小是 图12 答案d 2 如图13所示 在光滑的水平地面上质量分别为m1和m2的木块a和b之间用轻弹簧相连 在拉力f作用下 以加速度a做匀加速直线运动 某时刻突然撤去拉力f 此瞬间a和b的加速度的大小分别为a1和a2 则 图13 答案d 3 2017 三明模拟 如图14所示 木块a b静止叠放在光滑水平面上 a的质量为m b的质量为2m 现施加水平力f拉b 如图甲 a b刚好不发生相对滑动 一起沿水平面运动 若改用水平力f 拉a 如图乙 使a b也保持相对静止 一起沿水平面运动 则f 不得超过 图14 解析力f拉物体b时 a b恰好不滑动 故a b间的静摩擦力达到最大值 对物体a受力分析 受重力mg 支持力fn1 向前的静摩擦力fm 根据牛顿第二定律 有fm ma 对a b整体受力分析 受重力3mg 支持力和拉力f 根据牛顿第二定律 有f 3ma 当f 作用在物体a上时 a b恰好不滑动时 a b间的静摩擦力达到最大值 对物体a 有f fm ma1 对整体 有f 3ma1 答案b 1 水平传送带问题求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断 物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻 科学思维 传送带模型 例1 如图15所示 水平长传送带始终以v匀速运动 现将一质量为m的物体轻放于a端 物体与传送带之间的动摩擦因数为 ab长为l l足够长 问 图15 1 物体从a到b做什么运动 2 当物体的速度达到传送带速度v时 物体的位移多大 传送带的位移多大 3 物体从a到b运动的时间为多少 4 什么条件下物体从a到b所用时间最短 解析 1 物体先做匀加速直线运动 当速度与传送带速度相同时 做匀速直线运动 3 物体从a到b运动的时间为 拓展延伸1 若在 例1 中物体以初速度v0 v0 v 从a端向b端运动 则 1 物体可能做什么运动 2 什么情景下物体从a到b所用时间最短 如何求最短时间 答案见解析 拓展延伸2 若在 例1 中物体以初速度v0从b向a运动 则物体可能做什么运动 v0 v先沿v0方向减速 再沿v0的反方向加速运动直至从进入端离开传送带 如果v0 v先沿v0方向减速 再沿v0的反方向加速 最后匀速运动直至从进入端离开传送带 答案见解析 2 倾斜传送带问题 求解的关键在于分析清楚物体与传送带的相对运动情况 从而确定其是否受到滑动摩擦力作用 当物体速度与传送带速度相等时 物体所受的摩擦力有可能发生突变 例2 如图16所示 传送带与地面夹角 37 ab长度为16m 传送带以10m 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0 5kg的物体 它与传送带之间的动摩擦因数为0 5 求物体从a运动到b所需时间是多少 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 图16 解析物体放在传送带上后 开始阶段 由于传送带的速度大于物体的速度 传送带给物体一沿传送带向下的滑动摩擦力ff 物体受力情况如图甲所示 物体由静止加速 由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma1 得a1 10 0 6 0 5 0 8 m s2 10m s2 物体加速至与传送带速度相等需要的时间 由于 tan 物体在重力作用下将继续加速运动 当物体速度大于传送带速度时 传送带给物体一沿传送带向上的滑动摩擦力ff 此时物体受力情况如图乙所示 由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma2 得a2 2m s2 设后一阶段物体滑至底端所用的时间为t2 由 所以物体由a运动到b的时间t t1 t2 2s 答案2s 针对训练 1 如图17所示 水平传送带a b两端相距x 4m 以v0 4m s的速度 始终保持不变 顺时针运转 今将一小煤块 可视为质点 无初速度地轻放至a端 由于煤块与传送带之间有相对滑动 会在传送带上留下划痕 已知煤块与传送带间的动摩擦因数 0 4 取重力加速度大小g 10m s2 则煤块从a运动到b的过程中 图17 a 煤块从a运动到b的时间是2 25sb 煤块从a运动到b的时间是1 5sc 划痕长度是0 5md 划痕长度是1m 答案b 2 如图18所示 为传送带传输装置示意图的一部分 传送带与水平地面的倾角 37 a b两端相距l 5 0m 质量为m 10kg的物体以v0 6 0m s的速度沿ab方向从a端滑上传送带 物体与传送带间的动摩擦因数处处相同 均为0 5