高考物理一轮总复习 第三章 第3讲 牛顿运动定律的综合应用配套课件 新人教版.ppt

第3讲牛顿运动定律的综合应用 知识点1超重和失重 1 视重 1 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或台秤的 称为视重 2 视重大小等于弹簧测力计所受物体的 或台秤所受物体的 示数 拉力 压力 2 超重 失重和完全失重的比较 大于 小于 等于 竖直向上 竖直向下 竖直向下 a g m g a m g a 加速 减速 加速 减速 加速 减速 知识点2牛顿运动定律的应用 1 整体法和隔离法 1 整体法当连接体内 即系统内 各物体的 相同时 可以把系统内的所有物体看成一个 分析其受力和运动情况 运用牛顿第二定律对 列方程求解的方法 2 隔离法当求系统内物体间相互作用的 时 常把某个物体从系统中 出来 分析其受力和运动情况 再用牛顿第二定律对 出来的物体列方程求解的方法 加速度 整体 整体 内力 隔离 隔离 2 动力学图像 1 三种图像 v t图像 a t图像 f t图像 2 图像间的联系 是联系v t图像与f t图像的桥梁 3 三种应用 已知物体的运动图像 通过 分析物体的受力情况 已知物体受力图像 分析物体的运动情况 通过图像对物体的受力与运动情况进行分析 4 解题策略 弄清图像斜率 截距 交点 拐点的物理意义 应用物理规律列出与图像对应的函数方程式 加速度 加速度 思考辨析 1 超重就是物体的重力变大的现象 2 减速上升的升降机内的物体 物体对地板的压力大于重力 3 加速上升的物体处于超重状态 4 加速度大小等于g的物体处于完全失重状态 5 处于完全失重状态的物体 不再受重力的作用 6 超重和失重现象与物体运动的速度大小和方向有关 7 站在台秤上的人下蹲过程 台秤的示数保持不变 分析 超重是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 大于物体重力的现象 物体的重力并没有发生变化 故 1 错 减速上升的升降机具有向下的加速度 物体处于失重状态 对地板的压力小于物体的重力 故 2 错 加速上升的物体具有向上的加速度 处于超重状态 故 3 对 加速度竖直向下且等于g时 物体处于完全失重状态 但物体在其他方向的加速度等于g时 如水平方向加速度a g时 则不是处于完全失重状态 故 4 错 处于完全失重状态的物体 其加速度方向竖直向下 大小等于g 物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力等于零 物体的重力没有发生变化 仍然存在 故 5 错 超重和失重现象只与物 体的加速度方向有关 物体的加速度方向向上 超重 物体的加速度方向向下 失重 超重和失重与物体运动的速度大小和方向无关 故 6 错 站在台秤上的人下蹲过程 人先加速下降 后减速下降 故人先处于失重状态 后处于超重状态 台秤的示数先小后大 故 7 错 考点1对超重和失重的理解 考点解读 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 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 发生变化 深化理解 3 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 典例透析1 某人乘电梯从24楼到1楼的v t图像如图 下列说法正确的是 a 0 4s内物体处于超重状态b 4 16s内物体做匀速直线运动 速度保持4m s不变 处于完全失重状态c 16 24s内 物体做匀减速直线运动 速度由4m s减至0 处于失重状态d 0 24s内 此人经过的位移为72m 解题探究 1 v t图像的斜率以及图像与时间轴围成的面积的意义是什么 提示 v t图像的斜率表示物体的加速度 其大小表示加速度的大小 正负表示加速度的方向 图像与时间轴围成的面积表示物体发生的位移 2 超重 失重现象与加速度存在怎样的关系 提示 物体加速度方向向上处于超重状态 加速度方向向下处于失重状态 加速度等于重力加速度 方向竖直向下 处于完全失重状态 解析 选d 0 4s内物体的速度均匀增加 物体做匀加速直线运动 其加速度a m s2 1m s2 但方向向下处于失重状态 选项a错误 4 16s内物体速度保持4m s不变 做匀速直线运动 处于平衡状态 选项b错误 16 24s内 物体速度由4m s均匀减至0 做匀减速直线运动 加速度竖直向上 处于超重状态 选项c错误 v t图像与时间轴围成的面积表示位移 故0 24s内 此人经过的位移s m 72m 选项d正确 总结提升 判断超重和失重现象的三个技巧1 从受力的角度判断当物体受向上的拉力 或支持力 大于重力时 物体处于超重状态 小于重力时处于失重状态 等于零时处于完全失重状态 2 从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时处于超重状态 具有向下的加速度时处于失重状态 向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态 3 从速度变化角度判断 1 物体向上加速或向下减速时 超重 2 物体向下加速或向上减速时 失重 变式训练 如图所示 小球的密度小于杯中水的密度 弹簧两端分别固定在杯底和小球上 静止时弹簧伸长 x 若全套装置自由下落 则在下落过程中弹簧的伸长量将 a 仍为 xb 大于 xc 小于 x 大于零d 等于零 解析 选d 当全套装置自由下落时 系统处于完全失重状态 弹簧与连接物之间无相互作用力 即弹簧恢复到原长 故选项d正确 考点2动力学图像问题 考点解读 1 图像的类型 1 已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体在一运动过程中速度 加速度随时间变化的图线 要求分析物体的受力情况 2 问题的实质是力与运动的关系问题 求解这类问题的关键是理解图像的物理意义 理解图像的轴 点 线 截 斜 面六大功能 拓展延伸 典例透析2 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图像如图所示 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 解题探究 1 物体在水平面内做何种运动 提示 由v t图像可知 物体在0 6s内做匀加速直线运动 6 10s内做匀减速直线运动 2 请画出物体运动过程的受力分析图 提示 解析 1 设物体做匀减速直线运动的时间为 t2 初速度为v20 末速度为v2t 加速度为a2 则a2 2m s2 设物体所受的摩擦力为f 由牛顿第二定律得 f ma2 f mg 联立 式 代入数据得 0 2 2 设物体做匀加速直线运动的时间为 t1 初速度为v10 末速度为v1t 加速度为a1 则a1 1m s2 根据牛顿第二定律 有f f ma1 联立各式 代入数据得f 6n 3 v t图像与时间轴围成的面积等于位移的大小 则 s 2 8 6m 8 4m 46m答案 1 0 2 2 6n 3 46m 总结提升 数图结合解决动力学问题 1 物理公式与物理图像的结合是一种重要题型 对于已知图像求解相关物理量的问题 往往是结合物理过程从分析图像的横 纵坐标轴所对应的物理量的函数入手 分析图线的斜率 截距所代表的物理意义得出所求结果 2 解决这类问题的核心是分析图像 尤其应特别关注v t图像的斜率 即加速度 和力的图线与运动的对应关系 变式训练 2013 重庆高考 如图甲为伽利略研究自由落体运动实验的示意图 让小球由倾角为 的光滑斜面滑下 然后在不同的 角条件下进行多次实验 最后推理出自由落体运动是一种匀加速直线运动 分析该实验可知 小球对斜面的压力 小球运动的加速度和重力加速度与各自最大值的比值y随 变化的图像分别对应图乙中的 a 和 b 和 c 和 d 和 解析 选b 小球受重力mg 支持力n 由牛顿第二定律得mgsin ma a gsin 而am g 故 sin 由牛顿第三定律得n n n m nm 而n mgcos nm mg 即 cos 则 cos 重力加速度的最大值gm g 即 1 故正确选项应为b 变式备选 如图甲所示 用同种材料制成的倾角为30 的斜面和长水平面 斜面和水平面之间由光滑圆弧连接 斜面长为2 4m且固定 一小物块从斜面顶端以沿斜面向下的初速度v0开始自由下滑 当v0 2m s时 经过0 8s后小物块停在斜面上 多次改变v0的大小 记录下小物块从开始运动到最终停下的时间t 作出t v0图像如图乙所示 g取10m s2 则 a 小物块与该种材料间的动摩擦因数为0 25b 小物块与该种材料间的动摩擦因数为c 若小物块初速度为1m s 则根据图像可知小物块在斜面上运动的位移为0 5md 若小物块初速度为4m s 则根据图像可知小物块运动时间为1 6s 解析 选b 由t v0图像可得a m s2 2 5m s2 对小物块应用牛顿第二定律有 mgcos30 mgsin30 ma 解得 则a项错 b项对 若v0 1m s 小物块仍在斜面上运动 由图像可知小物块运动时间为0 4s 则位移 0 4m 0 2m c项错 若v0 4m s 由 2as 得s 3 2m 2 4m 小物块已运动到水平面上 图像对小物块已不再成立 故d项错 考点3应用牛顿定律解决多过程问题 考点解读 1 多过程问题很多动力学问题中涉及物体两个或多个连续的运动过程 在物体不同的运动阶段 物体的运动情况和受力情况都发生了变化 这类问题称为牛顿定律中的多过程问题 2 解题策略有些题目中这些过程是彼此独立的 也有的题目中相邻的过程之间也可能存在一些联系 解决这类问题时 既要将每个过程独立分析清楚 又要关注它们之间的联系 解题技巧 3 类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题 典例透析3 2013 江苏高考 如图所示 将小砝码置于桌面上的薄纸板上 用水平向右的拉力将纸板迅速抽出 砝码的移动很小 几乎观察不到 这就是大家熟悉的惯性演示实验 若砝码和纸板的质量分别为m1和m2 各接触面间的动摩擦因数均为 重力加速度为g 1 当纸板相对砝码运动时 求纸板所受摩擦力的大小 2 要使纸板相对砝码运动 求所需拉力的大小 3 本实验中 m1 0 5kg m2 0 1kg 0 2 砝码与纸板左端的距离d 0 1m 取g 10m s2 若砝码移动的距离超过l 0 002m 人眼就能感知 为确保实验成功 纸板所需的拉力至少多大 解题探究 1 请画出纸板相对砝码运动时 纸板的受力分析图 提示 2 纸板相对砝码运动时 两者加速度存在什么关系 提示 纸板相对砝码运动时 纸板的加速度大于砝码的加速度 3 若要人眼刚好能够感知 请判断砝码的运动规律 提示 砝码先在纸板上做匀加速直线运动 再在桌面上做匀减速直线运动 砝码运动的总距离为l 解析 1 砝码对纸板的摩擦力f1 m1g桌面对纸板的摩擦力f2 m1 m2 g f f1 f2解得f 2m1 m2 g 2 设砝码的加速度为a1 纸板的加速度为a2 则f1 m1a1f f1 f2 m2a2若发生相对运动 则a2 a1 解得f 2 m1 m2 g 3 纸板抽出前 砝码运动的距离纸板运动的距离纸板抽出后 砝码在桌面上运动的距离l s1 s2由题意知a1 a3 a1t1 a3t2代入数据解得f 22 4n 答案 1 2m1 m2 g 2 f 2 m1 m2 g 3 22 4n 总结提升 处理多过程问题时应注意的三个问题 1 任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的小过程构成 有些是承上启下 上一过程的结果是下一过程的已知 这种情况 一步一步完成即可 2 有些是树枝型 告诉的只是旁支 要求的是主干 或另一旁支 这就要求仔细审题 找出各过程的关联 按顺序逐个分析 对于每一个研究过程 选择什么规律 应用哪一个运动学公式要明确 3 注意两个过程的连接处 加速度可能突变 但速度不会突变 速度是联系前后两个阶段的桥梁 变式训练 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 设刹车前卡车的牵引力大小为f 卡车的质量为m 则车厢没脱落前 f 2mg 设车厢脱落后 卡车加速度大小为a1 刹车后 卡车加速度大小为a2 由牛顿第二定律得 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s1 末速度为v1 则 s1 v0t a1t2 v1 v0 a1t 2a2s2 式中s2是卡车在刹车后减速行驶的路程 设车厢脱落后滑行的路程为s 有 2as 卡车和车厢都停止时相距 s 则 s s1 s2 s 式联立代入数据解得 s 36m 答案 36m 资源平台 板块模型如图所示 在高出水平地面h 1 8m的光滑平台上放置一质量m 2kg 由两种不同材料连接成一体的薄板a 其右段长度l1 0 2m且表面光滑 左段表面粗糙 在a最右端放有可视为质点的物块b 其质量m 1kg b与a左段间动摩擦因数 0 4 开始时二者均静止 先对a施加f 20n水平向右的恒力 待b脱离a a尚未露出平台 后 将a取走 b离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离x 1 2m 取g 10m s2 求 1 b离开平台时的速度vb 2 b从开始运动到刚脱离a时 b运动的时间tb和位移xb 3 a左段的长度l2 规范解答 1 物块b离开平台后做平抛运动 x vbt h gt2 解之可得vb 2m s 2 物块b与a右端接触时处于静止状态 当b与a左端接触时做匀加速直线运动 设加速度为ab 则 mg mab vb abtb 又xb ab解之可得tb 0 5s xb 0 5m 3 a刚开始运动时 a做匀加速直线运动 设加速度为a1 b刚开始运动时 a的速度为v1 加速度为a2 则有f ma1 2a1l1 f mg ma2 l2 v1tb a2 解之可得l2 1 5m 答案 1 2m s 2 0 5s0 5m 3 1 5m 1 电梯内的地板上竖直放置一根轻质弹簧 弹簧上方有一质量为m的物体 当电梯静止时弹簧被压缩了x 当电梯沿竖直方向运动时弹簧的压缩量减为0 5x 试判断电梯运动的可能情况是 重力加速度为g a 以大小为0 5g的加速度加速上升b 以大小为0 5g的加速度减速上升c 以大小为1 5g的加速度加速下降d 以大小为1 5g的加速度减速下降 解析 选b 电梯静止时 对物体由平衡条件得kx mg 0 当电梯沿竖直方向运动时 对物体由牛顿第二定律得0 5kx mg ma 解得a 0 5g 方向竖直向下 物体处于失重状态 故电梯可能以0 5g的加速度减速上升 也可能以0 5g的加速度加速下降 选项b正确 2 如图所示 a b两物块叠放在一起 在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动 运动过程中b受到的摩擦力 a 方向向左 大小不变b 方向向左 逐渐减小c 方向向右 大小不变d 方向向右 逐渐减小 解析 选a 设a与地面间的动摩擦因数为 对a b整体由牛顿第二定律得 ma mb g ma mb a 解得a g 方向向左 对b由牛顿第二定律得f mba mbg 方向与加速度方向相同 故选项a正确 3 2012 江苏高考 将一只皮球竖直向上抛出 皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比 下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图像 可能正确的是 解析 选c 皮球在上升过程中速度越来越小 所以空气阻力越来越小 重力与空气阻力的合力越来越小 所以加速度越来越小 一开始加速度最大 后来减小得越来越慢 最后速度为零时 加速度变为重力加速度 所以答案选c 4 如图 在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板 其上叠放一质量为m2的木块 假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等 现给木块施加一随时间t增大的水平力f kt k是常数 木板和木块加速度的大小分别为a1和a2 下列反映a1和a2变化的图线中正确的是 解析 选a 开始运动时f较小 两物体之间为静摩擦力 不会相对滑动 由牛顿第