高考物理总复习 专题三 第3讲 牛顿运动定律的应用配套课件.ppt

第3讲 牛顿运动定律的应用 考点1 动力学的两类基本问题 1 第一类问题 已知物体的受力情况 求物体的运动情况 如物体运动的速度 时间 位移等 2 第二类问题 已知物体的运动情况 求物体的受力情况 如所受某个力的大小和方向 3 动力学两类基本问题的分析流程 如图3 3 1所示 图3 3 1 4 应用牛顿运动定律解题的一般步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 确定某 一物体或几个物体组成的系统为研究对象 2 分析物体的受力情况和运动情况 画好受力示意图 明 确物体的运动性质和运动过程 3 利用牛顿第二定律 在受力情况已知时 或结合运动学公 式 在运动情况已知时 进行求解 4 必要时对结果进行讨论 处理动力学问题一般以加速度为 桥梁 由运动学公式和牛顿运动定律列方程联立求解 自主检测 1 一物体初速度v0 5m s 沿着倾角37 的斜面匀加速向下运动 若物体和斜面间的动摩擦因数为0 25 则物体3s末的 速度为 斜面足够长 取g 10m s2 a 12m s b 15m s c 17m s d 20m s 答案 c 2 用一水平恒力将质量为250kg的木箱由静止开始沿水平地面推行50m 历时10s 若物体受到的阻力是物重的0 1倍 则外加的推力多大 取g 10m s2 设水平恒力为f 根据牛顿第二定律 有f f ma又f 0 1mg由以上式子解得f 500n 考点2 超重和失重 大于 小于 0 竖直向下 下 a 竖直向上 g a 0 超重和失重在本质上并不是物体受到的重力 实重 发生了变化 而是物体在竖直方向有加速度时 物体对支持物的压力或对悬绳的拉力 视重 发生了变化 即看起来好像物体的重力变了 但实际上物体的重力并没有发生变化 自主检测 3 下列关于超重和失重的说法中 正确的是 a 物体处于超重状态时 其重力增加了b 物体处于完全失重状态时 其重力为零c 物体处于超重或者失重状态时 其惯性比物体处于静止状态时增加或减小了d 物体处于超重或者失重状态时 其质量和受到的重力都没有发生变化答案 d 热点1 用整体法和隔离法解决连接体问题 方法简介 利用牛顿第二定律处理连接体问题时 常用的方法是整体法和隔离法 1 整体法 当系统中各物体的加速度都相同时 我们可以把系统中所有物体看成一个整体 可先分析整体的受力情况和运动情况 然后根据牛顿第二定律 求出整体所受外力的某一未知力或加速度 2 隔离法 为解题方便 当求系统内物体间相互作用力时 常将某个研究对象从系统中 隔离 出来 进行受力分析 应用相应的定律来分析求解 处理连接体问题时 整体法和隔离法在解题中往往是交替使用 一般的思路是先用整体法求加速度 再用隔离法求物体间的作用力 例1 双选 如图3 3 2所示 水平地面上两个完全相同的物体a和b紧靠在一起 在水平推力f的作用下运动 fab 代表a b间的作用力 则 图3 3 2a 若地面完全光滑 则fab f b 若地面完全光滑 则fab f2 c 若地面的动摩擦因数为 则fab f d 若地面的动摩擦因数为 则fab f2 思路导引 物体a b在力f的作用下一起向右做加速运动 具有相同的加速度 故先用整体法求解运动的加速度 再用隔离法求解它们之间的作用力 解析 设物体的质量为m 且与地面间有摩擦 a b加速度相同 以整体为研究对象 由牛顿第二定律得f 2 mg 2ma 答案 bd方法技巧 正确地选取研究对象是解题的首要环节 弄清各个物体之间哪些属于连接体 哪些物体应该单独分析 分别确定它们的加速度 然后根据牛顿运动定律列方程求解 触类旁通 1 2014年汕头一模 如图3 3 3所示 物块p和m叠放在一起 且质量mp mm 让它们从静止开始释放 不计空气阻力 图3 3 3 重力加速度为g 则在它们的下落过程中 a m下落的速度较大b p对m的压力为零c p对m的压力等于mpgd p对m的压力大于0而小于mpg答案 b 热点2 超重和失重 例2 双选 广东六校2011届高三联考 如图3 3 4所示 轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上 弹簧下端悬挂一个小铁球 在电梯运行时 乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的 伸长量大了 这一现象表明 a 电梯一定是在下降b 电梯可能是在上升c 电梯的加速度方向一定是向下 d 乘客一定处在超重状态 图3 3 4 思路导引 弹簧的伸长量变大 说明弹簧的弹力变大 从 而判断出小铁球的合外力向上和加速度向上 解析 电梯静止时 弹簧的拉力和小铁球所受重力相等 现在 弹簧的伸长量变大 则弹簧的拉力变大 小铁球的合力方向向上 加速度方向向上 小铁球处于超重状态 但电梯可以是加速向上运动或减速向下运动 答案 bd 拓展提升 超重和失重现象是生产和生活中常见的现象 近年高考比较注重对本部分的考查 解决此类问题的实质是牛顿第二定律的应用 注意 我们判断物体处于超重或失重状态是看加速度方向如何 而不是看速度方向 触类旁通 2 广州越秀区2013届摸底 建筑工人用图3 3 5所示的定滑轮装置运送建筑材料 质量为70 0kg的工人站在地面上 通过定滑轮将20 0kg的建筑材料以0 50m s2的加速度拉升 忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦 则绳子对人的拉力大 图3 3 5 小为 g取10m s2 a 210nb 190nc 700nd 200n答案 a 热点3 传送带问题 模型简介 传送带问题包括水平传送带问题和倾斜传送带问题 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 判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度与传送带的速度 也就是分析物体在运动位移x 对地 的过程中速度是否和传送带速度相等 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 这样就可以确定物体运动的特点和规律 然后根据相应规律进行求解 2 倾斜传送带问题 求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况 从而确定是否受到滑动摩擦力作用 如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向 然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况 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3 如图3 3 6所示 有一水平传送带以2m s的速度匀速运动 现将一物体轻轻放在传送带上 若物体与传送带间的动摩擦因数为0 5 取g 10m s2 则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少 图3 3 6 易错提醒 对物理过程认识错误 错误地认为物体一直加速运动 会有如下解法 由于物体轻放在传送带上 所以初速度v0 0 物体在竖直方向合外力为零 在水平方向受到滑动摩擦力 传送带施加 做初速度v0 0的匀加速运动 位移为10m 据牛顿第二定律f ma有f mg maa g 5m s2根据初速度为零的匀加速直线运动位移公式 正确解析 以物体为研究对象 如图3 3 7所示 在竖直方向受重力和支持力 在水平方向受滑动摩擦力 做初速度v0 0的匀加速运动 图3 3 7 根据牛顿第二定律f ma有水平方向 f ma 竖直方向 n mg 0 f n 由式 解得a 5m s2 设经时间t1 物体速度达到传送带的速度 据匀加速直线 运动的速度公式 vt v0 at 解得t1 0 4s 时间t1内物体位移 物体位移为0 4m时 物体的速度与传送带的速度相同 物体0 4s后无摩擦力 开始做匀速运动 设匀速运动的位移为s2 有s2 v2t2 因为s2 s s1 10 0 4 m 9 6m v2 2m s代入式 式解得t2 4 8s则传送10m所需时间为 t t1 t2 0 4 4 8 s 5 2s 方法技巧 对物体准确进行受力分析 是求解此类问题的关键 判断两者什么时候达到共同速度 是解题的突破口 触类旁通 3 传送带与水平面夹角为37 皮带以12m s的速率沿顺时针方向转动 如图3 3 8所示 今在传送带上端a处无初速度地放上一个质量为m的小物块 它与传送带间的动摩擦因数为0 75 若传送带a到b的长度为24m g取10m s2 则小物块从a运动到b的时间为多少 图3 3 8 解 开始阶段 由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma1a1 gsin gcos 12m s2物体加速至与传送带速度相等时需要的时间 l x1 由题知 tan 物体相对于传送带静止 物体接着做匀速 运动 运动时间为t2 v12 s 1 5s 故小物块从a运动到b的时间为t t1 t2 2 5s 图d14 24 6 热点4 用极限法分析临界问题 物理学中的极限思维方法 是针对物理对象的过程和状态的变化 按照物理过程的变化趋势合理外推到极端的情况 研究物理问题时 通常是将状态参量的一般变化 推到极限值 相关物理量存在制约关系 其中当物理现象变化到某一状态出现极限或转折 如 最大 最小 刚好 等词语 时 都会出现临界现象 此时要用极限法 看物体加速度不同时 会有哪些现象发生 找出临界点 求出临界条件 临界问题一般都具有一定的隐蔽性 审题时应尽量还原物理情境 利用变化的观点分析物体的运动规律 利用极限法确定临界点 抓住临界状态的特征 找到正确的解题方向 例4 双选 如图3 3 9所示 物体a和b叠放在光滑的水平面上 a b的质量分别为ma 2kg mb 6kg 为了保持a与b相对静止在水平面上做加速运动 作用在b上的水平拉力f不能超过4n 如果将此水平拉力作用在物体a上 则可 能出现的运动情况是 图3 3 9 a a b仍相对静止一起加速运动b a b将发生相对运动 c a做匀速运动 b做加速运动d a b一起做匀速运动 思路导引 静摩擦力是被动力 其存在及大小 方向取决于物体间的相对运动的趋势 而且静摩擦力存在最大值 存在静摩擦的连接系统 相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值 解析 设a和b之间最大静摩擦力为fmax 当水平拉力f作用在b上时 则f ma mb a fmax maa所以fmax 1n当水平拉力作用在a上时 a b不发生相对运动 一起运动的最大加速度和拉力的最大值分别为 所以当fmax f 4n时 a b将发生相对运动 a b都做加速运动 当f fmax时 a b仍相对静止都做加速运动 故选项a b正确 答案 ab 拓展提升 解决摩擦力发生突变时的临界问题重在形成清晰的物理图景 分析清楚物理过程 从而找出临界条件或达到极值的条件 静摩擦力为零的状态 是方向变化的临界状态 静摩擦力到达最大值 是物体恰好保持相对静止的临界状态 触类旁通 4 如图3 3 10所示 质量为m 8kg的小车b放在光滑的水平面上 在小车右端加一个水平向右的恒力f 8n 当小车向右运动的速度达到v0 1 5m s时 在小车右端轻轻地放上一个大小不计 质量m 2kg的小物块a 物块与小车间的动摩擦因数为 0 2 小车足够长 g 10m s2 求从a放