高考物理大一轮复习 3.3牛顿第二定律的综合应用课件.ppt

第3课时牛顿第二定律的综合应用 知识梳理 知识点一 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 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 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 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 小于 向下 等于零 g 知识点二 动力学的两类基本问题1 已知受力情况求物体的 2 已知运动情况求物体的 运动情况 受力情况 思维深化判断正误 正确的画 错误的画 1 超重时物体的重力大于mg 2 失重时物体的重力小于mg 3 物体处于完全失重状态时 重力消失 4 物体处于超重或失重状态 由加速度的方向决定 与速度方向无关 答案 1 2 3 4 题组自测 题组一超重 失重的理解1 关于超重和失重的下列说法中 正确的是 a 超重就是物体所受的重力增大了 失重就是物体所受的重力减小了b 物体做自由落体运动时处于完全失重状态 所以做自由落体运动的物体不受重力作用c 物体具有向上的速度时处于超重状态 物体具有向下的速度时处于失重状态d 物体处于超重或失重状态时 物体的重力始终存在且不发生变化 解析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 超重和失重并非物体的重力发生变化 而是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化 综上所述 a b c均错 d正确 答案d 2 下列关于超重和失重的说法正确的是 a 游泳高手可以静躺在水面上 那时的人处于完全失重状态b 跳水运动员在入水前处于失重状态 入水后短时间内处于超重状态c 飞船利用火箭发射后 上升过程中处于超重状态 返回地面过程中处于失重状态d 给物块一个初速度沿斜面上滑 上滑的过程中物块处于超重状态 到最高点后下滑 下滑的过程中物块处于失重状态 解析物体有向上的加速度处于超重状态 有向下的加速度处于失重状态 a项错误 飞船返回地面时有向上的加速度 处于超重状态 c项错误 物块上滑的过程有向下的加速度 物块处于失重状态 d错误 答案b 4 一个木块以某一水平初速度自由滑上粗糙的水平面 在水平面上运动的v t图象如图1所示 已知重力加速度为g 则根据图象不能求出的物理量是 a 木块的位移b 木块的加速度c 木块所受摩擦力d 木块与桌面间的动摩擦因数 图1 解析位移可由图象与时间轴所围的面积求出 由v t图线的斜率可求出加速度a 由牛顿第二定律知 a g 故动摩擦因数 也可求出 由于不知木块的质量 故不能求出木块所受摩擦力 答案c 5 质量为1吨的汽车在平直公路上以10m s的速度匀速行驶 阻力大小不变 从某时刻开始 汽车牵引力减少2000n 那么从该时刻起经过6s 汽车行驶的路程是 a 50mb 42mc 25md 24m 答案c 考点一超重 失重现象超重 失重现象的实质是物体的实重与视重相比发生了变化 视重比实重大了 物体处于超重状态 视重比实重小了 物体处于失重状态 在超重 失重现象中物体的重力并没有发生变化 例1 2014 北京卷 18 应用物理知识分析生活中的常见现象 可以使物理学习更加有趣和深入 例如平伸手掌托起物体 由静止开始竖直向上运动 直至将物体抛出 对此现象分析正确的有 a 手托物体向上运动的过程中 物体始终处于超重状态b 手托物体向上运动的过程中 物体始终处于失重状态c 在物体离开手的瞬间 物体的加速度大于重力加速度d 在物体离开手的瞬间 手的加速度大于重力加速度 解析手托物体抛出的过程 必有一段加速过程 其后可以减速 可以匀速 当手和物体匀速运动时 物体既不超重也不失重 当手和物体减速运动时 物体处于失重状态 选项a错误 物体从静止到运动 必有一段加速过程 此过程物体处于超重状态 选项b错误 当物体离开手的瞬间 物体只受重力 此时物体的加速度等于重力加速度 选项c错误 手和物体分离之前速度相同 分离之后手速度的变化量比物体速度的变化量大 物体离开手的瞬间 手的加速度大于重力加速度 所以选项d正确 答案d 判断超重和失重现象的方法物体处于超重状态 还是失重状态 取决于加速度的方向 而不是速度的方向 只要加速度有竖直向上的分量 物体就处于超重状态 只要加速度有竖直向下的分量 物体就处于失重状态 变式训练 1 双选 如图2所示 木箱顶端固定一竖直放置的弹簧 弹簧下方有一物块 木箱静止时弹簧处于伸长状态且物块与箱底间有压力 若在某段时间内 物块对箱底刚好无压力 则在此段时间内 木箱的运动状态可能为 a 加速下降b 加速上升c 物块处于失重状态d 物块处于超重状态 图2 解析木箱静止时弹簧处于伸长状态且物块与箱底间有压力 此时物块在重力 弹簧弹力 木箱底对它向上的支持力作用下处于平衡状态 当物块对箱底刚好无压力时 重力 弹簧弹力不变 其合力竖直向下 所以系统的加速度向下 物块处于失重状态 可能加速下降 故a c正确 答案ac 考点二动力学两类基本问题1 解决两类动力学基本问题应把握的关键 1 两类分析 物体的受力分析和物体的运动过程分析 2 一个 桥梁 物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁 2 解决动力学基本问题时对力的处理方法 1 合成法 在物体受力个数较少 2个或3个 时一般采用 合成法 2 正交分解法 若物体的受力个数较多 3个或3个以上 则采用 正交分解法 例2 如图3所示 在倾角 37 的足够长的固定斜面上 有一质量m 1kg的物体 物体与斜面间的动摩擦因数 0 2 物体受到沿平行于斜面方向向上的轻绳的拉力f 9 6n的作用 从静止开始运动 经2s绳子突然断了 求绳断后经多长时间物体速度的大小达到22m s sin37 0 6 取g 10m s2 图3 第二 三步 规范解答第一过程 在最初2s内 物体在f 9 6n的拉力作用下 从静止开始沿斜面做匀加速直线运动 受力分析如图甲所示 沿斜面方向有f mgsin f ma1 沿垂直斜面方向有fn mgcos 且f fn 甲 乙 第三过程 物体从运动的最高点沿斜面下滑 设第三阶段物体加速度大小为a3 所需时间为t3 由对物体的受力分析得mgsin37 f ma3 由运动学公式得v3 a3t3 由 得t3 5s综上所述 从绳断到物体速度达到22m s所经历的总时间t t2 t3 0 53s 5s 5 53s 答案5 53s 丙 解决动力学两类问题的基本思路 变式训练 2 在研究汽车性能时 让质量为2000kg的汽车在平直的公路上进行实验 在汽车车厢顶部悬挂一小球 并让汽车做匀速直线运动 小球相对汽车静止时悬线竖直 然后关闭发动机 发现小球与竖直方向的最大夹角为15 若汽车在紧急制动时 发现小球与竖直方向的最大夹角为30 tan15 0 268 tan30 0 577 g 10m s2 1 汽车紧急制动时的制动力为多大 制动力是指由于刹车而增加的阻力 不包含运动过程中所受阻力 2 若此汽车在高速公路上以90km h的速度行驶 司机的反应时间为0 8s 该汽车行车时应保持的安全距离为多大 结果取整数 解析 1 根据题意可得小球受力情况如图 由图可知 汽车关闭发动机时对小球由牛顿第二定律可得mgtan15 ma1对汽车同理有f ma1汽车紧急制动时对小球由牛顿第二定律得mgtan30 ma2设汽车紧急制动时的制动力为f 同理有f f ma2联立可得f 6180n 考点三动力学中的临界极值问题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 取值范围 多长时间 多大距离 等词语 表明题述的过程存在着 起止点 而这些起止点往往就对应临界状态 3 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 4 若题目要求 最终加速度 稳定加速度 等 即是求收尾加速度或收尾速度 例3 如图4所示 小车内固定一个倾角为 37 的光滑斜面 用一根平行于斜面的细线系住一个质量为m 2kg的小球 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 则 1 当小车以a1 5m s2的加速度向右匀加速运动时 细线上的拉力为多大 2 当小车以a2 20m s2的加速度向右匀加速运动时 细线上的拉力为多大 图4 当加速度特别大时 小球会飞离斜面 当小球对斜面的弹力刚好为0时 可求得临界加速度a0 当a a0时 小球已脱离斜面 当a a0 小球没有脱离斜面 然后根据牛顿第二定律解题 规范解答本题中存在一个临界状态 即小球刚好脱离斜面的状态 设此时加速度为a0 对小球受力分析如图甲所示 将细线拉力分解为水平x方向和竖直y方向两个分力则得到 丙 动力学中的典型临界条件 1 接触与脱离的临界条件 两物体相接触或脱离 临界条件是 弹力fn 0 2 相对滑动的临界条件 两物体相接触且处于相对静止时 常存在着静摩擦力 则相对滑动的临界条件是 静摩擦力达到最大值 3 绳子断裂与松弛的临界条件 绳子所能承受的张力是有限的 绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力 绳子松弛的临界条件是ft 0 4 加速度最大与速度最大的临界条件 当物体在受到变化的外力作用下运动时 其加速度和速度都会不断变化 当所受合外力最大时 具有最大加速度 合外力最小时 具有最小加速度 当出现速度有最大值或最小值的临界条件时 物体处于临界状态 所对应的速度便会出现最大值或最小值 变式训练 3 如图5所示 物体a叠放在物体b上 b置于光滑水平面上 a b质量分别为ma 6kg mb 2kg a b之间的动摩擦因数 0 2 开始时f 10n 此后逐渐增加 在增大到45n的过程中 g取10m s2 则 a 当拉力f 12n时 物体均保持静止状态b 两物体开始没