2011高考物理一轮复习 第三章牛顿运动定律典例精析课件

第三章 牛顿运动定律 第1节 牛顿第一定律牛顿第三定律 例1 关于牛顿第一定律的下列说法中 正确的是 A 牛顿第一定律是实验定律B 牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因C 惯性定律与惯性的实质是相同的D 物体的运动需要力来维持 点拨 正确理解牛顿第一定律是解答此题的关键 解析 牛顿第一定律是物体在理想条件下的运动规律 反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律 而自然界中不受力的物体是不存在的 故A错误 惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质 惯性定律 即牛顿第一定律 则反映物体在一定条件下的运动规律 显然C错误 由牛顿第一定律可知 物体的运动不需要力来维持 但要改变物体的运动状态则必须有力的作用 故D错误 B正确 答案 B 1 下列关于惯性的说法中正确的是 物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性 物体只有受外力作用时才有惯性 物体的运动速度大时惯性大 物体在任何情况下都有惯性 解析 惯性是物体的固有属性 一切物体都具有惯性 且与物体的运动状态及受力情况无关 故只有 正确 答案 D 例2 甲乙两队拔河比赛 甲队胜 若不计绳子的质量 下列说法正确的是 A 因甲队胜而乙队负 所以甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力B 只有在两队相持不动时 两队拉力才大小相等C 只有在甲队拉动乙队时 甲队拉力才大于乙队D 甲队获胜的原因是甲队受到地面的最大静摩擦力大于乙队受到地面的最大静摩擦力 点拨 1 甲和绳子 乙和绳子间的力均为作用力和反作用力 2 绳子的质量不计 其张力处处相等 解析 由于绳的质量不计 甲拉绳与乙拉绳的力大小相等 这种关系与它们的运动状态无关 任何情况下都相等 故ABC均错误 若取甲 乙两队和绳子所组成的系统为研究对象 在水平方向受到地面对两队的静摩擦力 甲队获胜 则甲队受地面的最大静摩擦力大于乙队受地面的最大静摩擦力 而使乙队被拉动 故选项D正确 答案 D 2 物体静止在斜面上 以下几种分析中正确的是 A 物体受到的静摩擦力的反作用力是重力沿斜面的分力B 物体所受重力沿垂直于斜面的分力就是物体对斜面的压力C 物体所受重力的反作用力就是斜面对它的静摩擦力和支持力这两个力的合力D 物体受到的支持力的反作用力 就是物体对斜面的压力 解析 物体受到的静摩擦力的反作用力是物体对斜面的静摩擦力 故A错误 物体对斜面的压力在数值上等于物体所受重力沿垂直于斜面的分力 故B错误 物体所受的重力的反作用力是物体对地球的吸引力 故C错误 故正确选项为D 答案 D 例 关于力和运动的关系 下列说法中正确的是 A 物体的速度不断增大 表示物体必受力的作用B 物体的位移不断增大 表示物体必受力的作用C 物体朝什么方向运动 则这个方向上物体必受力的作用D 物体的速度大小不变 则其所受的合力必为零 错解 C 剖析 该题错解的主要原因是对基本概念理解不深刻 且受日常错误观念影响 误认为只有有力作用在物体上时物体才会运动 撤去外力物体就要停下来 实际上力是改变物体运动状态的原因 不是维持物体运动的原因 运动状态的改变即速度的改变 而速度的改变包括大小和方向两个方面 速度的大小不变而方向改变 也是运动状态改变了 说明一定有外力作用 正解 A 第2节牛顿第二定律 例1 如图所示 小车内固定着三角硬杆 杆的端点固定着一个质量为m的小球 当小车水平向右的加速度逐渐增大时 杆对小球的作用力的变化 用F1至F4变化表示 可能是下图中的 oo 沿杆方向 点拨 根据牛顿第二定律的瞬时性和独立性分析球受杆作用力的两个分力 解析 对小球进行受力分析 小球受重力和杆对小球的弹力 弹力在竖直方向的分力和重力平衡 小球在水平方向的分力提供加速度 故C正确 答案 C 1 如图所示 自由下落的小球下落一段时间后 与弹簧接触 从它接触弹簧开始 到弹簧压缩到最短的过程中 小球的速度 加速度的变化情况如何 解析 小球接触弹簧后受两个力 向下的重力mg和向上的弹力k x 如图 a 所示 刚开始时k xmg 合力向上 由于加速度的方向和速度方向相反 小球做加速度增大的减速运动 因此速度减小到零弹簧被压缩到最短 如图 c 所示 例2 如图所示 质量为m的小球被水平绳AO和与竖直方向成 角的轻弹簧系着处于静止状态 现用火将绳AO烧断 在绳AO烧断的瞬间 下列说法正确的是 A 弹簧的拉力F mg cos B 弹簧的拉力F mgsin C 小球的加速度为零D 小球的加速度a gsin 解析 烧断OA之前 小球受三个力 如图所示 烧断细绳的瞬间 绳子的张力没有了 但由于轻弹簧的形变的恢复需要时间 故弹簧的弹力不变 故A正确 B错误 烧断后小球所受的合外力为F合 mgtan 故加速度a gtan 故C D均错误 答案 A 2 如图所示 物体A B用轻弹簧相连 mB 2mA A B与地面间的动摩擦因数相同均为 在力F作用下 物体系统做匀速运动 在力F撤去的瞬间 A的加速度为 B的加速度为 以原来的方向为正方向 解析 撤去力F前对A有FT mAg 0 撤去力F后对B有FT mBg mBa 解得a 3 2 g 方向向左 撤去力F前后A的受力未变 加速度仍为0 答案 0 3 2 g 例3 2009 江苏 航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器 其质量m 2kg 动力系统提供的恒定升力F 28N 试飞时飞行器从地面由静止开始竖直上升 设飞行器飞行时所受的阻力大小不变 g取10m s2 求 1 第一次试飞 飞行器飞行t1 8s时到达高度H 64m 求飞行器所受阻力f的大小 2 第二次试飞 飞行器飞行t2 6s时遥控器出现故障 飞行器立即失去升力 求飞行器能达到的最大高度h 3 为了使飞行器不致坠落到地面 求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3 解析 1 第一次飞行中 设加速度为a1 匀加速运动H 1 2a1t21 由牛顿第二定律F mg Ff ma1 解得Ff 4N 2 第二次飞行中 设失去升力时的速度为v1 上升的高度为x1 匀加速运动s1 1 2a1t22 设失去升力后的加速度为a2 上升的高度为s2 由牛顿第二定律mg Ff ma2 v1 a1t2 x2 v21 2a2由以上各式可解得h x1 s2 36m 6m 42m 3 设失去升力下降阶段加速度为a3 恢复升力后加速度为a4 恢复升力时速度为v3 由牛顿第二定律mg Ff ma3 F Ff mg ma4 且v23 2a3 v23 2a4 h v3 a3t3 由以上各式可解得t3 3 2 1 2s 或2 1s 3 在某一旅游景区建有一山坡滑草运动项目 该山坡可看成倾角 30 的斜面 一游客连同滑草装置的总质量m 80kg 他从静止开始匀加速下滑 在时间t 5s内斜面滑下的位移s 50m 不计空气阻力 取g 10m s2 结果保留两位有效数字 问 1 游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力f为多大 2 滑草装置与草皮之间的动摩擦因数 为多大 解析 1 由位移公式s 1 2at2沿斜面方向 由牛顿第二定律得mgsin f ma联立并代入数值后得f m gsin 2s t2 80N 2 在垂直斜面方向上 N mgcos 0 又f N 联立并代入数值后得 fmgcos 0 12 例 如图所示 木块A B用一轻弹簧相连 竖直放在木块C上 三者静置于地面 它们的质量之比是1 2 3 设所有接触面都光滑 当沿水平方向迅速抽出木块C的瞬时A和B的加速度分别是aA aB 错解 抽出C的瞬间 AB的运动情况相同加速度均为g 剖析 由于所有接触面均光滑 因此迅速抽出C时 A B在水平面上均无加速度也无运动 设A的质量为m 则由于抽出C的操作是瞬时的 因此弹簧还没有来得及发生形变 其弹力大小为mg 根据牛顿第二定律的瞬时效应 对A B两物体分别分析 对A有F mg maA 可得aA 0 对B有F 2mg 2maB 可得aB 3g 2 答案 03g 2 第3节 牛顿运动定律的综合应用 例1 19分 一质量为m 40kg的小孩在电梯内的体重计上 电梯从t 0时刻由静止开始上升 在0 6s内体重计示数F的变化如图所示 试问 在这段时间内电梯上升的高度是多少 取重力加速度g 10m s2 点拨 正确理解超重和失重的含义 实际上是竖直方向利用牛顿第二定律解题 解析 满分展示由图可知 在0 2s内 体重计的示数大于mg 故电梯应做向上的加速运动 设在这段时间内体重计作用于小孩的力为FN1 电梯及小孩的加速度为a1 根据牛顿第二定律得FN1 mg ma14分在这段时间内电梯上升的高度h1 1 2a1t212分在2 5s内 体重计的示数等于mg 故电梯应做匀速上升运动 速度为t1时刻的电梯的速度 即v1 a1t1 2分在这段时间内电梯上升的高度h2 v1t23分在5 6s内 体重计的示数小于mg 故电梯应做减速上升运动 设这段时间内体重计作用于小孩的力为FN2 电梯及小孩的加速度为a2 由牛顿第二定律得mg FN2 ma24分在这段时间内电梯上升的高度h3 v1 t3 t2 1 2a2 t3 t2 21分电梯上升的总高度h h1 h2 h31分代入数据解得h 2m 6m 1m 9m 2分 1 某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一根弹簧测力计 使其测量挂钩向下 并在钩上悬挂一个重为10N的钩码 弹簧测力计弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出 如图所示 则下列分析正确的是 A 从时刻t1到t2 钩码处于失重状态B 从时刻t3到t4 钩码处于超重状态C 电梯可能开始在15楼 先加速向下 接着匀速向下 再减速向下 最后停在1楼D 电梯可能开始在1楼 先加速向上 接着匀速向上 再减速向上 最后停在15楼 解析 由图象可知 在t1 t2内弹力FG 处于超重 可能是在减速下降 故A B C正确 D错误 答案 D 例2 2007 江苏高考 如图所示 光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块 其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连 木块间的最大静摩擦力是 mg 现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块 使四个木块以同一加速度运动 则轻绳对m的最大拉力为 A 3 mg 5B 3 mg 4C 3 mg 2D 3 mg 点拨 正确判断出AB间和CD间的摩擦力的大小关系是解题的关键 解析 经过受力分析 A B之间的静摩擦力为B C D组成的系统提供加速度 加速度达到最大值临界条件为A B间达到最大静摩擦力 即am mg 4m g 4 而绳子拉力T给C D组成的系统提供加速度 因而拉力的最大值为Tm 3mam 3 mg 4 故选B 答案 B 2 如图所示 质量为M的平板小车放在倾角为 的光滑斜面上 斜面固定 一质量为m的人在车上沿平板向下运动时 车恰好静止 求人的加速度 解析 以人 车整体为研究对象 根据系统牛顿运动定律求解 由系统牛顿第二定律得 M m gsin ma 解得人的加速度为a M m gsin m 例3如图所示 细线的一端固定于倾角为45 的光滑楔形滑块A的顶端P处 细线的另一端拴一质量为m的小球 当滑块至少以加速度a 向左运动时 小球对滑块的压力等于零 当滑块以a 2g的加速度向左运动时 线中拉力T 点拨 解题的关键是找出小球对滑块的压力等于零的临界加速度 解析 当滑块具有向左的加速度a时 小球受重力mg 绳的拉力FT和斜面的支持力FN作用 如图所示 在水平方向有FTcos45 FNcos45 ma 在竖直方向有FTsin45 FNsin45 mg 0 由上述两式可得 FN m g a 2sin45 FT m g a 2cos45 由以上两式可看出 当加速度a增大时 球受支持力FN减小 绳拉力FT增加 当a g时 FN 0 此时小球虽与斜面有接触但无压力 处于临界状态 这时绳的拉力FT mg cos45 2 1 2mg 当滑块加速度a g时 则小球将 飘 离斜面 只受两力作用 如图所示 此时细线与水平方向间的夹角 45 由牛顿第二定律得 FTcos ma FTsin mg 解得FT m a2 g2 1 2 5 1 2mg 答案 g 5 1 2mg 3 如图所示 在光滑水平面上放着紧靠在一起的 两物体 的质量是 的2倍 受到向右的恒力 B 2N 受到的水平力 A 9 2t N t的单位是s 从t 0开始计时 则下列说法错误的是 A A物体在3s末时刻的加速度是初始时刻的5 11倍B t 4s后 B物体做匀加速直线运动C t 4 5s时 A物体的速度为零D t 4 5s后 A B的加速度方向相反 解析 对于A B整体据牛顿第二定律有 FA FB mA mB a 设A B间的作用力为FN 则对B由牛顿第二定律可得 FN FB mBa 解得FN mB FA FB mA mB FB 16 4t 3N 当t 4s时FN 0 A B两物体开始分离 此后B做匀加速直线运动 而A做加速度逐渐减小的加速运动 当t 4 5s时A物体的加速度为零而速度不为零 t 4 5s后 所受合外力反向 即A B的加速度方向相反 当t 4s时 A B的加速度均为a FA FB mA mB 故A B D正确 C错误 答案 C 例 一个质量为0 2kg的小球用细线吊在倾角 53 的斜面顶端 如图 斜面静止时 球紧靠在斜面上 绳与斜面平行 不计摩擦 当斜面以10m s2的加速度向右做加速运动时 绳的拉力为N 斜面对小球的弹力为N 错解 对物理过程缺乏清晰认识 不能用极限分析法挖掘题目隐含的临界状态及条件 使问题难以切入 误认为绳子仍然与斜面平行 剖析 当加速度a较小时 小球与斜面体一起运动 此时小球受重力 绳拉力和斜面支持力的作用 绳平行于斜面 当加速度a足够大时 小球将 飞离 斜面 此时小球受重力和绳的拉力作用 绳与水平方向的夹角未知 题目中要求a 10m s2时绳的拉力及斜面的支持力 必须先求出小球离开斜面的临界加速度a0 此时 小球所受斜面支持力恰好为零 由mgcot ma0 可得a0 gcot 7 5m s2 因为a 10m s2 a0 所以小球离开斜面FN 0 小球受力情况如图所示 则FTcos ma FTsin mg 所以FT ma 2 mg 2 1 2 2 83N FN 0 答案 2 830 实验四探究加速度与力 质量的关系 例 2008 宁夏 物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数 实验装置如图所示 一表面粗糙的木板固定在水平桌面上 一端装有定滑轮 木板上有一滑块 其一端与电磁打点计时器的纸带相连 另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接 打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz 开始实验时 在托盘中放入适量砝码 滑块开始做匀加速运动 在纸带上打出一系列小点 1 如图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分 0 1 2 3 4 5 6 7是计数点 每相邻两计数点间还有4个点 图中未标出 计数点间的距离如图所示 根据图中数据计算的加速度a 保留三位有效数字 2 回答下列两个问题 为测量动摩擦因数 下列物理量中还应测量的有 填入所选