高三物理一轮复习课件第三章牛顿运动定律33.ppt

第3讲牛顿运动定律的综合应用,【知识梳理】知识点1超重和失重超重、失重和完全失重比较:,大于,小于,等于零,竖直向上,竖直向下,竖直向下,a=g,加速,减速,加速,减速,加速,减速,例:如图所示是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景。,则:(1)火箭加速上升阶段,具有_的加速度,宇航员处于_状态。(2)当火箭停止工作后上升阶段,具有_的加速度,宇航员处于_状态。,向上,超重,向下,失重,知识点2牛顿运动定律的应用(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。,加速度,整体,整体,(2)隔离法:当求系统内物体间_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。(3)外力和内力:外力:系统外的物体对_的作用力。内力:系统内_的作用力。,相互作用的内力,“隔离”,隔离,研究对象,物体之间,【易错辨析】(1)超重说明物体的重力增大了。()(2)失重时物体的重力小于mg。()(3)物体超重时,加速度向上,速度也一定向上。(),(4)物体失重时,也可能向上运动。()(5)应用牛顿运动定律进行整体分析时,可以分析内力。()(6)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。(),提示:(1)。超重是物体对支持物的压力大于物体的重力的现象,物体的重力不变。(2)。失重是物体对支持物的压力小于物体的重力的现象,物体的重力不变。(3)。超重时,物体的加速度一定向上,但其速度可能向上,也可能向下。,(4)。失重时,物体可能向上做减速运动。(5)。对系统整体分析只分析外力,不能分析内力。(6)。物体处于完全失重状态时,物体的加速度大小为g,方向竖直向下。,考点1对超重和失重的理解【核心要素精讲】判断超重和失重现象的三个角度:(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;向下的加速度恰好等于重力加速度时处于完全失重状态。(3)从速度变化角度判断:物体向上加速或向下减速时,超重;物体向下加速或向上减速时,失重。,【高考命题探究】【典例1】(多选)(2015江苏高考)一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力()世纪金榜导学号42722063,A.t=2s时最大B.t=2s时最小C.t=8.5s时最大D.t=8.5s时最小,【解析】选A、D。在竖直方向,有F-mg=ma,得F=mg+ma,加速度方向向上且越大,F就越大,所以A项正确;加速度方向向下且越大,F就越小,所以D项正确。,【感悟提高】(1)特点:本题属于超失重问题。(2)方法:解答本题用到牛顿第二定律。根据F-mg=ma,得F=_,分析图象中_的大小和方向来判断F的最小值和最大值。,mg+ma,加速度,【强化训练】1.如图所示,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,这一现象表明(),A.电梯一定是在上升B.电梯一定是在下降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,【解析】选D。电梯静止时,弹簧的拉力和重力相等。现在,弹簧的伸长量变大,则弹簧的拉力增大,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,但是电梯的运动方向可能向上也可能向下,故只有D正确。,2.(多选)某人乘电梯从24楼到1楼的v-t图象如图所示,下列说法正确的是(),A.04s内人做匀加速直线运动,加速度为1m/s2B.416s内人做匀速直线运动,速度保持4m/s不变,处于完全失重状态C.1624s内,人做匀减速直线运动,速度由4m/s减至0,处于失重状态D.024s内,此人经过的位移为72m,【解析】选A、D。04s内,v-t图线是一条倾斜直线,且a=1m/s2,A对;416s内,a=0,不是完全失重状态,B错;1624s内,电梯减速下降,a向上,处于超重状态,C错;024s内,位移大小等于图线与横轴围成的面积数值,故x=(24+12)4m=72m,D对。,【规律总结】超失重的两点注意(1)不管物体的加速度是否沿竖直方向,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)发生超失重现象时,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。,【加固训练】空中缆车是旅游景点给游客准备的上山和进行空中参观的交通工具,如图所示,一质量为m的游客乘坐空中缆车沿着坡度为30的钢绳索上行。开始时缆车平稳匀速上行,由于故障,缆车以a=的加速度减速上行,下列判断中正确的是(),A.缆车平稳匀速上行和减速上行时,缆车对游客的摩擦力平行钢绳索向上B.缆车平稳匀速上行和减速上行时,游客对缆车的作用力均竖直向下C.缆车减速上行时,缆车对游客的作用力是平稳匀速上行时的D.缆车减速上行时,缆车对游客的支持力是平稳匀速上行时的,【解析】选D。缆车平稳匀速上行时,游客仅受两个力:重力mg和支持力N1,其合力为零,即N1=mg。当缆车减速上行时,游客受三个力:重力、支持力N2、水平向左的摩擦力。将加速度往水平和竖直方向分解,如图所示,mg-N2=masin30,N2=,f=macos30=。缆车对游客的作用力F=。故本题选D。,考点2整体法和隔离法解决连接体问题【核心要素精讲】1.整体法的选取原则及步骤:(1)当只涉及研究系统而不涉及系统内某些物体的受力和运动情况时,一般采用整体法。,(2)运用整体法解题的基本步骤:,2.隔离法的选取原则及步骤:(1)当涉及系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况时,一般采用隔离法。,(2)运用隔离法解题的基本步骤:明确研究对象或过程、状态。将某个研究对象或某段运动过程、某个状态从系统或全过程中隔离出来。画出某状态下的受力图或运动过程示意图。选用适当的物理规律列方程求解。,【自思自悟】(1)整体法和隔离法如何准确地选取研究对象?(2)利用整体法和隔离法解题的基本步骤有哪些?,【高考命题探究】【典例2】如图所示,A、B两物体用一轻细线绕过定滑轮连接,并且斜面上的细线部分平行于斜面,A、B质量分别为m1、m2。斜面光滑、倾角为,不计一切摩擦和滑轮质量,开始用外力固定B,并且使B到滑轮间的细线竖直,系统静止。斜面已固定,求撤去外力后A、B两物体的加速度。世纪金榜导学号42722064,【解析】假设A沿斜面向下滑动,则B向上运动,设它们的加速度大小为a,细线上的张力为T,应用牛顿第二定律,对A有:m1gsin-T=m1a对B有:T-m2g=m2a联立两式可得:a=,讨论:(1)若m1gsinm2g,则与假设相同(2)若m1gsin=m2g,则a=0,保持静止(3)若m1gsinM,有x1=x2B.若msin,有a1=a2D.若gtan,求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。,【解析】(1)由匀变速直线运动公式有:v2=2as1、v2=2as2,且s=s1+s2,解得:a=,(2)假设球不受箱子作用,应满足:FNsin=ma,FNcos=mg,解得:a=gtan。减速时加速度向左,此加速度由斜面支持力FN与左壁支持力F左共同决定,当agtan,F左=0,球受力如图所示,在水平方向上根据牛顿第二定律有FNsin=ma,在竖直方向有FNcos-F上=mg,解得:F上=m(acot-g)。答案:(1)(2)0m(acot-g),【强化训练】如图所示,质量均为m的A、B两物体叠放在竖直弹簧上并保持静止,用大小等于mg的恒力F向上拉B,运动距离h时,B与A分离,下列说法正确的是(),A.B和A刚分离时,弹簧长度等于原长B.B和A刚分离时,它们的加速度为gC.弹簧的劲度系数等于D.在B和A分离前,它们做匀加速直线运动,【解析】选C。A、B分离前,A、B共同做加速运动,由于F是恒力,而弹力是变力,故A、B做变加速直线运动,当两物体要分离时,FAB=0,对B:F-mg=ma,对A:kx-mg=ma。即F=kx时,A、B分离,此时弹簧处于压缩状态,由F=mg,拉B前设弹簧压缩量为x0,则2mg=kx0,h=x0-x,解以上各式得k=,综上所述,只有C项正确。,【加固训练】(2017芜湖模拟)如图所示,质量分别为M、m的两物块A、B叠放在一起沿光滑水平地面以速度v做匀速直线运动,A、B间的动摩擦因数为,在t=0时刻对物块A施加一个随时间变化的推力F=kt,k为一常量,则从力F作用开始到两物块刚要发生相对滑动所经过的时间为(),【解析】选C。两物块发生相对滑动的条件是系统的加速度大于物块B能获得的最大加速度,与物块A的运动速度无关,A错误;由牛顿第二定律可得系统一起运动的加速度a=,物块B的加速度由A对B的静摩擦力产生,最大加速度aBm=,当aaBm时,A、B发生相对滑动,代入F=kt解得t=,C项正确。,传送带”模型问题1.模型特点:(1)水平传送带。,(2)倾斜传送带。,2.思路方法:(1)水平传送带问题:求解关键在于对物体所受摩擦力进行正确的分析判断。进一步分析物体的运动情况,物体的速度与传送带速度相等的时刻摩擦力发生突变。,(2)倾斜传送带问题:求解关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况。进一步分析物体所受摩擦力的情况及运动情况。当物体速度与传送带速度相等时,物体所受摩擦力可能发生突变。,【示例】如图所示,水平传送带以5m/s的恒定速度运动,传送带长l=2.5m,今在其左端A处将一工件轻轻放在上面,工件被带动,传送到右端B处,已知工件与传送带间的动摩擦因数=0.5,试求:工件经多少时间由传送带左端A运动到右端B?(g取10m/s2)世纪金榜导学号42722066,【方法导入】(1)“工件轻放”,即工件对地初速度为v0=0。(2)工件相对传送带向左滑,所受传送带的摩擦力方向向右。(3)当工件与传送带速度相等时,工件所受摩擦力变为零。,【解析】工件被轻轻放在传送带左端,即工件对地初速度v0=0,对工件,由牛顿第二定律得:Ff=FN=mg=ma解得a=g=5m/s2工件做初速度为零的匀加速直线运动。当工件速度等于传送带速度时,有t1=1s此时工件的位移:x1=2.5m由于x1=l则工件从左端A运动到右端B一直做匀加速运动,t=t1=1s答案:1s,【对点训练】1.(多选)(2017锦州模拟)如图所示,水平传送带A、B两端相距s=3.5m,物体与传送带间的动摩擦因数=0.1,物体滑上传送带A端的瞬时速度vA=4m/s,到达B端的瞬时速度设为vB。下列说法中正确的是(),A.若传送带不动,vB=3m/sB.若传送带逆时针匀速转动,vB一定等于3m/sC.若传送带顺时针匀速转动,vB一定等于3m/sD.若传送带顺时针匀速转动,vB有可能等于3m/s,【解析】选A、B、D。若传送带不动,物体做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得,匀减速直线运动的加速度大小a=g=1m/s2,根据=-2as,解得vB=3m/s。故A正确;若传送带逆时针转动,物块滑上传送带做匀减速直线运动,由于滑块所受的滑动摩擦力与传送带静止时相同,则加速度与传送带静止时也相同,到达B,点的速度大小一定等于3m/s。故B正确;若传送带顺时针匀速转动,若传送带的速度小于3m/s,物块滑上传送带做匀减速直线运动,加速度与传送带静止时也相同,则到达B点的速度等于3m/s。故C错误,D正确。,2.如图所示,绷紧的传送带与水平面的夹角=30,传送带在电动机的带动下,始终保持v0=2m/s的速率运行,现把一质量为m=10kg的工件(可看作质点)轻轻放在传送带的底端,工件与传送带之间的动摩擦因数=,经过时间t=1.9s,工件被传送到顶端,g取10m/s2求:,(1)传送带的长度。(2)这个过程中产生热量Q。(3)电动机由于传送工件多消耗的电能。,【解析】(1)工件开始阶段做匀加速直线运动,由牛顿第二定律,得:mgcos-mgsin=ma得:a=gcos-gsin=2.5m/s2。加速至速度与传送带相同时通过的位移为x1=,所用时间为t1=0.8s在接下来的1.1s内工件做匀速直线运动,通过的位移为x2=v0t2=2.2m故传送带的长度为L=x1+x2=3m。,(2)在时间t1内,传送带运动的位移:x2=v0t1=1.6m工件相对传送带的位移为x=x2-x1=0.8m在时间t1内,传送带与工件的摩擦生热为:Q=mgcosx=60J。,(3)工件获得的动能为:Ek=20J工件增加的势能为:Ep=mgLsin30=150J电动机多消耗的电能为:W=Q+Ek+Ep=230J答案:(1)3m(2)60J(3)230J,用牛顿运动定律处理动力学问题【经典案例】,(17分)(2016四川高考)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图所示竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为的斜面。一辆长12m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4m时,车头距制动坡床顶端38m,再过一段时间,货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍。货物与货车分别视为小滑块和平板,取cos=1,sin=0.1,g取10m/s2。求:,(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向。(2)制动坡床的长度。,【思维轨迹】(1)货物在车厢内滑动过程中:受力分析:重力、支持力、摩擦力,F合=f+mgsin。运动分析:匀减速直线运动F合=ma。,(2)货车从车尾位于制动坡床的底端到车头距制动坡床顶端s0=38m的过程中:受力分析:重力、坡床的支持力