【一轮收尾,二轮起航】2014届高三物理名师点拨金榜专题全案：牛顿运动定律及其应用ppt课件

牛顿运动定律及其应用,1,1.牛顿第二定律的“四性”:(1)矢量性:公式F=ma是_,F与a_;(2)瞬时性:力与_同时产生,同时变化;(3)同体性:F=ma中,F、m、a对应_;(4)独立性:分力产生的加速度相互_,与其他加速度_。,矢量式,方向相同,加速度,同一物体,独立,无关,2,2.超重和失重:(1)超重:受力特点:_;运动特点:_或_。(2)失重:受力特点:_;运动特点:_或_。,合外力的方向竖直向上,向上加速运动,向下减速运动,合外力的方向竖直向下,向下加速运动,向上减速运动,3,1.(2013安徽高考)如图所示,细线的一端系一质量为m的小球,另一端固定在倾角为的光滑斜面体顶端,细线与斜面平行。在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中,小球始终静止在斜面上,小球受到细线的拉力T和斜面的支持力FN分别为(重力加速度为g)(),4,A.T=m(gsin+acos)FN=m(gcos-asin)B.T=m(gcos+asin)FN=m(gsin-acos)C.T=m(acos-gsin)FN=m(gcos+asin)D.T=m(asin-gcos)FN=m(gsin+acos),5,【解析】选A。受力分析如图,建立如图所示的坐标系在竖直方向上受力平衡,合力为零,列式可得:FNcos+Tsin-mg=0在水平方向上,由牛顿第二定律可得:Tcos-FNsin=ma联立两式可解得:T=m(gsin+acos)FN=m(gcos-asin)故A项正确。,6,2.(2013新课标全国卷)一物块静止在粗糙的水平桌面上。从某时刻开始,物块受到一方向不变的水平拉力作用。假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。以a表示物块的加速度大小,F表示水平拉力的大小。能正确描述F与a之间关系的图像是(),7,【解析】选C。物块在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用,根据牛顿第二定律,有F-f=ma,即F=ma+f,该关系为线性函数。当a=0时,F=f;当F=0时,a=-。符合该函数关系的图像为C。,8,3.(2013山东高考)如图所示,一质量m=0.4kg的小物块,以v0=2m/s的初速度,在与斜面成某一夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2s的时间物块由A点运动到B点,A、B之间的距离L=10m。已知斜面倾角=30,物块与斜面之间的动摩擦因数=。重力加速度g取10m/s2。(1)求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小。(2)拉力F与斜面夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?,9,【解析】(1)由运动学方程得:L=v0t+at22aL=代入数值解得:a=3m/s2,vB=8m/s,10,(2)对物块受力分析如图所示,设拉力F与斜面成角,对物块由牛顿第二定律得:垂直斜面方向:Fsin+N-mgcos30=0沿斜面方向:Fcos-mgsin30-f=ma又f=N联立各式,代入数值解得:Fcos+Fsin=5.2则F=当=30时,拉力F有最小值,且Fmin=N答案:(1)3m/s28m/s(2)30N,11,热点考向1动力学图像问题【典例1】(多选)(2013银川二模)如图所示,一质量为m的滑块,以初速度v0从倾角为的斜面底端滑上斜面,当其速度减为零后又沿斜面返回底端,已知滑块与斜面间的动摩擦因数为,若滑块所受的摩擦力为f、所受的合外力为F合、加速度为a、速度为v,规定沿斜面向上为正方向,在滑块沿斜面运动的整个过程中,这些物理量随时间变化的图像大致正确的是(),12,13,【解题探究】(1)请画出滑块向上和向下运动的受力分析图。提示:,14,(2)请结合受力分析图判断各物理量的变化情况:,不变,由负向变为正向,变小,不变,变小,不变,先变小后变大,由正向变为负向,15,【解析】选A、D。对滑块沿斜面向上和向下过程进行受力分析,可知滑块所受的滑动摩擦力大小不变,均为f=mgcos,方向由负向变为正向,选项A正确;滑块沿斜面向上运动时,F合=mgsin+mgcos,沿斜面向下运动时,滑块所受的合外力的大小F合=mgsin-mgcos,显然合外力变小,方向始终沿负向,选项B错误;加速度的变化情况与合外力相同,选项C错误;向上运动过程中滑块做匀减速运动,向下运动过程中,滑块做匀加速运动,向上时的加速度大于向下时的加速度,选项D正确。,16,【总结提升】处理动力学图像问题的一般思路(1)依据题意,合理选取研究对象;(2)对物体先受力分析,再分析其运动过程;(3)将物体的运动过程与图像对应起来;(4)对于相对复杂的图像,可通过列解析式的方法进行判断。,17,【变式训练】(2013浙江高考改编)如图所示,水平木板上有质量m=1.0kg的物块,受到随时间t变化的水平拉力F作用,用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力f的大小。取重力加速度g=10m/s2,下列判断正确的是(),18,A.5s内物块的位移为零B.4s末物块所受合力大小为4.0NC.物块与木板之间的动摩擦因数为0.4D.69s内物块的加速度大小为2.0m/s2,19,【解析】选D。由题可得:物块所受的最大静摩擦力为4N,滑动摩擦力为3N,物块在4s末就开始运动了,故5s内物块发生了运动,产生了位移,A项错误;4s末物块所受拉力为4N,所受最大静摩擦力也为4N,合力大小为0,B项错误;物块与木板之间的滑动摩擦力为3N,物块对木板的压力为10N,物块与木板之间的动摩擦因数为0.3,C项错误;69s内拉力大小为5N,物块所受的滑动摩擦力为3N,合力为2N,由牛顿第二定律可得,物块的加速度大小为2.0m/s2,D项正确。,20,【变式备选】(多选)将一个物体以初速度v0从地面竖直向上抛出,经一段时间后落回地面。设物体在运动过程中所受空气阻力大小不变,取竖直向上为正方向。下列关于速度v、加速度a随时间t变化的图像正确的是(),21,【解析】选B、D。物体向上运动时重力和阻力都向下;向下运动时重力向下,阻力向上。物体所受合力的方向都向下,加速度方向都向下,由牛顿第二定律知,物体向上运动时的加速度大于向下运动时的加速度,加速度越大,v-t图像斜率的绝对值越大,又由于物体上升和下落的位移大小相同,所以物体向上运动的时间小于下落的时间,故选项A、C错误,B、D正确。,22,热点考向2连接体问题【典例2】(15分)如图所示,一工件置于水平地面上,工件质量M=0.8kg,其AB段为一半径R=1.0m的光滑圆弧轨道,圆弧轨道上的P点到BC的高度差h=0.2m,将一可视为质点的物块置于P点,物块质量m=0.2kg,若将一水平恒力F作用于工件上,使物块与工件保持相对静止,一起向左做匀加速直线运动,工件与地面间的动摩擦因数=0.1,g取10m/s2,求F的大小。,23,【解题探究】(1)设物块和O的连线与竖直方向的夹角为,请用已知物理量的符号,写出以下物理量的表达式:物块所受的弹力N=_;工件与物块整体向左匀加速运动的加速度a的表达式为a=_;,gtan,24,(2)水平恒力F与加速度a之间满足何种关系?提示:对物块和工件整体由牛顿第二定律得F-(M+m)g=(M+m)a。,25,【解析】设物块和O的连线与竖直方向的夹角为,物块与工件一起运动的加速度为a,对物块进行受力分析,由牛顿第二定律得:竖直方向:Ncos=mg(3分)水平方向:Nsin=ma(3分)由几何知识得:cos=,sin=(4分)对于物块与工件整体由牛顿第二定律得:F-(M+m)g=(M+m)a(3分)代入数据,由式得:F=8.5N(2分)答案:8.5N,26,【拓展延伸】典例中:(1)若P点的位置不同,恒力F的值相同吗,为什么?提示:不相同。若P点的位置不同,物块和O的连线与竖直方向的夹角将变化,物块与工件一起运动的加速度a将变化,由F=(M+m)a+(M+m)g得恒力F的值会变化。,27,(2)若恒力F变大或变小了,物块将相对于工件分别向哪个方向运动?提示:若恒力F变大,加速度a将变大,夹角将变大,物块将相对于工件沿圆轨道向上运动;同理,若恒力F变小,物块将相对于工件沿圆轨道向下运动。,28,【总结提升】应用牛顿第二定律解题的一般步骤(1)结合题意,灵活选取研究对象,可以是单个物体,也可以是多个物体组成的系统;(2)分析研究对象的运动情况和受力情况;(3)根据牛顿第二定律列方程;(4)统一单位后将数值代入方程求解。,29,【变式训练】(2013武汉二模)质量为2m的物块A和质量为m的物块B相互接触放在水平面上,如图所示,若对A施加水平推力F,则两物块沿水平方向做加速运动,关于A对B的作用力,下列说法正确的是()A.若水平面光滑,物块A对B的作用力大小为FB.若水平面光滑,物块A对B的作用力大小为FC.若物块A与地面无摩擦,B与地面的动摩擦因数为,则物块A对B的作用力大小为mgD.若物块A与地面无摩擦,B与地面的动摩擦因数为,则物块A对B的作用力大小为,30,【解析】选D。若水平面光滑,由牛顿运动定律得A、B整体的加速度为a1=,物块A对B的作用力大小为F1=ma1=,选项A、B错误;若物块A与地面无摩擦,B与地面的动摩擦因数为,由牛顿第二定律得A、B整体的加速度为a2=,又由F2-mg=ma2,物块A对B的作用力大小为F2=,故选项C错误,D正确。,31,热点考向3多过程问题【典例3】(16分)如图所示,一个质量M=2kg的物块(可视为质点)从光滑四分之一圆弧轨道顶端由静止滑下,圆弧轨道半径R=0.8m,到达底端时恰好进入与圆弧轨道底端相切的水平传送带,传送带由一电动机驱动着匀速向左转动,速度大小v=3m/s,已知物块与传送带间的动摩擦因数=0.1,两皮带轮之间的距离L=6m,重力加速度g=10m/s2。(1)求物块滑到圆弧轨道底端时对轨道的压力大小;(2)物块将从传送带的哪一端离开传送带?,32,【解题探究】(1)物块滑到轨道底端时对轨道压力的求解思路:先求物块滑到轨道底端的速度v0:a.物理规律:_;b.方程式:_。,动能定理,33,求物块滑到轨道底端时轨道的弹力N:a.物理规律:_;b.方程式:_。利用_得物块对轨道的压力。,牛顿第二定律,牛顿第三定律,34,(2)如何判断物块将从传送带哪端离开?提示:比较物块速度为零时在传送带上的位移x与传送带的长度L的大小。若xL,物块将从传送带的右端离开;反之将从传送带的左端离开。,35,【解析】(1)由动能定理得:MgR=-0(3分)由牛顿第二定律得:N-Mg=M(3分)由牛顿第三定律得物块对轨道的压力为:N=-N(2分)解得:N=60N。(2分),36,(2)物块在传送带上运动的过程由牛顿第二定律得:mg=ma(2分)由匀变速直线运动规律得:02-=2(-a)x(2分)解得:x=8m(1分)因xL,故物块将从传送带的右端离开。(1分)答案:(1)60N(2)右端,37,【拓展延伸】典例中:(1)若传送带长度变为10m,物块将从传送带的哪一端离开传送带?提示:因x1mg,与f1mg矛盾,故物块相对木板减速滑动,而不是相对静止。,61,请列出物块相对木板减速滑动过程的动力学方程。a.对物块:_。b.对木板:_。请列出全过程的运动学方程。a.对物块:_。b.对木板:_。,1mg=ma1,22mg-1mg=ma2,62,【解题】规范步骤,水到渠成(1)从t=0时开始,木板对物块的摩擦力使物块由静止开始加速,物块和地面对木板的摩擦力使木板减速,直到两者具有共同速度为止。由题图可知,在t1=0.5s时,物块和木板的速度相同为v1=1m/s。设t=0到t=t1时间内,物块和木板的加速度大小分别为a1和a2,则a1=m/s2=2m/s2(2分)a2=m/s2=8m/s2(2分),63,设物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数分别为1、2,根据牛顿第二定律,对物块有1mg=ma1(2分)对木板有1mg+22mg=ma2(2分)联立方程得:1=0.22=0.3(1分),64,(2)t1时刻后,地面对木板的摩擦力阻碍木板运动,物块与木板之间的摩擦力改变方向。设物块与木板之间的摩擦力大小为f,物块和木板的加速度大小分别为a1和a2,由牛顿第二定律得对物块有f=ma1(1分)对木板有22mg-f=ma2(1分)假设物块相对木板静止,即f1mg,与假设矛盾,所以物块相对木板向前减速滑动,而不是与木板共同运动,物块加速度大小a1=2m/s2(1分),65,物块的v-t图像如图所示。此过程木板的加速度a2=22g-1g=4m/s2(1分),66,由运动学公式可得,物块和木板相对地面的位移分别为x1=0.5