专题3牛顿运动定律的综合应用-2019高考物理一轮复习考点大通关解析版

1、第3节牛顿运动定律的综合应用考点精讲一、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)大于物体所受重力的现象,称为超重现象.(2)产生条件：物体具有向上的加速度.2 .失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象,称为失重现象.(2)产生条件：物体具有向下的加速度.3 .完全失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的情况称为完全失重现象.(2)产生条件：物体的加速度a=g,方向竖直向下.4 .对超重、失重的理解：超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了.在发生这些现象时，物体的重力依然存在

2、，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)发生了变化(即视重发生变化).5 .判断方法(1)不管物体的加速度是不是竖直方向，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)尽管不是整体有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重现象.特别提醒在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.二、解答连接体问题的常用方法1 .整体法：当系统中各物体的加速度相同时，我们可以把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各物体的质量之和，当整体受到的外

3、力已知时，可用牛顿第二定律求出整体的加速度.2 .隔离法：当求解系统内物体间相互作用力时，常把物体从系统中隔离”出来进行分析，依据牛顿第二定律列方程.3 .外力和内力4 1)外力：系统外的物体对研究对象的作用力；5 2)内力：系统内物体之间的作用力.考点精练题组1超重失重1 .有关超重和失重，以下说法中正确的是（）A.物体处于超重状态时，所受重力增大，处于失重状态时，所受重力减小B.斜上抛的木箱中的物体处于完全失重状态C.在沿竖直方向运动的升降机中出现失重现象时，升降机必定处于下降过程D.在月球表面行走的人处于失重状态【答案】B【解析】处干超重或失重状态的物体所受重力不变，A错j有竖直向下的加

4、速度时物体处干失重状态，与运动方向无关，C错）当竖直向下的加速度区二品时，处于完全失重状态，斜上抛的木箱中的物体且二目，B对3在月球表面行走的人，沿月球表面竖直方向加速度为零,D错，古攵选区2 .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.宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重或失重的考验，下列说法正确的是（）A.火箭加速上升时，宇航员处于失重状态B.火箭加速上升时，宇航员处于超重状态C.飞船加速下落时，宇航员处于超重状态D.飞船落地前减速时，宇航员对座椅的压力小于其重力【答案】B【解析】火箭加速上升过程中加速度方向向上，宇航员处于超重状态，A错，B正确；飞船加速下落时加速度方

5、向向下，宇航员处于失重状态，C错；飞船减速下落，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，宇航员对座椅的压力大于其重力，D错.3 .一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲的过程中，指针示数变化应是（）A.先减小，后还原B.先增加，后还原C.始终不变D.先减小，后增加，再还原【答案】D【解析】人下蹲的过程经历了向下加速、减速、静止的三个过程，在向下加速时，人获得向下的加速度,弹力小于重力；向下减速时，弹力大于重力；静止时弹力等于重力。4 .如图所示，是某同学站在压力传感器上，做下蹲一起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力（单位为牛顿），横坐标为时间.由图线可知（）A.该同学做了两次下蹲起立的动作

6、B.该同学做了一次下蹲起立的动作C.下蹲过程中人处于失重状态D.下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态【答案】Bt解析】在一次下蹲过程中，该同学要先后经历失重状态和超重状态,所以对压力传感器的压力先d吁自身重力后大于自身重力，而在一次起立过程中,该同学又要先后登历超重状态和失重状态，所以对压力传感器的压力先大于自身重力后小于自身重力，所以题图记录的应该是一次下蹲一起立的动作.5 .某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490N。他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t2时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的vt图可能是（取电梯向上运动的方向为正）（）【解析】toti时间内，弹簧秤的示数小于人的重力

7、，人处于失重状态，有向下的加速度，B、C选项不正确，应选A、Do6 .几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况，他们将体重计放在电梯中，一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层。用照相机进彳T了相关记录，如图所示。图甲为电梯静止时体重计的照片，图乙、图丙、图丁和图戊分别为电梯运动过程中体重计的照片。根据照片推断正确的是（）A.根据图乙推断电梯一定处于加速上升过程，电梯内同学可能处于超重状态B.根据图丙推断电梯一定处于减速下降过程，电梯内同学可能处于失重状态C.根据图丁推断电梯可能处于减速上升过程，电梯内同学一定处于失重状态D.根据图戊推断电梯可

8、能处于减速下降过程，电梯内同学一定处于超重状态【答案】CD【解析】由图甲可知，该同学的体重为46kg,图乙中体重计的示数大于人的重力,故该同学处于超重状态，该电梯可能加速上升，也可能减速下降，选项A错误,图丙申体重计的示数小于人的重力？故该同学处于失重状态，该电梯可能加速下降，也可能减速上升，选项B错误f图丁中体重计的示数小于人的重力，故该同学一定处于失重状态，该电梯可能加速下降，也可能瀛速上升，选项C正确j图戊中体重计的示数大于大的重力，故该同学一定处于超重状态，该电梯可能加速上升,也可育哥做速下降，选项D正确。7.（多选）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，

9、以竖直向上为a的正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【答案】AD【解析】人受重力mg和支持力Fn的作用，由牛顿第二定律得Fnmg=ma。由牛顿第三定律得人对地板的压力Fn=FN=mg+ma。当t=2s时a有最大值，Fn最大；当t=8.5s时，a有最小值，Fn最小，选项A、D正确。8.如图所示，将物体A放在容器B中，以某一速度把容器B竖直上抛，不计空气阻力，运动过程中容器的底面始终保持水平，下列说法正确的是（）A.在上升和下降过程中A对B的压力都一定为零B,上升过程中A对B的压力大于物体A受到的重力C.下降过程中A对B的压力大于物体A受到的重力D,在

10、上升和下降过程中A对B的压力都等于物体A受到的重力【答案】A【解析】把容器B竖直上抛，物体处于完全失重状态，在上升和下降过程中项A正确。题组2连接体A对B的压力都一定为零，选1 .如图所示，质量分别为m和2m的两个小球置于光滑水平面上，且固定在一轻质弹簧的两端，已知弹簧的原长为L,劲度系数为k。现沿弹簧轴线方向在质量为2m的小球上有一水平拉力F,使两球一起做匀加速运动，则此时两球间的距离为（FA.3kD.【解析】两个小球一起做匀加速直线运动，加速度相等，对系统受力分析，由牛顿第二定律可得：f=e+2泡）为对质量为题的小球作水平方向受力分析，由牛顿第二定律和胡克定律，可得:则此时两球F间的距离为

11、上十为选项C正确“2 .如图所示，在光滑水平地面上，水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动.小车质量为M,木块质量为m,加速度大小为a,木块和小车之间的动摩擦因数为的则在这个过程中，木块受到的摩擦力大小是（）MFB.M+mD.maC.p(M+m)g【答案】DF【解析】m与M无相对滑动，故a相同.对m、M整体F=（M+m）a,故a=M+m,m与整体加速度相同mF也为a,对m：f=ma,即f=M+m,故只有D正确.3.如图甲所示，在粗糙的水平面上，质量分别为m和M（m：M=1：2）的物块A、B用轻质弹簧相连，两个物块与水平面间的动摩擦因数相同.当用水平力F作用于B上且两物块共同向右加速

12、运动时，弹簧的伸长量为Xi.当用同样大小的力F竖直加速提升两物块时（如图乙所示），弹簧的伸长量为X2,则xi：X2等于（B.1：2D.2：3A.1：1C.2：1【答案】AmF【解析】水平放置时jF必用匕1一卬讴二泄乃，可得不二.4的一1竖直放置时,mF一（加+此次=（5/+泄）6,2-mg=maifx-=一二十捌一诂故不：位=1：LA项正确.方法突破方法1动力学观点在连接体中的应用1 .多个相互关联的物体由细绳、细杆或弹簧等连接或叠放在一起，构成的物体系统称为连接体.常见的连接体如图所示：2 .连接体问题的分析方法：一是隔离法，二是整体法.（1）加速度相同的连接体若求解整体的加速度，可用整体法

13、.整个系统看成一个研究对象，分析整体受外力情况，再由牛顿第二定律求出加速度.若求解系统内力，可先用整体法求出整体的加速度，再用隔离法将内力转化成外力，由牛顿第二定律求解.(2)加速度不同的连接体：若系统内各个物体的加速度不同，一般应采用隔离法.以各个物体分别作为研究对象，对每个研究对象进行受力和运动情况分析，分别应用牛顿第二定律建立方程，并注意应用各个物体的相互作用关系联立求解.3.充分挖掘题目中的临界条件(1)相接触与脱离的临界条件：接触处的弹力Fn=0.(2)相对滑动的临界条件：接触处的静摩擦力达到最大静摩擦力.(3)绳子断裂的临界条件：绳子中的张力达到绳子所能承受的最大张力.(4)绳子松

14、弛的临界条件：张力为0.4 .其他几个注意点(1)正确理解轻绳、轻杆和轻弹簧的质量为0和受力能否突变的特征的不同.(2)力是不能通过受力物体传递的受力，分析时要注意分清内力和外力，不要漏力或添力.5 .隔离法的选取原则：若连接体或关联体内各物体的加速度不相同，或者需要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解.6 .整体法的选取原则：若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求系统内物体之间的作用力时，可以把它们看成一个整体来分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量).7 .整体法、隔离法交替运用原则:若连接体内各物体具有相同的

15、加速度，且要求系统内物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力.即先整体求加速度、后隔离求内力1.如图所示，两粘连在一起的物块a和b,质量分别为ma和mb,放在光滑的水平桌面上，现同时给它们施加方向如图所示的水平推力Fa和水平拉力Fb,已知FaFb,则a对b的作用力()C.可能为推力，也可能为拉力D.不可能为零【解析】将a、b看做一个整体，加速度a=-Fj31Fb,单独对ma+mba进行分析，设a、b间的作用力为Fab,则aFa+FabFa+FbFbma-Fambmama+mbma+mb,由于不知道ma与mb的大小关系，故Fab可能

16、为正，可能为负,也可能等于0.F作用下，先沿光滑水平面，再沿（）2.如图所示，质量为mi和m2的两个物体用细线相连，在大小恒定的拉力粗糙的水平面运动，则在这两个阶段的运动中，细线上张力的大小情况是叫啊fA.由大变小B.由小变大C.始终不变D.由大变小再变大【答案】C.【解析】在光滑的水平面上运动时，设细线上的张力为Fi,加速度为a1，由牛顿第二定律得Fi=miaiF=（mi+m2）ai联立解得：Fi=miFmi+m2在粗糙的水平面上运动时，设细线的张力为尸1,加速度为山，由牛顿第二定律得：尸1一卬M*二加】吸,产一口（加+世）g=（泄1+町）8联立解得：严】=哼ffll十/2综上可得，无论在光

17、滑的水平面上还是在粗糙的水平面上运动时，2喀戋上的张力都是詈，故c正确.忖+忙3.（多选）两个叠在一起的滑块，置于固定的、倾角为。的斜面上，如图所示，滑块A、B的质量分别为M、m,A与斜面间的动摩擦因数为岗，B与A之间的动摩擦因数为22,已知两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面上滑下，滑块B受到的摩擦力为（）A.等于零B,方向沿斜面向上C.大小等于岗mgcos0D.大小等于mgcos0【答案】BC.【解析】把A、B两滑块作为一个整体，设其下滑的加速度为a,由牛顿第二定律有(M+m)gsin03(M+m)gcos0=(M+m)a得a=g(sin。一口cos由于avgsin0,可见B随A一起下滑

18、过程中，必须受到A对它沿斜面向上的摩擦力，设摩擦力为FB（如图所示）.由牛顿第二定律有mgsin0Fb=ma得Fb=mgsin0ma=mgsin。一mg（sin。一内cos=国mgcos0.4.（多选）将一倾角为。的斜面体固定在水平面上，用一小段轻绳连接两个物块A和B放在斜面上，如图所示。已知A的质量为mB的质量为m2,且两物块与斜面间的动摩擦因数相同，现有一沿斜面向上的恒力F作用在物块A上，使两物块沿斜面向上运动，则轻绳对物块B的拉力（）A.斜面的倾角越大，拉力越大B.物块B与斜面间的动摩擦因数越大，拉力越大C.恒力F越大，拉力越大D,轻绳的拉力为Ft=,与两物块质量有关mim2【答案】CD

19、【解析】对整体分析J由牛顿第二定律得：尸一（时十忱冰E8-皿加+巡）邸858=（阴+股）%所以a=-2mi十tw一gsm一阳3凡对B分析有尸L机;g加8-.晔6日二忱3,联立解得尸2则绳子的拉力与斜面的倾角无关，与物块的斜面间的动摩擦因数无关，与恒力产的大小和两物块的质量有关,则答案为C.D.方法2解决动力学中临界、极值问题的方法1 .动力学中的临界极值问题在应用牛顿运动定律解决动力学问题中，当物体运动的加速度不同时，物体有可能处于不同的状态，特别是题目中出现最大“最小“刚好”等词语时，往往会有临界值出现。2 .产生临界问题的条件接触与脱离两物体相接触或脱离，临界条件是：弹力fn=0的临界条件

20、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3 .分析方法(1)极限分析法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到

21、正确解决问题的目的(2)假设分析法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题。(3)数学极值法：将物理过程通过数学公式表达出来，根据数学表达式解出临界条件。题组4解决动力学中临界、极值问题的方法1.如图所示，一轻质弹簧的一端系一质量为m的小球，另一端固定在倾角为37。的光滑斜面体顶端，弹簧与斜面平行。在斜面体以大小为k,g的加速度水平向左做匀加速直线运动的过程中，小球始终相对于斜面静5mgC.5k7mgD.量则该过程中弹簧的形变量为(已知：sin37=0.6,cos37=0.8)()【解析】在斜面体以大小为g的加

22、速度水平向左做匀加速直线运动时，弹簧是处于伸长状态还是压缩状态,无法直接判断，此时可采用假设法，假设弹簧处于压缩状态，若求得弹力F为正值，则假设正确；水平方向上由牛顿第二定律得：FNSin0+Fcos0=mg；竖直方向上由受力平衡得：Fncos0=mg+Fsin0,联立得：F=5mg。由胡克定律得F=kx,*=黑，故选A。2.如图所示，将质量为10kg的小球用轻绳挂在倾角45。的光滑斜面上，下列情况中斜面向右加速运动,小球相对斜面静止，g=10m/s2。当加速度a=10m/s2时，绳对小球的拉力为N;当绳对小球的拉力3Ft=200N时，它们的加速度为m/s2。【答案】吸：21031解析】此题苜

23、先要判断小球是否从斜面上飞起，令斜面加速度为为，绳的拉力为Ft。时，小球刚好离开斜面，即斜面对球的支持力为零，所以仔了“阳解得一/反,当小，所以小没有lFiocosa=那B,LFm=10Gv2N飞寓斜面，由牛顿第二定律得产ngsa一尸xsina=侬】，产Tisina+f航0磁=咽1),代入数值解得Ftj=1/2N,因尸T”必所以小球已飞离斜面，设绳与水平面夹角为名由牛顿第二定律得产X。的二正Sin8二州,由代入数值解得&=ms-o3 .一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧上端固定，下端系一质量为m的物体，有一水平木板将物体托住，并使弹簧处于自然伸长状态，如图所示。现让木板由静止开始以加速度a(a

24、g)匀加速向下运动，经过时间为s,木板开始与物体分离。答案m(ga)1ka【解析】取竖直向下为正方向，当物体与木板分离时，物体与木板间无弹力作用，且加速度为a。设此时物体的位移为x,由牛顿第二定律得mg-kx=ma,因物体与木板分离前做匀加速运动，所以有x=jat：由以丁咱,-12m(ga)上两式解得t=,-ka4 .有一项快乐向前冲”的游戏可简化如下：如图所示，滑板长L=1m,起点A到终点线B的距离s=5m.开F使滑板前进.板右始滑板静止，右端与A平齐，滑板左端放一可视为质点的滑块，对滑块施一水平恒力端到达B处冲线，游戏结束.已知滑块与滑板间动摩擦因数尸0.5,地面视为光滑，滑块质量mi=2

25、kg,滑板质量m2=1kg,重力加速度g=10m/s2,求：(1)滑板由A滑到B的最短时间可达多少？(2)为使滑板能以最短时间到达，水平恒力F的取值范围如何？【答案】(1)1s(2)30N34N【解析】(1)滑板一直加速，所用时间最短.设滑板加速度为32,Ff=wQg=m2a22a2=10m/s2,s=a2-t=1s.(2)刚好相对滑动时，F最小，此时可认为二者加速度相等,F1-n1g=m1a2F1=30N当滑板运动到B点，滑块刚好脱离时，F最大，设滑块加速度为a1,F2ni1g=m131,2,2a1ta2t2-2-=L,F2=34N则水平恒力大小范围是30NFV时，可能一直减速，也可能先减速

26、再匀速(2)vov返回时速度为V,当V0v返回时速度为V02 .滑块在倾斜传送带上运动常见的4个情景项目图示滑块可能的运动情况1(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速to2产(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速(3)可能先以a1加速后以a2加速to3产(1)可能一直加速(2)可能先加速后匀速(3)可能一直匀速(4)可能先以a1加速后以a2加速tO4户(1)可能一直加速(2)可能一直匀速(3)可能先减速后反向加速1.水平传送带被广泛地应用于机场和火车站，图示为一水平传送带装置示意图，紧绷的传送带AB始终保持恒定的速率v=1m/s运行，一质量为m=4kg的行李无初速地放在A处，传送带对行李的

27、滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动，随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动。设行李与传送带之间的动摩擦因数产0.1,A、B间的距离L=2m,g取10m/s2。aHb(1)求行李刚开始运动时所受滑动摩擦力的大小与加速度的大小。(2)求行李做匀加速直线运动的时间。(3)如果提高传送带的运行速率行李就能被较快地传送到B处，求行李从A处传送到B处的最短时间，以及传送带对应的最小运行速率。【答案】(1)4N1m/s2(2)1s(3)2s2m/s【解析】(1)滑动摩擦力的大小为F=mg代入题给数值，得F=4N由牛顿第二定律，得F=ma代入数值得a=1m/s2。津)设行李做匀加速运动的时间为匕又知行

28、李加速运动的末速度为1m”则由片亚代入数值，得f=lSo行李从A处一直匀加速运动到B处时传送时间最矩则上土设出小代入数值得卜皿=2，传送带对应的最小运行速率Vjfljn=a/jMin代入数值彳导mso0.5,在传=10m/s2.2.如图所示，倾角为37。，长为l=16m的传送带，转动速度为v=10m/s,动摩擦因数科=送带顶端A处无初速度地释放一个质量为m=0.5kg的物体.已知sin37=0.6,cos37=0.8g求：(1)传送带顺时针转动时，物体从顶端A滑到底端B的时间；(2)传送带逆时针转动时，物体从顶端A滑到底端B的时间.【答案】(1)4s(2)2s又由vtan【解析】(1)传送带顺

29、时针转动时，物体相对传送带向下运动，则物体所受滑动摩擦力沿斜面向上，37。，故向下匀加速运动，设加速度为a,根据牛顿第二定律有2mg(sin3720s37)=ma则a=gsin37一科cos37=2m/s,根据l=2才得t=4s.(2)传送带逆时针转动，当物体下滑速度小于传送带转动速度时，物体相对传送带向上运动，则物体所受滑动摩擦力沿传送带向下，设物体的加速度大小为由，由牛顿第二定律得mgsin37437=ma1则有%37后mgc0s37=10m/s2设当物体运动速度等于传送带转动速度时经历的时间为前，位移为x1，则有V1012t1=a;=ws=1s,*=”巾=5ml=16m当物体运动速度等于

30、传送带转动速度的蟒间，有四毕m37。口赭身第37、则下一时刻物体相对传送带向下运动，受到沿传送带向上的滑动摩擦力一摩擦力发生突变，设当物体下滑速度大于传送带转动速度时物体的加速度为M贝U-w空空皿承X2=lxim又因为k=1心则有10改十211解得二力=1中2=113舍去）所以Lf*=fl+tl25.方法4滑块、滑板模型1 .模型特点涉及两个物体，并且物体间存在相对滑动。2 .两种位移关系滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和滑板同向运动，位移之差等于板长；反向运动时，位移之和等于板长。3 .解题思路（1）审题建模：求解时应先仔细审题，清楚题目的含义、分析清楚每一个物体的受力情况、运动

31、情况。（2）求加速度：准确求出各物体在各运动过程的加速度（注意两过程的连接处加速度可能突变）。（3）明确关系：找出物体之间的位移（路程）关系或速度关系是解题的突破口。求解中更应注意联系两个过程的纽带，每一个过程的末速度是下一个过程的初速度。1 .如图所示，在光滑水平面上有一质量为mi的足够长的木板，其上叠放一质量为m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt（k是常数），木板和木块加速度的大小分别为ai和320下列反映ai和a2变化的图线中正确的是（如下图所示）（）m2*Fmi【答案】AIf-【解析】在的与他相渭动前,尸=俎=（幽+睑冏,ai与f成正比关系，a：T关系图线的