2024版高考物理一轮总复习专题三牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的应用课件

第3讲牛顿运动定律的应用一、超重和失重1.超重：物体对水平支持物的压力(或绳对竖直悬挂物的拉力)________物体所受重力的情况.

产生条件：物体具有________的加速度.

大于向上2.失重：物体对水平支持物的压力(或绳对竖直悬挂物的拉力)________物体所受重力的情况.

产生条件：物体具有________的加速度.

3.完全失重：物体对水平支持物的压力(或绳对竖直悬挂物的拉力)________的情况.

4.视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重.视重大小等于弹簧测力计或台秤所受的拉力或压力.小于向下为零二、解连接体问题的常用方法1.整体法：当系统中各物体的________相同时，可把系统内的所有物体看成一个整体，其质量等于各物体的__________，当所受外力已知时，可用______________求出整体的加速度.

2.隔离法：当求解系统内物体间的____________时，常把物体从系统中“隔离”出来分析，依据牛顿第二定律列方程.

3.外力和内力.(1)外力：系统外的物体对研究对象的作用力.(2)内力：系统内物体之间的作用力.加速度质量之和牛顿第二定律相互作用力三、瞬时问题1.由F合＝ma知，加速度由物体所受合外力决定，加速度方向与物体所受合外力的方向一致，当物体所受合外力发生突变时，加速度也随着发生突变，而物体运动的速度不能发生突变.2.轻绳、轻杆和轻弹簧(橡皮条)的区别：(1)轻绳和轻杆：剪断轻绳或轻杆断开后，原有弹力将突变为零.(2)轻弹簧和橡皮条：当轻弹簧和橡皮条两端与其他物体连接时，轻弹簧或橡皮条的弹力不能发生突变.1.[超重和失重]体育课上某同学做引体向上.他两手握紧单杠，双臂竖直，身体悬垂；接着用力上拉使下颌超过单杠(身体无摆动)；然后使身体下降，最终悬垂在单杠上.下列说法正确的是(

)A.若增大两手间的距离，最终悬垂时手掌受到单杠的弹力变大B.若增大两手间的距离，最终悬垂时手掌受到单杠的弹力不变C.在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力D.在下降过程中单杠对人的作用力始终小于人的重力【答案】B

【解析】人在悬垂时处于静止状态，由力的平衡条件可知，手掌受到单杠在竖直方向的弹力不变，A错误，B正确；人在上升运动中，由于身体先做加速运动，后做减速运动，人先处于超重状态，后处于失重状态，单杠对人的作用力先大于人的重力，后小于人的重力，C错误；同理，人在下降运动中，身体先做加速运动，后做减速运动，人先处于失重状态，后处于超重状态，单杠对人的作用力先小于人的重力，后大于人的重力，D错误.2.[牛顿运动定律]质量为m1的数学书和质量为m2的物理书叠放在桌面上，数学书和桌面之间的动摩擦因数为μ1，物理书和数学书之间的动摩擦因数为μ2，欲将数学书从物理书下抽出，则要用的力至少为(

)A.(μ1+μ2)(m1+m2)gB.(m1+m2)g+μ1m2gC.(μ1+μ2)m2gD.(μ1m1+μ2m2)g【答案】A

【解析】当数学书刚好从物理书下抽出时，物理书所受的静摩擦力达到最大，对物理书由牛顿第二定律得μ2m2g＝m2a，对整体，有F－μ1(m1+m2)g＝(m1+m2)a，联立得

F＝(μ1+μ2)(m1+m2)g，A正确，B、C、D错误.考点1超重和失重[基础考点]1.超重、失重和完全失重比较比较超重失重完全失重产生条件物体有向上的加速度物体有向下的加速度物体的加速度等于g列原理式F－mg＝maF＝m(g+a)mg－F＝maF＝m(g－a)mg－F＝mgF＝0运动状态加速上升、减速下降减速上升、加速下降抛体运动、无动力绕行的卫星2.尽管物体的加速度不是在竖直方向，但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1.如图甲中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图乙为建筑材料被吊车竖直提升过程的运动图像(竖直向上为正方向)，根据图像下列判断正确的是(

)A.46s时材料离地面的距离最大B.前36s重力的冲量为零C.在30~36s钢索最容易发生断裂D.36~46s材料处于失重状态【答案】D2.(2022年韶关模拟)纵跳是体育运动的基本动作之一，可以分为原地纵跳和助跑纵跳.如图甲所示，人光脚在原地纵跳时，快速下蹲后立即蹬伸，在起跳过程中，人受到地面的支持力随时间变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是(

)A.人对地面的压力是由于地面发生微小形变引起的B.人能够原地纵跳是由于地面对人的支持力大于人对地面的压力C.在C点人达到最大速度D.曲线上的A点表示人下蹲至最低点【答案】C

【解析】人对地面的压力是由于人脚发生微小形变引起的，地面对人的支持力是由于地面发生微小形变引起的，A错误；人能够原地纵跳是由于地面对人的支持力大于人的重力，产生向上的加速度，B错误；图中C点，地面对人的支持力减小到等于人的重力，人的速度达到最大，C正确；曲线上的A点表示人下蹲受到地面支持力最小，表示人向下的加速度最大，但仍处于加速下蹲阶段，没有下蹲到最低点，D错误.考点2用隔离法和整体法解决连接体问题[能力考点]1.连接体的类型及特点轻绳轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度一定相等轻杆轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度；轻杆转动时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比轻弹簧在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度不一定相等；在弹簧形变量最大时，两端连接体的速率相等2.连接体问题的处理方法方法原则整体法若连接体内各物体具有相同的加速度，且不用求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体，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隔离法若连接体内各物体的加速度不相同，或者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交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求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.粗糙水平面上有三个通过不计质量的卡扣依次连接在一起的货箱A、B、C，质量分别为m、2m、3m，每个货箱与水平面间的动摩擦因数均为μ，取重力加速度为g.现在两人合作搬运货箱，一人用水平力F向右拉C，另一人同时也用力F向右推A，使货箱向右运动，则B、C间的卡扣对C的作用力大小为(

)A.0

B.F－3μmgC.F

D..F+3μmg【答案】A

【解析】对整体由牛顿第二定律得2F－μ·6mg＝6ma，对C由牛顿第二定律得F+FN－3μmg＝3ma，解得FN＝0，故A正确.2.(2022年湖北重点中学模拟)如图所示，在竖直平面内，一辆小车正在水平面上以加速度a向右匀加速运动，大物块压在车厢竖直后壁上并与车厢相对静止，小物块放在大物块上与大物块相对静止，大物块刚好不下滑，小物块与大物块也刚好不发生相对滑动.重力加速度为g，a＜g.最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则大物块与车厢后壁间的动摩擦因数μ1和小物块与大物块间的动摩擦因数μ2间的大小关系正确的是(

)A.μ1＜μ2 B.μ1＝μ2C.μ1＞μ2 D..μ1·μ2＜1【答案】C

考点3动力学中的临界极值问题[能力考点]在应用牛顿运动定律解决动力学的问题中，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，往往会有临界现象，此时要采用假设法或极限分析法，看物体以不同的加速度运动时，会有哪些现象发生，优先找出临界点，求出临界条件.1.接触与脱离的临界条件弹力N＝0.2.相对滑动的临界条件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所受合力最大时，具有最大加速度；所受合力最小时，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，所对应的加速度为零或最大.例2

(2022年湖南模拟预测)如图所示，水平轻弹簧左端固定，右端与滑块P相连，P置于水平地面上；滑块Q与P完全相同，紧靠在P的右侧，P、Q均处于静止状态，此时滑块Q所受地面摩擦力刚好等于最大静摩擦力.设P、Q与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，P、Q均视为质点.现对Q施加水平拉力F，使Q向右做匀加速直线运动，以下判断正确的是(

)A.施加F的瞬间，P的加速度可能比Q的大B.施加F的瞬间，P的加速度不可能与Q的加速度一样大C.F可能为恒力，也可能为变力D.F一定为变力，P、Q分离前P与Q一起做匀加速运动【答案】C

【解析】设P、Q与地面动摩擦因数为μ，如果Q刚好与P之间无相互挤压且加速度相同，由牛顿第二定律，对Q有F－μmg＝ma，对P有2μmg－μmg＝ma，则有F＝2μmg，可知当F＝2μmg时，施加力F瞬间

Q、P加速度相同，处于分离的临界状态；当F＞2μmg时，

Q的加速度大于P的加速度，两者立即分离；当F＜2μmg时，P、Q之间有相互弹力，两者加速度相同；综上所述，P的加速度有可能与Q的加速度一样大，但不可能比Q的大，故A、B错误.据前面分析可知当F≥2μmg时，两者瞬间分离，则F为恒力；当F＜2μmg时，分离前加速度相同，对P、Q整体受力分析，则开始瞬间有F＝2ma，则有a＜μg，过程中有F+kx－2μmg＝2ma，由于弹簧弹力变小，摩擦力及加速度大小恒定，则F应变大，在两者分离前F为变力，综上所述，F可能为恒力，也可能为变力，D错误，C正确.1.(2022年河北模拟)(多选)汽车运送圆柱形工件的示意图如图所示，图中P、Q、N是固定在车体上的压力传感器.假设圆柱形工件表面光滑，汽车静止时，Q传感器示数为零，P、N传感器示数不为零.汽车以加速度a向左匀加速启动，重力加速度g取10m/s2，tan15°＝0.27，下列情况说法正确的是(

)A.当a＝2m/s2时，P有示数，Q无示数B.当a＝2m/s2时，P有示数，Q有示数C.当a＝3m/s2时，P有示数，Q有示数D.当a＝3m/s2时，P无示数，Q有示数【答案】AD

动力学中的典型模型模型一

板块模型1.处理“滑块—木板”问题思维模板2.模型分类类型图示规律分析

木板B带动物块A，物块恰好不从木板上掉下的临界条件是物块恰好滑到木板左端时二者速度相等，则位移关系为xB＝xA+L

物块A带动木板B，物块恰好不从木板上掉下的临界条件是物块恰好滑到木板右端时二者速度相等，则位移关系为xB+L＝xA例3一长木板在水平地面上运动，在t＝0时刻将一相对于地面静止的物块轻放到木板上，此后木板运动的速度—时间图像如图所示.已知物块与木板的质量相等，物块与木板间及木板与地面间均有摩擦.物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且物块始终在木板上.g取10m/s2，求：(1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数；(2)从t＝0时刻到物块与木板均停止运动时，物块相对于木板的位移的大小.

1.如图所示，有两个高低不同的水平面，高水平面光滑，低水平面粗糙.一质量为5kg、长度为2m的长木板靠在高水平面边缘A点，其表面恰好与高水平面平齐，长木板与低水平面间的动摩擦因数为0.05.一可视为质点的滑块质量为1kg，在距A点3m处，静止放置.现用大小为6N、水平向右的外力拉滑块，当滑块运动到A点时撤去外力，滑块以此时的速度滑上长木板.滑块与长木板间的动摩擦因数为0.5，g取10m/s2.求：(1)滑块滑到A点时的速度大小；(2)滑块滑到长木板上时滑块和长木板的加速度；(3)通过计算说明滑块能否从长木板的右端滑出.解：(1)设滑块在高水平面上的加速度为a，根据牛顿第二定律，有F＝ma，根据运动学公式，有v2＝2aL0，代入数据，解得v＝6

m/s.(2)设滑块滑动到长木板后，滑块的加速度为a1，长木板的加速度为a2，根据牛顿第二定律，对滑块有μ1mg＝ma1，代入数据，解得a1＝5

m/s2.对长木板，有μ1mg－μ2(m+M)g＝Ma2，代入数据，解得a2＝0.4

m/s2.

2.如图所示，两个完全相同的长木板放置于水平地面上，木板间紧密接触，每个木板质量M＝0.6kg，长度l＝0.5m.现有一质量m＝0.4kg的小木块，以初速度v0＝2m/s从木板的左端滑上木板，已知木块与木板间的动摩擦因数μ1＝0.3，木板与地面间的动摩擦因数μ2＝0.1，g取10m/s2.求：(1)小木块滑上第二块木板瞬间的速度；(2)小木块在整个运动过程中滑行的总位移(结果保留3位有效数字).

模型二

传送带模型1.传送带问题的解题思路2.水平传送带动力学问题图解项目情境1情境2情境3图示

滑块可能的运动情况(1)可能滑块一直被加速(2)可能滑块先加速、后匀速(1)v0＞v可能一直减速，也可能先减速再匀速(2)v0＜v可能一直加速，也可能先加速再匀速(1)传送带较短时，滑块一直减速到达左端(2)传送带较长时，滑块还要被传送带传回右端3.倾斜传送带动力学问题图解项目情境1情境2情境3情境4图示

滑块可能的运动情况(1)可能一直被加速(2)可能先加速、后匀速(1)可能一直被加速(2)可能先加速、后匀速(3)可能先以a1加速、后以a2加速(1)可能一直被加速(2)可能先加速、后匀速(3)可能先以a1加速、后以a2加速(1)可能一直被加速(2)可能一直匀速(3)可能先减速、后反向加速例4如图，相距L＝11.5m的两平台位于同一水平面内，二者之间用传送带相接.传送带向右匀速运动，其速度大小v可以由驱动系统根据需要设定.质量m＝10kg的载物箱(可视为质点)，以初速度v0＝5.0m/s自左侧平台滑上传送带.载物箱与传送带间的动摩擦因数μ＝0.10，重力加速度g取10m/s2.(1)若v＝4.0m/s，求载物箱通过传送带所需的时间；(2)求载物箱到达右侧平台时所能达到的最大速度和最小速度.

3.(多选)如图所示，水平传送带A、B两端相距s＝3.5m，工件与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1.工件滑上A端瞬时速度vA＝4m/s，到达B端的瞬时速度设为vB，则(g取