高考物理牛顿运动定律的综合应用复习资料.ppt

1、一、超重与失重 1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叫做视重，其大小等于测力计 所受物体的 或台秤所受物体的 2超重、失重与完全失重,拉力,压力,二、整体法与隔离法 1整体法：当系统中各物体的 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 当整体受到的外力F已知时，可用 求出整体的加速度，这种处理问题的思维方法叫 做整体法,加速度,质量之和,第二定律,牛顿,2隔离法：从研究的方便出发，当求系统内物体间 时，常把某个物体从系统中“隔离”出来 进行受力分析，依据牛顿第二定律列方程，这种处理连 接体问题的思维方法叫做隔离法,相互

2、,作用的内力,3外力和内力 如果以物体系统为研究对象，受到系统之外的物体的作 用力，这些力是该系统受到的 ，而系统内各物体间 的相互作用力为 应用牛顿第二定律列方程时不考 虑内力如果把某物体隔离出来作为研究对象，则 将转换为隔离体的 ,外力,内力,内力,外力,1当物体处于超重和失重状态时，物体受到的重力并没 有变化所谓“超”和“失”，是指视重，“超”和 “失”的大小取决于物体的质量和物体在竖直方向的 加速度 2物体是处于超重状态还是失重状态，不在于物体向上 运动还是向下运动，而是取决于加速度方向是向上还 是向下,3完全失重状态不仅仅只限于自由落体运动，只要物体具 有竖直向下的等于g的加速度就处

3、于完全失重状态例 如：不计空气阻力的各种抛体运动，环绕地球做匀速圆 周运动的卫星等，都处于完全失重状态 在完全失重的状态下，由于重力产生的一切现象都不存 在了例如，物体对水平支持面没有压力，对竖直悬线 没有拉力，不能用天平测物体的质量，液柱不产生压 强，在液体中的物体不受浮力等等,1由物体处于失重或超重状态，可判断加速度的方向为 向下或向上，但并不能确定运动物体的速度方向 2当物体出现超重或失重时，物体的加速度不一定沿竖 直方向，但加速度一定有竖直方向的分量,1(2010山师附中模拟)下列关于超重、失重现象的描述 中，正确的是 () A荡秋千时当秋千摆到最低位置时，人处于失重 状态 B列车在水

4、平直轨道上加速行驶，车上的人处于超 重状态 C在国际空间站内的宇航员处于完全失重状态，因 为这时候宇航员不受重力了 D电梯正在减速下降，人在电梯中处于超重状态,解析：当秋千摆到最低点时，人有向上的向心加速度，处于 超重状态，A错；列车在水平直轨道上加速行驶，在竖直方 向没有加速度，因此车上的人不超重也不失重，B错；在国 际空间站内的宇航员处于完全失重状态，但仍有重力作用， C错；电梯向下减速时，加速度的方向竖直向上，因此，人 在电梯中处于超重状态，D正确,答案：D,1选取隔离法与整体法的原则 (1)隔离法的选取原则：若连接体内各物体的加速度不相 同，且需要求物体之间的作用力，就需要把物体从系

5、统中隔离出来，将内力转化为外力，分析物体的受力 情况和运动情况，并分别应用牛顿第二定律列方程求 解隔离法是受力分析的基础，应重点掌握,(2)整体法的选取原则：若连接体内各物体具有相同的加速度 (主要指大小)，且不需要求物体之间的作用力，就可以把 它们看成一个整体(当成一个质点)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) (3)整体法、隔离法交替运用的原则：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，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”,2涉及隔离法与整体法的具体问题

6、(1)涉及滑轮的问题若要求绳的拉力，一般都必须采用隔 离法这类问题中一般都忽略绳、滑轮的重力和摩擦力， 且滑轮大小不计若绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加 速度方向不同，但大小相同，也可以先整体求a的大小， 再隔离求FT. (2)固定在斜面上的连接体问题这类问题一般多是连接体 (系统)各物体保持相对静止，即具有相同的加速度解题 时，一般采用先整体、后隔离的方法建立坐标系时也要 考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或 者正交分解加速度,(3)斜面体(或称为劈形物体、楔形物体)与在斜面体上物体组 成的连接体(系统)的问题这类问题一般为物体与斜面体 的加速度不同，其中最多的是物体具有加速度

7、，而斜面体 静止的情况解题时，可采用隔离法，但是相当麻烦，因 涉及的力过多如果问题不涉及物体与斜面体的相互作 用，则采用整体法用牛顿第二定律求解,2(2010合肥月考)如图331所示，在光滑水平面 上有两个质量分别为m1和m2的物体A、B，m1 m2，A、B间水平连接着一轻质弹簧测力计若用 大小为F的水平力向右拉B，稳定后B的加速度大小 为a1，弹簧测力计示数为F1；如果改用大小为F的水 平力向左拉A，稳定后A的加速度大小为a2，弹簧测 力计示数为F2.则以下关系式正确的是(),图331,Aa1a2，F1F2Ba1a2，F1F2 Ca1a2，F1F2 Da1a2，F1F2,解析：以整体为研究对

8、象，由牛顿第二定律得： F(m1m2)a1(m1m2)a2 所以：a1a2 向右拉B时，对A分析：F1m1a1 向左拉A时，对B分析：F2m2a2 因m1m2所以F1F2.A项正确,答案：A,一质量为m40 kg的小孩站在电梯内的体重计上电梯从t0时刻由静止开始上升，在0到6 s内体重计示数F的变化如图332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g10 m/s2),图332,思路点拨解答本题时应注意以下几点： (1)体重计的示数大小为小孩受到的支持力的大小； (2)根据体重计示数与重力mg的大小关系确定小孩处于 超重状态还是失重状态，从而确定加速度的方向； (3)由牛顿第二

9、定律求出各段时间内的加速度； (4)电梯上升的高度为三段时间内的位移和,课堂笔记由题图可知，在t0到t12 s的时间内，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F1，电梯及小孩的加速度为a1，由牛顿第二定律，得F1mgma1 在这段时间内电梯上升的高度h1 在t1到t25 s的时间内，体重计的示数等于mg，故电梯应做匀速上升运动，速度为t1时刻电梯的速度，即 v1a1t1 在这段时间内电梯上升的高度 h2v1(t2t1) ,在t2到t36 s的时间内，体重计的示数小于mg，故电梯应做向上的减速运动设在这段时间内体重计作用于小孩的力为F2，电梯及小孩的加

10、速度为a2，由牛顿第二定律得 mgF2ma2 在这段时间内电梯上升的高度 h3v1(t3t2) a2(t3t2)2 电梯上升的总高度 hh1h2h3 由以上各式，利用牛顿第三定律和题文及题图中的数据，解得h9 m.,答案9 m,(1)认真分析图象，从中获取相关信息 (2)抓好超重、失重的基本规律,(2010杭州模拟)如图333所示，固定在水平面上的斜面倾角37，木块A的MN面上钉着一颗小钉子，质量m1.5 kg的小球B通过一细线与小钉子相连接，细线与斜面垂直，木块与斜面间的动摩擦因数0.50.现将木块由静止释放，木块将沿斜面 下滑求在木块下滑的过程中 小球对木块MN面的压力 (取g10 m/s

11、2，sin370.6，cos370.8),思路点拨先以A、B为一整体，由牛顿第二定律求出一起下滑的加速度，再以B为研究对象隔离分析，应用牛顿第二定律列式求解,课堂笔记由于木块与斜面间有摩擦力的作用，所以小球B与木块间有压力的作用，并且它们以共同的加速度a沿斜面向下运动将小球和木块看做一个整体，设木块的质量为M，根据牛顿第二定律可得 (Mm)gsin(Mm)gcos(Mm)a 代入数据得a2.0 m/s2 选小球为研究对象，设MN面对小球的作用力为FN，根据牛顿第二定律有mgsinFNma 代入数据得FN6.0 N 根据牛顿第三定律，小球对MN面的压力大小为6.0 N，方向沿斜面向下,答案6.0

12、 N方向沿斜面向下,(1)本题中木块A的质量未知，但并不影响求解加速度 (2)求小球对木块A的MN面的压力时，要用到牛顿第三定 律，这是解题过程中最容易忽视的问题.,(18分)如图334所示，质量m1 kg的物块放在倾角为的斜面上，斜面体质量M2 kg，斜面与物块间的动摩擦因数0.2，地面光滑，37.现对斜面体施加一水平推力F，要使物块相对斜面静止，力F应为多大？(设物块与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2),思路点拨用极限法把F推向两个极端来分析：当F较小(趋近于0)时，由于tan，因此，物块将沿斜面加速下滑；若F较大(足够大)时，物块将相对斜面向上滑因此F不能太小，也不能

13、太大，F的取值有一个范围,解题样板(1)设物块处于相对斜面下滑的临界状态(物块恰好不下滑)时推力为F1.此时物块受力如图335(甲)所示取加速度a1方向为x轴正方向，对m有： x方向：FN1sinFN1cosma1(2分) y方向：FN1cosFN1sinmg0(2分) 解两式得：a14.78 m/s2(2分) 对整体有：F1(Mm)a1，F114.34 N(2分),(2)设物块处于相对斜面向上滑的临界状态(物块恰好不上滑)时推力为F2，此时物块受力如图335(乙)所示 取加速度a2方向为x轴正方向，对m有： x方向：FN2sinFN2cosma2 (2分) y方向：FN2cosFN2sinm

14、g0 (2分) 解两式得：a211.18 m/s2(2分) 对整体有：F2(Mm)a2，F233.54 N. (2分) 所以F的范围为14.34 NF33.54 N. (2分),答案14.34 NF33.54 N,题中出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时， 往往会出现临界现象，此时要采用极限分析法，看物体有 不同的加速度时，会有哪些现象发生，从而找出临界点， 求出临界条件,1(2010临沂联考)2008年北京奥运会 女子蹦床决赛中，中国小将何雯娜 表现突出，为中国蹦床队夺得首枚 奥运会金牌在蹦床比赛中，运动 员利用弹性较大的水平钢丝网，上 下弹跳关于运动员上下运动过程中 的下列分析正确的是

15、 (),图336,A运动员在空中上升和下落过程都处于失重状态 B运动员在空中上升过程处于超重状态，下落过程处于失 重状态 C运动员与蹦床刚接触的瞬间，是其下落过程中速度最大 的时刻 D从与蹦床接触到向下运动至最低点的过程中，运动员做 先加速后减速的变速运动,解析：运动员在空中上升和下落过程，加速度均竖直向下，为失重状态，A正确，B错误；运动员与蹦床接触的瞬间，加速度向下，正在向下加速，随运动员向下运动蹦床的形变增大，弹力增大，加速度变小到零后又向上增大，故C错误，D正确,答案：AD,2美国“零重力公司”曾经资助来自全美各地的大约250 名物理教师体验了一把“零重力”旅游在失重的那些 时间里，老

16、师们将身体撞向墙壁、天花板和地板，或是 相互撞成一团，还有人试图吃点糖果，或是抓住三维的 水滴有的老师甚至进行了快速地称物体质量的实验 几乎所有人还试图扮成“超人”飞行的样子，两手往前 平伸，有3名教师甚至穿上了“超人”服“零重力”,旅游是一种新兴的旅游项目，一架经过特殊改装的波音727 飞机载着乘客在高空反复交替做爬升和俯冲的动作，以制造 瞬间的“零重力”状态，乘客可以在地球上体验身处太空的 美妙感觉关于飞机上“零重力”的产生，下列说法正确或 设想原理上可行的是 (),A飞机在匀速爬升时处于完全失重状态产生“零重力” B飞机在经过爬升到达弧形轨道最高点前后的一段时间内 的运动，可视为是在竖直

17、平面内的圆周运动，所以这 段时间是“零重力”的产生阶段 C设想飞机通过最高点瞬间关闭发动机、收起机翼，忽略 空气阻力，让飞机做平抛运动而产生“零重力” D设想飞机竖直爬升时关闭发动机、收起机翼，忽略空气 阻力，让飞机做竖直上抛运动而产生“零重力”,解析：“零重力”状态指的就是完全失重状态，在此状 态下，物体的加速度为g，方向竖直向下，A选项飞机匀 速飞行，处于平衡状态，A选项错误，B、C、D选项中飞 机的加速度都可以为g.,答案：BCD,3如图337所示，A为电磁铁，挂在支架C上，放到台秤 的托盘中，在它的正下方有一铁块B，铁块B静止时，台秤 示数为G，当电磁铁通电后，在铁块被吸引上升的过程中

18、， 台秤的示数将 () A变大 B变小 C大于G，但呈恒量 D先变大，后变小,解析：铁块被吸起上升的过程中，由于电磁铁A对B的吸引力越来越大，B做加速度变大的加速上升运动，对整个系统而言，处于超重现象越来越明显的状态(可以认为系统重心也在做加速度变大的加速上升运动)，所以台秤的示数应大于G，且不断变大A选项正确,答案：A,4(2010临沂模拟)如图338所示， 弹簧测力计外壳质量为m0，弹簧 及挂钩的质量忽略不计，挂钩吊 着一质 量为m的重物，现用一方 向竖直向上的外力F拉着弹簧测 力计，使其向上做匀加速直线运 动，则弹簧测力计的读数为(),解析：弹簧测力计的读数等于挂钩对物体m的拉力F， 对

19、m、m0组成的整体：F(mm0)g(mm0)a，对m： Fmgma，可解得：F= F，故D正确,答案：D,5如图339所示，在水平地面上有A、B两个物体，质 量分别为mA3.0 kg和mB2.0 kg，它们与地面间的动 摩擦因数均为0.10.在A、B之间有一原长l15 cm、 劲度系数k500 N/m的轻质弹簧将它们连接现分别用 两个方向相反的水平恒力F1、F2同时作用在A、B两物体 上，已知F120 N，F210 N，取g10 m/s2. 当物体运 动达到稳定时，求： (1)A和B共同运动的加速度； (2)A、B之间的距离(A和B均可视为质点),解析：(1)A、B组成的系统在运动过程中所受摩

20、擦力为 Ff(mAmB)g5.0 N 设运动达到稳定时系统的加速度为a，根据牛顿第二定律有F1F2Ff(mAmB)a 解得a1.0 m/s2,(2)以A为研究对象，运动过程中所受摩擦力 FfAmAg3.0 N 设运动达到稳定时所受弹簧的弹力为FT，根据牛顿第二定律有F1FfAFTmAa 解得FT14 N 所以弹簧的伸长量xFT/k2.8 cm 因此运动达到稳定时A、B之间的距离为 xlx17.8 cm.,答案：(1)1.0 m/s2(2)17.8 cm,一、牛顿第二定律 1内容：物体加速度的大小跟作用力成 ，跟物体的 质量成 ，加速度的方向跟 的方向相同,2表达式：Fma. 3物理意义：反映物

21、体运动的加速度大小、方向与所受 的关系,正比,反比,作用力,合外力,4适用范围 (1)牛顿第二定律仅适用于 参考系(相对地面静止或做匀 速直线运动的参考系) (2)牛顿第二定律仅适用于宏观物体 运动的情况,5两类应用 牛顿第二定律将物体的 情况和受力情况联系起来 (1)已知物体的 情况，求物体的运动情况 (2)已知物体的 情况，求物体的受力情况,惯性,运动,受力,运动,低速,应用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速 度的“桥梁” 作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结 合，寻找加速度和未知量的关系,二、力学单位制 1单位制：由 单位和 单位一起组成了单位制,基本,导出,2基本单位：基本物理

22、量的单位基本物理量共七个，其 中力学有三个，它们是 、 、 ，它们的单位 分别是 、 、 .,质量,时间,长度,s,m,3导出单位：由基本物理量根据 推导出来的其 他物理量的单位,物理量关系,Kg,4国际单位制中的基本物理量和基本单位(高中阶段所学),1瞬时性 牛顿第二定律表明了物体的加速度与物体所受合外力的瞬 时对应关系a为某一瞬时的加速度，F即为该时刻物体所 受的合外力 2矢量性 任一瞬间a的方向均与F合的方向相同当F合方向变化 时，a的方向同时变化，且任意时刻两者均保持一致,3同一性 (1)加速度a相对于同一惯性系(一般指地面) (2)Fma中，F、m、a对应同一物体或同一系统 (3)F

23、ma中，各量统一使用国际单位制单位 4独立性 (1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛 顿第二定律 (2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和 (3)分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律， 即：Fxmax，Fymay.,1力和加速度的瞬时对应性是高考的重点物体的受力情 况物体的运动状态应对应，当外界因素发生变化(如撤力、 变力、断绳等)时，需重新进行运动分析和受力分析，切忌 想当然！ 2细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变,1如图321所示，物体A、B质量均为m，中间 有一轻质弹簧相连，A用绳悬于O点，当突然剪断 OA绳时，关于A物体的加速度，下列说法正

24、确的 是 () A0Bg C2g D无法确定,解析：剪断绳前，绳中拉力为2mg，弹簧中的弹力为mg 向下，剪断绳后，绳中拉力突然消失，而其他力不变， 故物体A所受合力的大小为向下的2mg，加速度为向下的 2g，故C正确,答案：C,1基本方法 (1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是 比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由几个物理 过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一 个物理过程 (2)根据题意，确定研究对象，进行分析，并画出示意图 图中应注明力、速度、加速度的符号和方向对每一 个力都应明确施力物体和受力物体，以免分析力时有 所遗漏或无中生有,(3)应用牛顿运动定律和

25、运动学公式求解，通常先用表示物 理量的符号运算，解出所求物理量的表达式来，然后将 已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果应事 先将已知物理量的单位都统一采用国际单位制中的单位 (4)分析流程图,2应用牛顿第二定律的解题步骤 (1)明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被 研究的物体 (2)分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明 确物体的运动性质和运动过程 (3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方 向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 (4)求合外力F合 (5)根据牛顿第二定律F合ma列方程求解，必要时还要对结 果进行讨论,1加速度起到了力和运动间的“桥梁”作用

26、，即无论哪类 动力学问题，分析时都要“经过”加速度 2物体的运动情况由受力情况及物体运动的初始情况共同 决定,2一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾 角30，滑雪板与雪地的动摩擦因数是0.04 ， 求滑雪人5 s内滑下来的路程和5 s末的速度大小 (g取10 m/s2),解析：以滑雪人为研究对象，受力情况如图所示 研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向，处于平衡；沿山坡方向，做匀加速直线运动 将重力mg沿垂直于山坡方向和沿山坡方向进行分解， 据牛顿第二定律列方程 FNmgcos0 mgsinFfma 因为FfFN ,故由可得：ag(sincos) 故 x at2 g(sincos)t2 10

27、 ( 0.04 )52 m58 m vat10 ( 0.04 )5 m/s23.3 m/s.,答案：58 m23.3 m/s,(2010广东外国语学校模拟)在动摩擦因数0.2的水平面上有一个质量为m1 kg的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成45角的不可伸长的轻绳一端相连，如图322所示此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零，当剪断轻绳的瞬间，取g10 m/s2.求： (1)此时轻弹簧的弹力大小； (2)小球的加速度大小和方向； (3)在剪断弹簧的瞬间小球的 加速度的大小,思路点拨解答本题时应注意以下两点： (1)当其他力变化时，弹簧的弹力不能在瞬间发生变化； (2)当其他力

28、变化时，细绳上的拉力可以在瞬间发生变化,课堂笔记(1)水平面对小球的弹力为零，小球在绳没有断时受到绳的拉力FT、重力mg和弹簧的弹力FN作用而处于平衡状态，依据平衡条件得 竖直方向有：FTcosmg， 水平方向有：FTsinFN， 解得弹簧的弹力为：FNmgtan10 N,(2)剪断绳后小球在竖直方向仍平衡，水平面支持力与重力平衡FNmg， 由牛顿第二定律得小球的加速度为： a 8 m/s2，方向向左 (3)在剪断弹簧的瞬间，小球立即受地面支持力和重力，且二力平衡，加速度为0.,答案(1)10 N(2)8 m/s2方向向左(3)0,利用牛顿第二定律求瞬时加速度时，关键是分析此时物体的受力情况，

29、同时注意细绳和弹簧的区别.,如图323所示，一质量为m的物块放在水平地面上，现在对物块施加一个大小为F的水平恒力，使物块从静止开始向右移动距离x后立即撤去F，物块与水平地面间的动摩擦因数为.求： (1)撤去F时，物块的速度大小； (2)撤去F后，物块还能滑行多远？,思路点拨分析物块在撤去F前后的受力情况，由牛顿第二定律求出物块的加速度，然后根据运动学公式进行求解,课堂笔记(1)设撤去F时物块的速度大小为v，根据牛顿第二定律，物块的加速度a 又由运动学公式v22ax 解得v (2)撤去F后物块只受摩擦力，做匀减速运动至停止，根据牛顿第二定律，物块的加速度 a g 由运动学公式v2v22ax，且v

30、0 解得x( 1)x,答案(1),在解决两类动力学的基本问题时，不论哪一类问题， 都要进行受力分析和运动情况分析，如果物体的运动加速 度或受力情况发生变化，则要分段处理，此时加速度或受 力改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量,(14分)飞船返回舱返回时，打开降落伞后进行竖直减速下降，这一过程若返回舱所受空气阻力与速度的平方成正比，比例系数为k.从某时刻起开始计时，返回舱的vt图象如图324所示，图中AE是曲线在A点的切线，切线交横轴于一点E，其坐标为(8,0)，CD是AB的渐近线，返回舱质量M400 kg，g取10 m/s2.试问： (1)返回舱在这一阶段做什么运动？ (2)设在初始时刻vA1

31、20 m/s， 此时它的加速度多大？ (3)写出空气阻力系数k的表达式并计算其值,思路点拨解答本题时应注意以下三点： (1)AE切线斜率的含义； (2)渐近线CD的含义； (3)返回舱受力情况分析,解题样板(1)由题中图象可以看出曲线切线的斜率逐渐减小，说明这一阶段返回舱做加速度逐渐减小的减速运动，最终做匀速运动(4分) (2)在初始时刻，vA120 m/s，过A点的切线的斜率即为此时的加速度大小，a 15 m/s2(2分) (3)返回舱最终做匀速运动，选向下为正方向根据平衡条件得Mg 0(3分) 在A点时有Mg Ma (3分) 由两式得k 代入数据解得k0.42 kg/m. (2分),答案(1)见解题样板(2)15 m/s2 (3)k 0.42 kg/m,牛顿第二定律与vt图象相结合的问题，一般先由 vt图象分析物体的加速度及其变化规律，再由牛顿第二定律列方程求解问题，或者先由牛顿第二定律分析加速度及其变化规律，再作出vt图象,1下列对牛顿第二定律的表达式Fma及其变形公式的理 解，正确的是 () A由Fma可知，物体所受的合力与物体的质量成正 比，与物体的加速度成正比 B由m 可知，物体的质量与其所受合力成正比， 与其运动的加速度成反比 C由a 可知，物体的加速度与其所受合力成正 比，与 其质量成反比 D由m 可知，物体