高三物理一轮复习第三章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的综合应用课件.ppt

1、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

2、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

3、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

4、: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

5、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

6、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/s2 B.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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、 (3)若m1gsinm2g,则a的大小为 A沿斜面向上滑动,而B下降。A的加速度沿斜面向上,而B的加速度竖直向下。 答案:见解析,【迁移训练】,迁移1:两物体改为倾斜叠放 如图所示,质量为m的物体A放在上表面水平的小车B上,小车沿光滑的斜面下滑,斜面倾角为,已知滑动过程中A、B相对静止,求A所受的支持力和摩擦力。,【解析】根据A、B接触面水平和所求作用力是水平和竖直的,可把加速度分解到水平和竖直两个方向,整体下滑加速度a=gsin,水平和竖直方向上,加速度分别为 ax=acos=gsincos ay=asin=gsin2 对A,水平方向:Fx=max,即Ff=mgsincos,水平向左。 竖

12、直方向:Fy=may, B对A的支持力为 FN=mg-may=mgcos2,竖直向上 答案:mgcos2,方向竖直向上mgsincos,方向水平向左,迁移2:两物体改为多物体 如图所示,三个物体A、B、C,质量分别为mA、mB、mC,不计细线和滑轮的质量和一切摩擦,欲使三个物体保持相对静止,需加一外力F。那么F应该作用在哪个物体上,大小和方向如何?,【解析】三个物体保持相对静止,则可能它们都静止,还可能它们一起运动。 (1)三者都静止,F竖直向上作用在物体B上,满足F=mBg,使系统静止。,(2)三者都运动,F水平向右作用在A上,使系统一起向 右加速,设细线对C的水平拉力为FT,B竖直方向平衡

13、, 有:FT=mBg。 对C有:a= ,对整体有:F=(mA+mB+mC)a,可解得: F= (mA+mB+mC)g。 答案:见解析,迁移3:绳子改为弹簧 如图所示,在粗糙的水平面上,质量分别为m和M的物块A、B用轻弹簧相连,且mM=13,两物块与水平面间的动摩擦因数相同。若用水平力F向右拉B且两物块共同向右加速运动时,弹簧的伸长量为x1;若用大小相同的水平力向左拉A且两物块共同向左加速运动时,弹簧的伸长量为x2,则x1x2等于多大?,【解析】由于mM=13,即M=3m 用水平力F向右拉B时, 对整体,根据牛顿第二定律,有: F-(m+M)g=(m+M)a 隔离物体A,根据牛顿第二定律,有:

14、kx1-mg=ma 联立解得:kx1=,当用大小相同的水平力向左拉A且两物块共同向左加速运动时, 对整体,根据牛顿第二定律,有: F-(m+M)g=(m+M)a 隔离物体B,根据牛顿第二定律,有: kx2-Mg=Ma,联立解得:kx2= F 故: 答案:13,【加固训练】(多选)(2017无锡模拟)如图所示,在粗糙的水平面上,质量分别为m和M的物块A、B用轻弹簧相连,两物块与水平面间的动摩擦因数均为,当用水平力F作用于B上且两物块共同向右以加速度a1匀加速运动时,弹簧的伸长量为x1;当用同样大小的恒力F沿着倾角为的光滑斜面方向作用于B上且两物块共同以加速度a2匀加速沿斜面向上运动时,弹簧的伸长

15、量为x2,则下列说法中正确的是(),A.若mM,有x1=x2B.若msin,有a1=a2D.若sin,有a1=a2,【解析】选A、B。在水平面上滑动时,对整体,根据牛顿第二定律,有:F-(m+M)g=(m+M)a1 隔离物体A,根据牛顿第二定律,有:FT-mg=ma1 联立解得:FT= ,在斜面上滑动时,对整体,根据牛顿第二定律,有:F-(m+M)gsin=(m+M)a2 隔离物体A,根据牛顿第二定律,有:FT-mgsin=ma2 联立解得:FT= ,由可得:a1= a2= -gsin,若sin,则a1a2比较可知,弹簧的弹力相等,与动摩擦因数和斜面的坡度无关,故A、B正确,C、D错误。,考点

16、3动力学中的临界和极值问题 【核心要素精讲】 1.动力学中的典型临界问题: (1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是:弹力FN=0。 (2)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。,(3)绳子断裂与松弛的临界条件: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:当物体在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,加速度最大;合外力最小时,加速度最小。当出现速度有最大值或最小值的临界条件时,加速度为

17、零。,2.解题思路: 解决此类问题重在形成清晰的物理图景,分析物理过程,找出临界条件或达到极值的条件,要注意可能出现的多种情况,分情况讨论。,【高考命题探究】 【典例3】如图,水平地面上的矩形箱子内有一倾角为的固定斜面,斜面上放一质量为m的光滑球。静止时,箱子顶部与球接触但无压力。箱子由静止开始向右做匀加速运动,然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止,经过的总路程为s,运动过程中的最大速度为v。世纪金榜导学号42722065,(1)求箱子加速阶段的加速度大小a。 (2)若agtan,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=2a

18、s2, 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

19、于原长 B.B和A刚分离时,它们的加速度为g C.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

20、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

21、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

22、)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

23、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/s B.若传送带逆时针匀速转动,vB一定等于3m/s C.若传送带顺时针匀速转动,vB一定等于3m/s D.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

24、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

25、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

26、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