高考物理大一轮复习 3.3牛顿运动定律的综合应用课件 新人教版.ppt

考点一对超重 失重的理解 考点二动力学中的图像问题 考点三动力学中的多过程问题 考点 第三章牛顿运动定律 高三物理一轮复习 第3节牛顿运动定律的综合应用 1 对超重的理解 2015 北京东城区期末 人站在电梯中随电梯一起运动 下列过程中人处于超重状态的是 A 电梯加速上升B 电梯加速下降C 电梯匀速上升D 电梯匀速下降 人在竖直方向受到重力和电梯提供的弹力作用 由牛顿第二定律有F G ma 若人处于超重状态 此时人对电梯的压力大于人本身的重力 则应有力F大于G 加速度方向向上 选项A正确 B C D错误 解析 答案 基础自测 A 2 对失重现象的理解 多选 在下列运动过程中 人处于失重状态的是 A 小朋友沿滑梯加速滑下B 乘客坐在沿平直路面减速行驶的汽车内C 宇航员随飞船绕地球做圆周运动D 跳水运动员离开跳板后向上运动 当小朋友沿滑梯加速下滑时 具有向下的加速度 人处于失重状态 A正确 乘客坐在沿平直路面减速行驶的汽车内 对乘客受力分析可得在竖直方向汽车对乘客的作用力平衡了乘客的重力 乘客不处于失重状态 B错误 宇航员随飞船绕地球做圆周运动 宇航员处于完全失重状态 运动员离开跳板后仅受重力作用处于完全失重状态 C D正确 基础自测 解析 答案 ACD 3 动力学中图象问题 原来静止的物体受到外力F的作用 如图所示为力F随时间变化的图线 则与F t图象对应的v t图象是 基础自测 解析 答案 图片显 隐 B 4 动力学中多过程问题 2015 湖南长沙长郡中学检测 多选 如图所示为跳水运动员最后踏板的过程 运动员从高处落到处于自然状态的跳板A位置上 同跳板一起向下运动到最低点B位置 运动员从A运动到B的过程中 下列说法正确的是 A 运动员到达A位置时处于失重状态B 运动员到达B位置时处于超重状态C 运动员的速度一直在增大D 运动员的加速度一直在增大 由受力分析及牛顿定律知 运动员从A运动到B的过程中 速度先增大后减小 加速度先减小后增大 C D错误 运动员在A位置时加速度方向向下 处于失重状态 A正确 运动员在B位置时加速度方向向上 处于超重状态 B正确 基础自测 解析 答案 图片显 隐 AB 超重和失重1 超重 1 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 物体所受重力的情况称为超重现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 2 失重 1 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 物体所受重力的情况称为失重现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 教材梳理 大于 向上 小于 向下 3 完全失重物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 的情况称为完全失重现象 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 视重大小等于秤所受的拉力或压力 教材梳理 为零 1 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 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 2 只要物体有向上或向下的加速度 物体就处于超重或失重状态 与物体向上运动还是向下运动无关 3 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 4 物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的 其大小等于ma 考点一对超重 失重的理解 考点阐释 5 当物体处于完全失重状态时 重力只产生使物体具有a g的加速度效果 不再产生其他效果 此时 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如单摆停摆 天平失效 浸在水中的物体不再受浮力 液柱不再产生向下的压强等 考点阐释 考点一对超重 失重的理解 题组一超重 失重现象分析与判断1 2014 高考北京卷 应用物理知识分析生活中的常见现象 可以使物理学习更加有趣和深入 例如平伸手掌托起物体 由静止开始竖直向上运动 直至将物体抛出 对此现象分析正确的是 A 手托物体向上运动的过程中 物体始终处于超重状态B 手托物体向上运动的过程中 物体始终处于失重状态C 在物体离开手的瞬间 物体的加速度大于重力加速度D 在物体离开手的瞬间 手的加速度大于重力加速度 物体超重时具有向上的加速度 失重时具有向下的加速度 物体向上运动过程中先向上加速 之后的运动状态不确定 A B错误 物体离开手的瞬间 只受重力 加速度等于重力加速度 C错误 物体离开手 可知物体和手的速度不相同 手的速度更慢 从手托物体一起运动到分开 手必须更快地减小速度 因此手的加速度大于物体的加速度 D正确 题组设计 解析 答案 D 考点一对超重 失重的理解 2 2015 河北冀州中学检测 在探究超重和失重规律时 某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作 传感器和计算机相连 经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象 则下列图象中可能正确的是 未蹲下时 该同学对传感器的压力等于其重力 下蹲的初始阶段 该同学从静止开始做加速运动 其加速度方向竖直向下 处于失重状态 对传感器的压力小于其重力 速度达到最大后 又做减速运动 其加速度方向竖直向上 处于超重状态 对传感器的压力大于其重力 D正确 题组设计 解析 答案 图片显 隐 D 考点一对超重 失重的理解 题组二超重 失重的计算3 2015 合肥高三质检 据某网站消息 安徽凤阳县7岁 大力士 杨金龙声名鹊起后 南京 天津等地诸多体育专业学校纷纷向他抛出橄榄枝 最终 在安徽省举重队推荐下小金龙选择了铜陵市业余体校举重队 教练盛红星称 在省队测试的时候 小金龙不仅举起45kg杠铃 还背起体重高达120kg的王军教练 简直能 秒杀同龄的施瓦辛格 g 10m s2 请计算 1 小金龙的举力是一定的 则有F1 mg 450N在以a 2m s2匀加速下降的电梯中 设其能举起杠铃的质量为m1 则有m1g F1 m1a解得m1 56 25kg 题组设计 解析 考点一对超重 失重的理解 1 在以a 2m s2匀加速下降的电梯中小金龙能举起杠铃的质量是多少 2 在以a 2m s2匀加速上升的电梯中小金龙能背起的质量又是多少 2 小金龙能背起的重量是一定的 则有F2 Mg 1200N在以a 2m s2匀加速上升的电梯中 设其能背起的质量为m2 则有F2 m2g m2a解得m2 100kg 题组设计 解析 答案 1 56 25kg 2 100kg 考点一对超重 失重的理解 判断物体处于超重状态还是失重状态的方法 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 向下的加速度为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 规律总结 考点一对超重 失重的理解 1 图象的类型 1 已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体在一运动过程中速度 加速度随时间变化的图线 要求分析物体的受力情况 2 问题的实质问题的实质是力与运动的关系问题 求解这类问题的关键是理解图象的物理意义 理解图象的轴 点 线 截 斜 面六大功能 考点二动力学中的图象问题 考点阐释 题组一根据题干信息选图1 2015 开封模拟 一个物体在多个力的作用下处于静止状态 如果仅使其中一个力的大小逐渐减小到零 然后又从零逐渐恢复到原来的大小 此力的方向始终未变 在这个过程中其余各力均不变 那么 下列各图中能正确描述该过程中物体速度变化情况的是 由题意可知 其中一个力的大小逐渐减小到零 然后又从零逐渐恢复到原来的大小的过程中 物体所受合外力先增大后减小 物体运动的加速度先增大后减小 对比各个选项可知答案选D 题组设计 解析 答案 图片显 隐 D 考点二动力学中的图象问题 2 如图所示 表面处处同样粗糙的楔形木块abc固定在水平地面上 ab面和bc面与地面的夹角分别为 和 且 一初速度为v0的小物块沿斜面ab向上运动 经时间t0后到达顶点b时 速度刚好为零 然后让小物块立即从静止开始沿斜面bc下滑 在小物块从a运动到c的过程中 可能正确描述其速度大小v与时间t的关系的图象是 通过受力分析可知 物块上滑过程做匀减速直线运动 下滑过程做匀加速直线运动 上滑过程a gsin gcos 下滑过程a gsin gcos 所以a a 在v t图象上表现为上滑阶段v t图线斜率的绝对值大 因 所以上滑阶段的位移小 题组设计 解析 答案 图片显 隐 C 考点二动力学中的图象问题 于下滑阶段的位移 在v t图象上表现为下滑阶段的v t图线与坐标轴所围面积较大 物块由于克服摩擦力做功而有机械能损失 到达c点时的速度v v0 综上分析 C正确 题组设计 解析 考点二动力学中的图象问题 题组二利用图象信息解题3 2015 沈阳质量检测 多选 如图甲所示 为测定物体冲上粗糙斜面能达到的最大位移x与斜面倾角 的关系 将某一物体每次以不变的初速率v0沿足够长的斜面向上推出 调节斜面与水平方向的夹角 实验测得x与斜面倾角 的关系如图乙所示 g取10m s2 根据图象可求出 当倾角达到90 时 物体将做竖直上抛运动 此时上升的高度为1 8m 由运动规律可求得初速率v0 6m s 选项A错误 当角度为0 时 物体相当于在水平面上运动 此时位移为2 4m 由运动学规律和牛顿运动定律可得 动摩擦因数 0 75 题组设计 解析 答案 图片显 隐 BC 考点二动力学中的图象问题 A 物体的初速率v0 3m sB 物体与斜面间的动摩擦因数 0 75C 取不同的倾角 物体在斜面上能达到的位移x的最小值xmin 1 44mD 当某次 30 时 物体达到最大位移后将沿斜面下滑 题组设计 解析 考点二动力学中的图象问题 4 2014 高考新课标全国 卷 2012年10月 奥地利极限运动员菲利克斯 鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下 经过4分20秒到达距地面约1 5km高度处 打开降落伞并成功落地 打破了跳伞运动的多项世界记录 取重力加速度的大小g 10m s2 题组设计 解析 图片显 隐 考点二动力学中的图象问题 1 若忽略空气阻力 求该运动员从静止开始下落至1 5km高度处所需的时间及其在此处速度的大小 2 实际上 物体在空气中运动时会受到空气的阻力 高速运动时所受阻力的大小可近似表示为f kv2 其中v为速率 k为阻力系数 其数值与物体的形状 横截面积及空气密度有关 已知该运动员在某段时间内高速下落的v t图象如图所示 若该运动员和所带装备的总质量m 100kg 试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数 结果保留1位有效数字 2 该运动员达到最大速度vmax时 加速度为零 根据牛顿第二定律有mg kv 由所给的v t图象可读出vmax 360m s 由 式得k 0 008kg m 题组设计 解析 答案 1 87s8 7 102m s 2 0 008kg m 考点二动力学中的图象问题 1 动力学图象问题的解题策略 弄清图象斜率 截距 交点 拐点的物理意义 应用物理规律列出与图象对应的函数方程式 2 分析图象问题时常见的误区 没有看清纵 横坐标所表示的物理量及单位 不注意坐标原点是否从零开始 不清楚图线的点 斜率 面积等的物理意义 忽视对物体的受力情况和运动情况的分析 规律总结 考点二动力学中的图象问题 1 多过程问题很多动力学问题中涉及物体有两个或多个连续的运动过程 在物体不同的运动阶段 物体的运动情况和受力情况都发生了变化 这类问题称为牛顿运动定律中的多过程问题 2 类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题 3 解题策略 1 任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的小过程构成 有些是承上启下 上一过程的结果是下一过程的已知 这种情况 考点三动力学中的多过程问题 考点阐释 一步一步完成即可 2 有些是树枝型 告诉的只是旁支 要求的是主干 或另一旁支 这就要求仔细审题 找出各过程的关联 按顺序逐个分析 对于每一个研究过程 选择什么规律 应用哪一个运动学公式要明确 3 注意两个过程的连接处 加速度可能突变 但速度不会突变 速度是联系前后两个阶段的桥梁 考点阐释 考点三动力学中的多过程问题 设运动员乘坐雪轮船沿斜面雪道滑动时的加速度为a0 滑到斜面底端时的速度大小为v 则有 M m gsin 1 M m gcos M m a0v2 2a0l 题组设计 解析 1 某电视台闯关竞技节目的第一关是雪滑梯 其结构可 以简化为如图所示模型 雪滑梯顶端距地面高为h 15m 滑梯斜面雪道长为l 25m 在距离斜面雪道底端x0 20m处的水平雪道上有一海绵坑 比赛时参赛运动员乘坐一质量为M的雪轮胎从赛道顶端滑下 在水平雪道上翻离雪轮胎 考点三动力学中的多过程问题 滑向海绵坑 运动员停在距离海绵坑1m范围内算过关 已知雪轮胎与雪道间的动摩擦因数 1 0 3 运动员与雪道间的动摩擦因数 2 0 8 假设运动员离开雪轮胎的时间不计 运动员落到雪道上时的水平速度不变 求质量为m的运动员 可视为质点 在水平雪道上的什么区域离开雪轮胎才能闯关成功 在水平雪道上运动时 设运动员乘坐雪轮胎时的加速度大小为a1 翻下后的加速度大小为a2 根据牛顿第二定律有 1 M m g M m a1 2mg ma2 题组设计 解析 考点三动力学中的多过程问题 题组设计 解析 答案 6 7 6m 考点三动力学中的多过程问题 1 设小物块和小车的加速度分别为am aM 由牛顿第二定律得 mg mam F mg MaM代入数据解得am 2m s2 aM 0 5m s2 设经过时间t1两者达到相同的速度 由amt1 v0 aMt1得t1 1s 题组设计 解析 2 如图所示 质量为M 8kg的 小车放在光滑的水平面上 在小车左端加一水平推力F 8N 当小车向右运动的速度达到v0 1 5m s时 小车前端轻轻放上一个大小不计 质量为m 2kg的小物块 小物块与小车间的动摩擦因数 0 2 已知在运动过程中 小物块没有从小车上掉下来 取g 10m s2 求 考点三动力学中的多过程问题 2 当两者达到相同的速度后 假设两者保持相对静止 以共同的加速度a做匀加速运动 对小物块和小车构成的整体 由牛顿第二定律得F M m a 得a 0 8m s2 题组设计 解析 1 经过多长时间两者达到相同的速度 2 小车至少多长才能保证小物块不从小车上掉下来 3 从小物块放上小车开始 经过t 1 5s小物块通过的位移大小为多少 考点三动力学中的多过程问题 题组设计 1 1s 2 0 75m 3 2 1m 考点三动力学中的多过程问题 解析 答案 规律总结 分析 多过程 问题的方法要领 1 将 多过程 分解为许多 子过程 各 子过程 间由 衔接点 连接 2 对各 子过程 进行受力分析和运动分析 必要时画出受力图和过程示意图 3 根据 子过程 和 衔接点 的模型特点选择合理的动力学规律列方程 4 分析 衔接点 位移 速度 加速度等的关联 确定各段间的时间关系 位移关系 速度关系等 并列出相关的辅助方程 5 联立方程组 分析求解 并对结果进行必要的讨论或验证 考点三动力学中的多过程问题 1 超重和失重的三点警示 1 超重是物体有向上的加速度 而不一定是速度向上 2 失重是物体有向下的加速度 而不一定是速度向下 3 连接体中只有一部分物体超重或失重时 其他部分没有加速度 则整体必然超重或失重 2 牛顿运动定律应用的三点提醒 1 要明确研究对象是单一物体 还是几个物体组成的系统 对于系统要注意 加速度相同 可采用整体法 加速度不同 应采用隔离法 名师 微点拨 2 要明确物体的运动过程是单一过程 还是多过程 注意分析每一运动过程的受力情况和运动情况 3 对于多过程问题 要注意分析联系前 后两个过程的关键物理量是速度 前一过程的末速度是后一过程的初速度 滑板 滑块模型 模型概述 1 滑板 滑块模型的特点 滑块未必是光滑的 板的长度可能是有限的 也可能是足够长的 板的上 下表面可能都存在摩擦 也可能只有一个面存在摩擦 还可能两个面都不存在摩擦 2 滑板 滑块模型常用的物理规律匀变速直线运动规律 牛顿运动定律 动能定理 机械能守恒定律 能的转化和守恒定律 功能关系等 思维模型 模型指导 1 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 2 解题思路 思维模型 典例 如下图所示 质量M 4 0kg的长木板B静止在光滑的水平地面上 在其右端放一质量m 1 0kg的小滑块A 可视为质点 初始时刻 A B分别以v0 2 0m s向左 向右运动 最后A恰好没有滑离B板 已知A B之间的动摩擦因数 0 40 取g 10m s2 求 1 A B分别受到大小为 mg的摩擦力作用 根据牛顿第二定律对A有 mg maA则aA g 4 0m s2方向水平向右对B有 mg MaB则aB mg M 1 0m s2方向水平向左 解析 思维模型 1 A B相对运动时的加速度aA和aB的大小与方向 2 A相对地面速度为零时 B相对地面运动已发生的位移大小x 3 木板B的长度l 解析 思维模型 当A B速度相等时 A滑到B最左端 恰好没有滑离木板B 故木板B的长度为这个全过程中A B间的相对位移 在A相对地面速度为零时 B的速度vB v0 aBt1 1 5m s设由A速度为零至A B速度相等所用时间为t2 则aAt2 vB aBt2解得t2 vB aA aB 0 3s共同速度v aAt2 1 2m s从开始到A B速度相等的全过程 利用平均速度公式可知A向左运动的位移 解析 思维模型 解析 答案 思维模型 1 A的加速度大小为4 0m s2 方向水平向右B的加速度大小为1 0m s2 方向水平向左 2 0 875m 3 1 6m