2019年高考物理总复习第三章牛顿运动定律专题讲座三牛顿运动定律的综合应用课件教科版.ppt

专题讲座三牛顿运动定律的综合应用 核心探究 演练提升 核心探究分类探究 各个击破 考点一超重与失重 1 物体的超 失重 2 判断超重和失重现象的三个技巧 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 3 超重和失重现象的两点说明 1 不论超重 失重或完全失重 物体的重力都不变 只是 视重 改变 2 当物体处于完全失重状态时 重力只有使物体产生a g的加速度效果 不再有其他效果 此时 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如物体悬浮空中 天平失效 液体不再产生压强和浮力 天宫二号 中的航天员躺着和站着睡觉一样舒服等 典例1 2018 南京金陵中学模拟 图 甲 是某人站在力传感器上做下蹲 起跳动作的示意图 中间的点表示人的重心 图 乙 是根据传感器采集到的数据画出的力 时间图线 两图中a g各点均对应 其中有几个点在图 甲 中没有画出 取重力加速度g 10m s2 根据图像分析可知 B A 人的重力为1500NB c点位置人处于超重状态C e点位置人处于失重状态D d点的加速度小于f点的加速度 核心点拨 1 力传感器上显示的是压力 静止时重力等于压力的大小 只有比较合力的大小才能比较加速度的大小 2 压力大于重力就是超重 压力小于重力就是失重 典例2 摩天大楼中一部直通高层的客运电梯 行程超过百米 电梯的简化模型如图1所示 考虑安全 舒适 省时等因素 电梯的加速度a随时间t变化的 已知电梯在t 0时由静止开始上升 a t图像如图2所示 电梯总质量m 2 0 103kg 忽略一切阻力 重力加速度g取10m s2 1 求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2 解析 1 电梯向上做匀加速运动时拉力最大 由牛顿第二定律得F1 mg ma1所以F1 mg ma1 2 0 103 10 1 0 N 2 2 104N电梯向上做匀减速运动时拉力最小 由牛顿第二定律得mg F2 ma2故F2 mg ma2 2 0 103 10 1 0 N 1 8 104N 答案 1 2 2 104N1 8 104N 2 类比是一种常用的研究方法 对于直线运动 教科书中讲解了由v t图像求位移的方法 请你借鉴此方法 对比加速度和速度的定义 根据图2所示a t图像 求电梯在第1s内的速度改变量 v1和第2s末的速率v2 答案 2 0 5m s1 5m s 3 求电梯以最大速率上升时 拉力做功的功率P 再求在0 11s时间内 拉力和重力对电梯所做的总功W 答案 3 2 0 105W1 0 105J 多维训练 1 由 视重 判断超重 失重现象 多选 如图所示是某同学站在力传感器上做下蹲 起立的动作时记录的压力F随时间t变化的图线 由图线可知该同学 A 体重约为650NB 做了两次下蹲 起立的动作C 做了一次下蹲 起立的动作 且下蹲后约2s起立D 下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态 AC 解析 当该同学站在力传感器上静止不动时 其合力为零 即压力示数等于该同学的体重 由图线可知 该同学的体重约为650N A正确 每次下蹲 该同学都将经历先向下做加速 加速度方向向下 后减速 加速度方向向上 的运动 即先经历失重状态 后经历超重状态 示数F先小于体重 后大于体重 每次起立 该同学都将经历先向上做加速 加速度方向向上 后减速 加速度方向向下 的运动 即先经历超重状态 后经历失重状态 示数F先大于体重 后小于体重 由图线可知 C正确 B D错误 2 导学号58826056 超重 失重问题的分析和计算 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比平稳匀速上行时的大D 缆车减速上行时 缆车对游客的支持力比平稳匀速上行时的小 D 考点二应用整体法与隔离法处理连接体问题 1 方法选取 1 整体法的选取原则若连接体内各物体具有相同的加速度 且不需要求物体之间的作用力 则可以把它们看成一个整体 分析整体受到的合外力 应用牛顿第二定律求出加速度 或其他未知量 2 隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同 或者需要求出系统内各物体之间的作用力 则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 3 整体法 隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度 且需要求物体之间的作用力 则可以选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 连接体问题的具体类型 1 通过滑轮和绳的连接体问题 若要求绳的拉力 绳跨过定滑轮 连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同 故采用隔离法 2 水平面上的连接体问题 这类问题一般多是连接体 系统 中各物体保持相对静止 即具有相同的加速度 解题时 一般整体法 隔离法交替应用 3 斜面体及其上面物体组成的系统的问题 当物体具有沿斜面方向的加速度 而斜面体相对于地面静止时 解题时一般采用隔离法分析 若物体随斜面体共同加速运动 一般整体法 隔离法交替应用 典例3 多选 质量分别为M和m的物块形状大小均相同 将它们通过轻绳跨过光滑定滑轮连接 如图 甲 所示 绳子平行于倾角为 的斜面 M恰好能静止在斜面上 不考虑M m与斜面之间的摩擦 若互换两物块位置 按图 乙 放置 然后释放M 斜面仍保持静止 则下列说法正确的是 A 轻绳的拉力等于MgB 轻绳的拉力等于mgC M运动的加速度大小为 1 sin gD M运动的加速度大小为g BC 核心点拨 1 M和m一起加速时 求它们的加速度时以整体为研究对象比较快捷 2 求轻绳的拉力 适合隔离M或m为研究对象 解析 M静止在斜面上时 对M由平衡条件有Mgsin mg 互换位置后 对M和m组成的系统有Mg mgsin M m a 解得a 1 sin g 对m有T mgsin ma 解得T mg 故A D错误 B C正确 例题拓展 在典例3图 乙 中 若保持质量为m的物块相对于斜面位置不动 则应使斜面体由静止开始沿水平方向运动 试确定斜面体的运动情况 设滑轮足够小 方法技巧解决滑轮类连接体问题的注意要点 1 细绳跨过滑轮时 绳中各处张力处处相同 2 两物体通过定滑轮连接时 其速度 加速度大小相等 方向不同 两物体通过动滑轮连接时 绳对滑轮的作用力F 2T T为绳的张力 两物体间位移 速度 加速度关系由几何关系确定 多维训练 1 滑轮类的连接体问题 如图所示 一根轻绳跨过光滑定滑轮 两端分别系一个质量为m1 m2的物块 m1放在地面上 m2离地面有一定高度 当m2的质量不同时 m1的加速度a的大小也将随之改变 以下四个图像 最能准确反映a与m2间的关系的是 D 2 导学号58826057 水平面上的连接体问题 2018 吉林长春质检 如图所示 质量均为m的A B两物块置于水平地面上 物块与地面间的动摩擦因数均为 物块间用一恰好伸直的水平轻绳相连 现用水平力F向右拉物块A 假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 重力加速度为g 下列说法中不正确的是 A 当02 mg时 绳中拉力等于D 无论F多大 绳中拉力都不可能等于 D 3 斜面上的连接体问题 2018 山东济南调研 如图所示 物体A和B叠放在固定光滑斜面上 A B的接触面与斜面平行 当A B以相同的速度沿斜面向上运动时 关于物体A的受力个数 正确的是 A 2B 3C 4D 5 B 解析 由于A B一起运动 加速度相同 以A B整体为研究对象 由牛顿第二定律得 mA mB gsin mA mB a 即a gsin 隔离B物体 设A对B的摩擦力沿斜面向下 大小为f 由牛顿第二定律得f mBgsin mBa 则f 0 故A B间无摩擦力 物体A受重力 斜面的支持力 B对A的压力共3个力 选项B正确 考点三动力学中的图像问题 1 常见四类动力学图像及解题办法 2 解题策略 1 问题实质是力与运动的关系 解题的关键在于弄清图像斜率 截距 交点 拐点 面积的物理意义 2 应用物理规律列出与图像对应的函数方程式 进而明确 图像与公式 图像与物体 间的关系 以便对有关物理问题作出准确判断 典例4 多选 某同学为了测定木块与斜面间的动摩擦因数 他用测速仪研究木块在斜面上的运动情况 装置如图 甲 所示 他使木块以初速度v0 4m s的速度沿倾角 30 的斜面上滑紧接着下滑至出发点 并同时开始记录数据 结果电脑只绘出了木块从开始上滑至最高点的v t图线如图 乙 所示 g取10m s2 则根据题意计算出的下列物理量正确的是 A 上滑过程中木块的加速度的大小a1 8m s2B 木块与斜面间的动摩擦因数 C 木块回到出发点时的速度大小v 2m sD 木块经2s返回出发点 ABC 核心点拨 1 v t图像的斜率表示加速度 结合在上滑过程中木块的受力情况 根据牛顿第二定律可求出木块与斜面间的动摩擦因数 2 求出了动摩擦因数 要判断木块能否沿斜面向下滑 若能 由牛顿第二定律和运动学规律可以求出下滑过程的加速度 时间 末速度等 方法技巧处理动力学图像问题的两个注意点 1 对于相对复杂的图像 应首先将物体的运动过程与图像一一对应起来 2 无论是哪种图像相关的问题 都要先对物体受力分析 再分析其运动过程 典例5 2014 全国 卷 24 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纪录 取重力加速度的大小g 10m s2 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 解析 1 设该运动员从开始自由下落至1 5km高度处的时间为t 下落距离为s 在1 5km高度处的速度大小为v 根据运动学公式有v gt s gt2 根据题意有s 3 9 104m 1 5 103m 联立 式得t 87s v 8 7 102m s 答案 1 87s8 7 102m s 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图像如图所示 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 答案 2 0 008kg m 多维训练 1 由v t图像分析受力 如图 甲 所示 在木箱内粗糙斜面上静止一个质量为m的物体 木箱竖直向上运动的速度v与时间t的变化规律如图 乙 所示 物体始终相对斜面静止 斜面对物体的支持力和摩擦力分别为N和f 则下列说法正确的是 A 在0 t1时间内 N增大 f减小B 在0 t1时间内 N减小 f增大C 在t1 t2时间内 N增大 f增大D 在t1 t2时间内 N减小 f减小 D 解析 在0 t1时间内 根据速度 时间图线知 物体做加速运动 加速度逐渐减小 设斜面倾角为 对物体研究 在竖直方向上有Ncos fsin mg ma Nsin fcos 因加速度减小 则支持力N和摩擦力f减小 在t1 t2时间内 根据速度 时间图线知 物体做减速运动 加速度逐渐增大 对物体研究 在竖直方向上有mg Ncos fsin ma Nsin fcos 因加速度逐渐增大 则支持力N和摩擦力f逐渐减小 选项D正确 A B C错误 2 导学号58826058 由F t图像分析运动 在图 甲 所示的水平面上 用水平力F拉物块 若F按图 乙 所示的规律变化 设F的方向为正方向 则物块的速度 时间图像可能正确的是 A 考点四动力学中的临界与极值问题 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 1 两物体脱离的临界条件 弹力N 0 加速度相同 速度相同 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 静摩擦力达到最大值 3 绳子拉断与松弛的临界条件 绳子断时 绳中张力等于它所能承受的最大张力 绳子松弛时 张力T 0 3 临界问题的常用解法 1 极限法 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 以达到正确解决问题的目的 2 假设法 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 数学方法 将物理过程转化为数学公式 根据数学表达式解出临界条件 典例6 2018 安徽合肥一中月考 如图所示 钢铁构件A B叠放在卡车的水平底板上 卡车底板和B间动摩擦因数为 1 A B间动摩擦因数为 2 1 2 卡车刹车的最大加速度为a a 1g 可以认为最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等 卡车沿平直公路行驶途中遇到紧急情况时 要求其刹车后在s0距离内能安全停下 则卡车行驶的速度不能超过 核心点拨 1 要求卡车安全停下是指A B相对卡车静止 不发生相对滑动 2 相互接触的物体相对滑动的临界条件是摩擦力达最大值 C 方法技巧叠加体系统临界问题的求解思路 典例7 2013 山东卷 22 如图所示 一质量m 0 4kg的小物块 以v0 2m s的初速度 在与斜面成某一夹角的拉力F作用下 沿斜面向上做匀加速运动 经t 2s的时间物块由A点运动到B点 A B之间的距离L 10m 已知斜面倾角 30 物块与斜面之间的动摩擦因数 重力加速度g取10m s2 1 求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小 解析 1 设物块加速度的大小为a 到达B点时速度的大小为vB 由运动学公式得L v0t at2 vB v0 at 联立 式 代入数据得a 3m s2 vB 8m s 答案 1 3m s28m s 2 拉力F与斜面的夹角多大时 拉力F最小 拉力F的最小值是多少 多维训练 1 导学号58826059 脱离的临界条件 2018 辽宁沈阳模拟 如图1所示 mA 4 0kg mB 2 0kg A和B紧靠着放在光滑水平面上 从t 0时刻起 对B施加向右的水平恒力F2 4 0N 同时对A施加向右的水平变力F1 F1变化规律如图2所示 下列相关说法中正确的是 C A 当t 0时 A B物体加速度分别为aA 5m s2 aB 2m s2B A物体做加速度减小的加速运动 B物体做匀加速运动C t 12s时刻A B将分离 分离时加速度均为a 2m s2D A B分离前后 A物体加速度变化规律相同 2 导学号58826060 相对滑动的临界条件 2018 湖北四地七校联考 如图所示 水平地面上有一车厢 车厢内固定的平台通过相同的弹簧把相同的物块A B压在竖直侧壁和水平的顶板上 已知A B与接触面间的动摩擦因数均为 车厢静止时 两弹簧长度相同 A恰好不下滑 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 重力加速度为g 现使车厢沿水平方向加速运动 为保证A B仍相对车厢静止 则 A 速度可能向左 加速度可大于 1 gB 加速度一定向右 不能超过 1 gC 加速度一定向左 不能超过 gD 加速度一定向左 不能超过 1 g B 解析 A恰好不下滑 受力分析如图1 则有f mg F弹 NA f F弹 现使车厢加速 且保证A B仍相对车厢静止 而弹簧弹力F弹不变 假设加速度a水平向左 由A物体受力知N减小 fmax减小 A将下滑 与要求不符 故a应水平向右 设最大值为amax 对B物体受力分析如图2所示 NB F弹 mg mamax 联立解得amax 1 g 故选项B正确 演练提升真题体验 强化提升 1 连接体问题 2017 海南卷 9 多选 如图 水平地面上有三个靠在一起的物块P Q和R 质量分别为m 2m和3m 物块与地面间的动摩擦因数都为 用大小为F的水平外力推动物块P 记R和Q之间相互作用力与Q与P之间相互作用力大小之比为k 下列判断正确的是 高考模拟 BD 2 动力学图像问题 2015 全国 卷 20 多选 如图 a 一物块在t 0时刻滑上一固定斜面 其运动的v t图线如图 b 所示 若重力加速度及图中的v0 v1 t1均为已知量 则可求出 A 斜面的倾角B 物块的质量C 物块与斜面间的动摩擦因数D 物块沿斜面向上滑行的最大高度 ACD 图 a 图 b 3 超重与失重 2014 北京卷 18 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 D 解析 手托物体由静止开始向上运动 一定先做加速运动 物体处于超重状态 而后可能匀速上升 也可能减速上升 选项A B错误 在物体离开手的瞬间 二者分离 不计空气阻力 物体只受重力 物体的加速度一定等于重力加速度 要使手和物体分离 手向下的加速度一定大于物体向下的加速度 即手的加速度大于重力加速度 选项C错误 D正确 4 导学号58826061 临界极值问题 2018 吉林长春质检 如图所示 一劲度系数为k的轻质弹簧 上端固定 下端连一质量为m的物块A A放在质量也为m的托盘B上 以N表示B对A的作用力 x表示弹簧的伸长量 初始时 在竖直向上的力F作用下系统静止 且弹簧处于自然状态 x 0 现改变力F的大小 使B以的加速度匀加速向下运动 g为重力加速度 空气阻力不计 此过程中N或F随x变化的图像正确的是 D 连接体中的动力分配原理如图所示的情景中 无论地面或斜面是否光滑 系统沿水平或竖直方向运动 只要力F拉着物体m1 m2一起加速 由整体及隔离法可证明 总有F内 F 即动力的效果按与质量成正比的规律分配 这个常见的结论叫动力分配原理 拓展增分 示例 同种材料的a b两物体的质量分别为m1 m2 由轻质弹簧相连 当用大小为F的恒力竖直向上拉着a 使a b一起向上做匀加速直线运动时 弹簧伸长量为x1 如图 甲 所示 当用大小仍为F的恒力沿水平方向拉着a 使a b一起沿水平桌面做匀加速直线运动时 弹簧伸长量为x2 如图 乙 所示 则 A x1一定等于x2B x1一定大于x2C 若m1 m2 则x1 xD 若m1 m2 则x1 x2 A