2019版高考物理总复习 第三章 牛顿运动定律 能力课1 牛顿运动定律的综合应用课件.ppt

能力课1牛顿运动定律的综合应用 冷考点 超重 失重问题 1 超重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有的加速度 2 失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有的加速度 大于 向上 小于 向下 3 完全失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 的现象称为完全失重现象 2 产生条件 物体的加速度a 方向竖直向下 4 对超重和失重的 三点 深度理解 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 在完全失重的状态下 一切由重力产生的物理现象都会完全消失 3 物体是否处于超重或失重状态 不在于物体向上运动还是向下运动 而在于物体的加速度方向 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 等于0 g 命题角度1超重 失重现象的判断 例1 2017 常熟模拟 伦敦奥运会开幕式的弹跳高跷表演中 一名质量为m的演员穿着这种高跷从距地面H高处由静止落下 与水平地面撞击后反弹上升到距地面高h处 假设弹跳高跷对演员的作用力类似于弹簧的弹力 演员和弹跳高跷始终在竖直方向运动 不考虑空气阻力的影响 则该演员 图1 A 在向下运动的过程中始终处于失重状态B 在向上运动的过程中始终处于超重状态C 在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态D 在向上运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态解析演员在空中时 加速度为g 方向向下 处于失重状态 当演员落地加速时 加速度a向下 处于失重状态 落地后期减速 加速度a向上 处于超重状态 所以演员在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 选项C正确 同理可知 演员在向上运动的过程中先处于超重状态后处于失重状态 选项D错误 答案C 命题角度2根据超重 失重现象判断物体的受力情况 例2 2017 吉林松原模拟 某人在地面上最多可举起50kg的物体 当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体时 电梯加速度的大小和方向为 g 10m s2 答案D 判断超重和失重的方法 变式训练1 在升降的电梯内的水平地面上放一体重计 电梯静止时 吴力同学站在体重计上 体重计的示数为60kg 电梯运动时 某一段时间吴力同学发现体重计的示数为72kg 在这段时间内下列说法正确的是 答案C 热考点 动力学中的图象问题 1 常见的动力学图象v t图象 a t图象 F t图象 F a图象等 2 图象问题的类型 1 已知物体受到的力随时间变化的图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体的速度 加速度随时间变化的图线 要求分析物体的受力情况 3 由已知条件确定某物理量的变化图象 3 解题策略 命题角度1动力学中的v t图象 例3 2017 宁夏模拟 将一个质量为1kg的小球竖直向上抛出 最终落回抛出点 运动过程中所受阻力大小恒定 方向与运动方向相反 该过程的v t图象如图2所示 g取10m s2 下列说法正确的是 图2 答案C 命题角度2动力学中的a t图象 例4 广州塔 昵称小蛮腰 总高度达600米 游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台 若电梯简化成只受重力与绳索拉力 已知电梯在t 0时由静止开始上升 a t图象如图3所示 则下列相关说法正确的是 A t 4 5s时 电梯处于失重状态B 5 55s时间内 绳索拉力最小C t 59 5s时 电梯处于超重状态D t 60s时 电梯速度恰好为零 图3 解析利用a t图象可判断 t 4 5s时 电梯有向上的加速度 电梯处于超重状态 则选项A错误 0 5s时间内 电梯处于超重状态 拉力大于重力 5 55s时间内 a 0 电梯处于匀速上升过程 拉力等于重力 55 60s时间内 电梯处于失重状态 拉力小于重力 综上所述 选项B C错误 因a t图线与t轴所围的 面积 代表速度改变量 而图中横轴上方的 面积 与横轴下方的 面积 相等 则电梯的速度在t 60s时为零 选项D正确 答案D 命题角度3动力学中的F t图象 例5 多选 物体最初静止在倾角 30 的足够长斜面上 如图4甲所示受到平行斜面向下的力F的作用 力F随时间变化的图象如图乙所示 开始运动2s后物体以2m s的速度匀速运动 下列说法正确的是 g取10m s2 图4 答案AD 解决图象综合问题的关键图象反映了两个变量之间的函数关系 必要时需要根据物理规律进行推导 得到函数关系后结合图线的斜率 截距 面积 交点坐标 拐点的物理意义对图象及运动过程进行分析 变式训练2 2017 湖北武汉武昌区模拟 多选 质量m 2kg 初速度v0 8m s的物体沿着粗糙水平面向右运动 物体与地面之间的动摩擦因数 0 1 同时物体还要受一个如图5所示的随时间变化的水平拉力F的作用 水平向右为拉力的正方向 则以下结论正确的是 取g 10m s2 A 0 1s内 物体的加速度大小为2m s2B 1 2s内 物体的加速度大小为2m s2C 0 1s内 物体的位移为7mD 0 2s内 物体的总位移为11m 图5 答案BD 1 连接体 多个相互关联的物体连接 叠放 并排或由绳子 细杆联系 在一起构成的物体系统称为连接体 连接体一般具有相同的运动情况 速度 加速度 常考点 动力学中的连接体问题 2 解决连接体问题的两种方法 命题角度1加速度相同的连接体问题 例6 2017 广东深圳罗湖模拟 如图6所示 在建筑工地 民工兄弟用两手对称水平施力将两长方体水泥制品夹紧并以加速度a竖直向上匀加速搬起 其中A的质量为m B的质量为2m 水平作用力为F A B之间的动摩擦因数为 在此过程中 A B间的摩擦力为 图6 答案B 命题角度2加速度不同的连接体问题 例7 质量为2kg的木板B静止在水平面上 可视为质点的物块A从木板的左侧沿木板上表面水平冲上木板 如图7甲所示 A和B经过1s达到同一速度 之后共同减速直至静止 A和B的v t图象如图乙所示 重力加速度g 10m s2 求 1 A与B上表面之间的动摩擦因数 1 2 B与水平面间的动摩擦因数 2 3 A的质量 图7 对A由牛顿第二定律得 1mg ma1 解得 1 0 2 对A B整体由牛顿第二定律得 2 M m g M m a3 解得 2 0 1 对B由牛顿第二定律得 1mg 2 M m g Ma2代入数据解得m 6kg答案 1 0 2 2 0 1 3 6kg 特别提醒当系统内各物体的加速度不同时 一般不直接用整体法 要采用隔离法解题 变式训练3 如图8所示 一块足够长的轻质长木板放在光滑水平地面上 质量分别为mA 1kg和mB 2kg的物块A B放在长木板上 A B与长木板间的动摩擦因数均为 0 4 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 现用水平拉力F拉A 取重力加速度g 10m s2 改变F的大小 B的加速度大小可能为 A 1m s2B 2 5m s2C 3m s2D 4m s2 图8 解析A B放在轻质长木板上 长木板质量为0 所受合力始终为0 即A B所受摩擦力大小相等 由于A B受到长木板的最大静摩擦力的大小关系为fAmax fBmax 所以B始终相对长木板静止 当拉力增加到一定程度时 A相对长木板滑动 B受到的最大合力等于A的最大静摩擦力 即fB fAmax mAg 由fB mBaBmax 可知B的加速度最大为2m s2 选项A正确 答案A 临界或极值条件的标志 1 有些题目中有 刚好 恰好 正好 等字眼 即表明题述的过程存在着临界点 2 若题目中有 取值范围 多长时间 多大距离 等词语 表明题述的过程存在着 起止点 而这些起止点往往对应临界状态 3 若题目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明题述的过程存在着极值 这个极值点往往是临界点 4 若题目要求 最终加速度 稳定速度 等 即是求收尾加速度或收尾速度 常考点 动力学中的临界和极值问题的分析方法 命题角度1利用 相互作用力为零 的临界条件进行分析1 接触与脱离的临界条件两物体相接触或脱离的临界条件是接触但接触面间弹力FN 0 2 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子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 例8 如图9所示 质量m 2kg的小球用细绳拴在倾角 37 的光滑斜面上 此时 细绳平行于斜面 取g 10m s2 下列说法正确的是 A 当斜面以5m s2的加速度向右加速运动时 绳子拉力为20NB 当斜面以5m s2的加速度向右加速运动时 绳子拉力为30NC 当斜面以20m s2的加速度向右加速运动时 绳子拉力为40ND 当斜面以20m s2的加速度向右加速运动时 绳子拉力为60N 图9 解析小球刚好离开斜面时的临界条件是斜面对小球的弹力恰好为零 斜面对小球的弹力恰好为零时 设绳子的拉力为F 斜面的加速度为a0 以小球为研究对象 根据牛顿第二定律有Fcos ma0 Fsin mg 0代入数据解得a0 13 3m s2 1 由于a1 5m s2 a0 可见小球仍在斜面上 此时小球的受力情况如图甲所示 以小球为研究对象 根据牛顿第二定律有F1sin FNcos mg 0F1cos FNsin ma1代入数据解得F1 20N 选项A正确 B错误 甲 2 由于a2 20m s2 a0 可见小球离开了斜面 此时小球的受力情况如图乙所示 设绳子与水平方向的夹角为 以小球为研究对象 根据牛顿第二定律有F2cos ma2 F2sin mg 0 答案A 乙 命题角度2利用 两物体加速度相同 的临界条件分析相对静止或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 则相对静止或相对滑动的临界条件是 静摩擦力达到最大静摩擦力 例9 2017 湖北黄冈中学模拟 如图10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 图10 答案B 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 变式训练4 2017 山东潍坊实验中学质检 如图11所示 质量为m的球置于斜面上 被一个竖直挡板挡住 现用一个力F拉斜面 使斜面在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动 忽略一切摩擦 以下说法正确的是 A 若加速度足够小 竖直挡板对球的弹力可能为零B 若加速度足够大 斜面对球的弹力可能为零C 斜面和挡板对球的弹力的合力等于maD 斜面对球的弹力不仅有 而且是一个定值 图11 解析小球受到重力mg 斜面的支持力FN2 竖直挡板的水平弹力FN1 设斜面的倾斜角为 则竖直方向有FN2cos mg 因为mg和 不变 所以无论加速度如何变化 FN2不变且不可能为零 选项B错误 D正确 水平方向有FN1 FN2sin ma 因为FN2sin 0 所以即使加速度足够小 竖直挡板的水平弹力也不可能为零 选项A错误 斜面和挡板对球的弹力的合力即为竖直方向的分力FN2cos 与水平方向的合力ma的合成 因此大于ma 选项C错误 答案D 整体法 隔离法求解连接体问题 题源 人教版必修1 P77 科学漫步 在探索测定轨道中人造天体的质量的方法过程中做了这样的一个实验 用已知质量为m1的宇宙飞船去接触正在轨道上运行的火箭组m2 后者的发动机已熄火 接触后 开动宇宙飞船的推进器 使飞船和火箭组共同加速 如图12所示 推进器的平均推力为F 推进器开动时间为t 测出飞船和火箭组的速度变化是 v 求火箭组的质量m2 图12 答案见解析 拓展1如图13所示 两个质量分别为m1 3kg m2 2kg的物体置于光滑的水平面上 中间用轻质弹簧测力计连接 两个大小分别为F1 30N F2 20N的水平拉力分别作用在m1 m2上 则 A 弹簧测力计的示数是50NB 弹簧测力计的示数是24NC 在突然撤去F2的瞬间 m2的加速度大小为4m s2D 在突然撤去F2的瞬间 m1的加速度大小为10m s2 图13 答案B 解析设挂钩P Q西边有n节车厢 每节车厢的质量为m 则挂钩P Q西边车厢的质量为nm 以西边这些车厢为研究对象 有F nma P Q东边有k节车厢 以东边这些车厢为研究对象 有 联立 得3n 2k 总车厢数为N n k 由此式可知n只能取偶数 当n 2时 k 3 总节数为N 5当n 4时 k 6 总节数为N 10当n 6时 k 9 总节数为N 15当n 8时 k 12 总节数为N 20 故选项B C正确 答案BC