2019高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 专题3 牛顿运动定律的综合应用课件 新人教版.ppt

专题3牛顿运动定律的综合应用 知识梳理 考点自诊 一 超重和失重1 实重和视重 1 实重物体实际所受的重力 与物体的运动状态无关 2 视重弹簧测力计 或台秤 的示数 当物体在竖直方向上有加速度时 物体对弹簧测力计的拉力 或对台秤的压力 将不再等于物体的重力 知识梳理 考点自诊 2 超重 失重和完全失重的比较 知识梳理 考点自诊 知识梳理 考点自诊 二 整体法和隔离法1 整体法当连接体内 即系统内 各物体的加速度相同时 可以把系统内的所有物体看成一个整体 分析其受力和运动情况 运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法 2 隔离法当求系统内物体间相互作用的内力时 常把某个物体从系统中隔离出来 分析其受力和运动情况 再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法 知识梳理 考点自诊 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外力 而系统内各物体间的相互作用力为内力 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 则内力将转换为隔离体的外力 知识梳理 考点自诊 1 2017 湖北浠水县三模 如图所示 将物体A放在容器B中 以某一速度把容器B竖直上抛 不计空气阻力 运动过程中容器B的底面始终保持水平 下列说法正确的是 A 在上升和下降过程中A对B的压力都一定为零B 上升过程中A对B的压力大于物体A受到的重力C 下降过程中A对B的压力大于物体A受到的重力D 在上升和下降过程中A对B的压力都等于物体A受到的重力 答案 解析 知识梳理 考点自诊 2 2017 黑龙江哈尔滨模拟 如图所示 质量为m1和m2的两物块放在光滑的水平地面上 用轻质弹簧将两物块连接在一起 当用水平力F作用在m1上时 两物块均以加速度a做匀加速运动 此时 弹簧伸长量为x 若用水平力F 作用在m1上时 两物块均以加速度a 2a做匀加速运动 此时弹簧伸长量为x 则下列关系正确的是 A F 2FB x 2xC F 2FD x 2x 答案 解析 知识梳理 考点自诊 3 2017 福建三明模拟 如图所示 木块A B静止叠放在光滑水平面上 A的质量为m B的质量为2m 现施水平力F拉B 如图甲 A B刚好不发生相对滑动 一起沿水平面运动 若改用水平力F 拉A 如图乙 使A B也保持相对静止 一起沿水平面运动 则F 不得超过 答案 解析 知识梳理 考点自诊 4 多选 2018 山东枣庄质检 如图所示 甲 乙两车均在光滑的水平面上 质量都是M 人的质量都是m 甲车上人用力F推车 乙车上的人用等大的力F拉绳子 绳与轮的质量和摩擦均不计 人与车始终保持相对静止 下列说法正确的是 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 对超重 失重的理解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 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 3 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 命题点一 命题点二 命题点三 例1 2017 广东佛山二模 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 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨当物体的加速度向上时 处于超重状态 当加速度向下时 处于失重状态 加速度a 0时物体处于平衡状态 根据加速度的正负分析物体的状态 命题点一 命题点二 命题点三 判断超重和失重的方法 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练1 多选 有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重 其环形座舱套在竖直柱子上 由升降机送上几十米的高处 然后让座舱自由下落 落到一定位置时 制动系统启动 座舱做减速运动 到地面时刚好停下 下列说法中正确的是 A 座舱自由下落的过程中人处于失重状态B 座舱自由下落的过程中人处于超重状态C 座舱减速下落的过程中人处于失重状态D 座舱减速下落的过程中人处于超重状态 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 2 多选 如图甲所示 在升降机的顶部安装了一个能够显示拉力大小的传感器 传感器下方挂上一轻质弹簧 弹簧下端挂一质量为m的小球 若升降机在匀速运行过程中突然停止 并以此时为零时刻 在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示 g为重力加速度 则 A 升降机停止前在向上运动B 0 t1时间内小球处于失重状态 t1 t2时间内小球处于超重状态C t1 t3时间内小球向下运动 速度先增大后减小D t3 t4时间内小球向下运动 速度一直增大 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 连接体问题整体法和隔离法的选取原则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时 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 或者要求出系统内各物体之间的作用力时 就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 且要求物体之间的作用力时 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 命题点一 命题点二 命题点三 例2 2017 福建福州二模 如图所示 有材料相同的P Q两物块通过轻绳相连 并在拉力F作用下沿斜面向上运动 轻绳与拉力F的方向均平行于斜面 当拉力F一定时 Q受到绳的拉力 A 与斜面倾角 有关B 与动摩擦因数有关C 与系统运动状态有关D 仅与两物块质量有关 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨先对整体分析 运用牛顿第二定律求出整体的加速度 再隔离对Q分析 运用牛顿第二定律求出绳子的拉力大小 从而判断拉力大小与什么因素有关 命题点一 命题点二 命题点三 例3如图所示 车厢里悬挂着两个质量不同的小球 上面的球比下面的球质量大 当车厢向右做匀加速运动 空气阻力不计 时 下列各图中正确的是 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨分别对两个小球进行受力分析 根据竖直方向平衡 水平方向做匀加速运动列式 即可求解 正确地选取研究对象是解题的首要环节弄清各物体之间哪些属于连接体 哪些物体应该单独分析 并分别确定出它们的加速度 然后根据牛顿运动定律列方程求解 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练3 2018 河北衡水中学一调 如图所示 n个质量为m的相同木块并列放在水平面上 木块跟水平面间的动摩擦因数为 当对1木块施加一个水平向右的推力F时 木块加速运动 木块5对木块4的压力大小为 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 4 趣味运动会上运动员手持网球球拍托球沿水平面匀加速跑 设球拍和球质量分别为M m 球拍平面和水平面之间夹角为 球拍与球保持相对静止 它们间摩擦力及空气阻力不计 则 A 运动员的加速度为gtan B 球拍对球的作用力为mgC 运动员对球拍的作用力为 M m gcos D 若加速度大于gsin 球一定沿球拍向上运动 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 动力学中的临界极值问题1 临界值或极值条件的标志 1 有些题目中有 刚好 恰好 正好 等字眼 明显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 而这些起止点往往就对应临界状态 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 稳定加速度 等 即是求收尾加速度或收尾速度 命题点一 命题点二 命题点三 2 处理临界问题的三种方法 命题点一 命题点二 命题点三 例4 2018 河北衡水中学二调 如图所示 在光滑水平面上有一辆小车A 其质量为mA 2 0kg 小车上放一个物体其质量为mB 1 0kg 如图甲所示 给B一个水平推力F 当F增大到稍大于3 0N时 A B开始相对滑动 如果撤去F 对A施加一水平推力F 如图乙所示 要使A B不相对滑动 则F 的最大值Fmax为 A 2 0NB 3 0NC 6 0ND 9 0N 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨在图甲中 对整体分析 求出整体的加速度 隔离对A分析 根据牛顿第二定律求出A B间的最大静摩擦力 在图乙中 隔离对B分析 求出最大的加速度 再对整体分析 根据牛顿第二定律求出F 的最大值Fmax 命题点一 命题点二 命题点三 例5 2018 江西赣州月考 一弹簧一端固定在倾角为37 的光滑斜面的底端 另一端拴住质量为m1 4kg的物块P Q为一重物 已知Q的质量为m2 8kg 弹簧的质量不计 劲度系数k 600N m 系统处于静止 如图所示 现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F 使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动 已知在前0 2s时间内 F为变力 0 2s以后 F为恒力 g取10m s2 求 1 物体做匀加速运动的加速度大小 2 F的最大值与最小值 命题点一 命题点二 命题点三 答案 1 3m s2 2 最大值72N 最小值36N解析 1 设刚开始时弹簧压缩量为x0 在沿斜面方向上有 m1 m2 gsin kx0因为在前0 2s时间内 F为变力 0 2s以后 F为恒力 所以在0 2s时 P对Q的作用力为0 由牛顿第二定律知 沿斜面方向上有kx1 m1gsin m1a前0 2s时间内P Q向上运动的距离x0 x1 at2联立各式解得a 3m s2 2 当P Q开始运动时拉力最小 此时有Fmin m1 m2 a 36N当P Q分离时拉力最大 此时有Fmax m2 a gsin 72N 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨先根据平衡条件求出弹簧开始的压缩量 因为在前0 2s时间内 F为变力 0 2s以后 F为恒力 所以在0 2s时 P对Q的作用力为0 由牛顿第二定律求出匀加速运动的加速度 当P Q开始运动时拉力最小 当P Q分离时拉力最大 根据牛顿第二定律即可求解 命题点一 命题点二 命题点三 动力学中极值问题的临界条件和处理方法1 四种 典型临界条件 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 则发生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 绳子所能承受的张力是有限度的 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 加速度变化时 速度达到最值的临界条件 加速度变为0时 命题点一 命题点二 命题点三 2 四种 典型数学方法 1 三角函数法 2 根据临界条件列不等式法 3 利用二次函数的判别式法 4 极限法 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练5 多选 如图所示 A B两物体的质量分别为2m和m 静止叠放在水平地面上 A B间的动摩擦因数为 B与地面间的动摩擦因数为 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 重力加速度为g 现对A施加一水平拉力F 则 A 当F 2 mg时 A B都相对地面静止 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 6 多选 如图所示 粗糙水平面上放置质量分别为m 2m和3m的3个木块 木块与水平面间动摩擦因数相同 其间均用一不可伸长的轻绳相连 轻绳能承受的最大拉力为FT 现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块 使3个木块以同一加速度运动 则正确的是 A 绳断前 a b两轻绳的拉力比总为4 1B 当F逐渐增大到FT时 轻绳a刚好被拉断C 当F逐渐增大到1 5FT时 轻绳a刚好被拉断D 若水平面是光滑的 则绳断前 a b两轻绳的拉力比大于4 1 答案 解析 模型建立 典例示范 变式训练 滑块 木板 模型1 模型特点 滑块 视为质点 置于木板上 滑块和木板均相对地面运动 且滑块和木板在摩擦力的相互作用下发生相对滑动 2 位移关系 滑块由木板一端运动到另一端的过程中 滑块和木板同向运动时 位移之差 x x1 x2 L 板长 滑块和木板反向运动时 位移之和 x x2 x1 L 模型建立 典例示范 变式训练 例题 2018 甘肃白银市月考 如图所示 一足够长的木板静止在水平面上 质量M 0 4kg 长木板与水平面间的动摩擦因数 1 0 1 一质量m 0 4kg的小滑块以v0 1 8m s的速度从长木板的右端滑上长木板 滑块与长木板间动摩擦因数 2 0 4 小滑块可看成质点 重力加速度g取10m s2 求 1 小滑块刚滑上长木板时 长木板的加速度大小a1和小滑块加速度大小a2 2 小滑块与长木板速度相等时 小滑块相对长木板上滑行的距离L 3 从小滑块滑上长木板到最后静止下来的过程中 小滑块运动的总距离s 模型建立 典例示范 变式训练 答案 1 a1 2m s2 a2 4m s2 2 L 0 27m 3 s 0 54m解析 1 小滑块对长木板的滑动摩擦力Ff2大于地面对长木板的滑动摩擦力Ff1 长木板向左加速 小滑块向左减速 据牛顿第二定律 设向右为正 2mg 1 M m g Ma1设向右为正 2mg ma2代入数据得a1 2m s2 a2 4m s2 2 小滑块与长木板速度相等时 有v0 a2t a1t 代入数据得t 0 3s 所以L s2 s1 0 27m 模型建立 典例示范 变式训练 3 此后一起做匀减速运动 有v a1t 0 6m s据牛顿第二定律 1 M m g M m a3加速度的大小为a3 1m s2 所以小滑块滑行的距离为s s2 s3 0 54m 模型建立 典例示范 变式训练 思维点拨 1 分别对小滑块和木板进行受力分析 然后结合牛顿第二定律即可求出两个加速度的大小 2 根据速度公式 求出速度相等的时间 然后由运动学的公式即可求出 3 二者速度相等后一起做匀减速直线运动 由位移公式求出位移 然后求和即可 命题分析滑块 木板模型作为力学的基本模型经常出现 此类问题通常是一个小滑块在木板上运动 小滑块与长木板是靠一对滑动摩擦力或静摩擦力联系在一起的 是一个高频的考查模型 该模型涉及摩擦力分析 相对运动 摩擦生热 多次互相作用 属于多物体多过程问题 知识综合性较强 对能力要求较高 高考中往往以压轴题形式出现 模型建立 典例示范 变式训练 总结提升 滑块 木板 问题的分析方法 模型建立 典例示范 变式训练 1 多选 2018 山东临沭月考 如图所示 在光滑水平面上放着两块长度相同 质量分别为M1和M2的木板 在两木板的左端各放一个大小 形状 质量完全相同的物块m 开始时 各物块均静止 若在两物块上各作用一水平恒力F1 F2 使物块滑离木板 分离时木板的速度分别为v1和v2 物块和木板间的动摩擦因数相同 下列说法正确的是 A 若F1 F2 M1 M2 则v1F2 则v1 v2D 若M1 M2 F1v2 AD 模型建立 典例示范 变式训练 解析 首先看F1 F2时情况 由题很容易得到两物块所受的摩擦力大小是相等的 因此两物块的加速度相同 我们设两物块的加速度大小为a 对于M1 M2 滑动摩擦力即为它们的合力 设M1的加速度大小 其中m为物块的质量 设板的长度为L 它们向右都做匀加速直线运动 当物块与木板分离时 若M1 M2 a1a2 所以得t1 t2 M1的速度为v1 a1t1 M2的速度为v2 a2t2 则v1 v2 故B错误 模型建立 典例示范 变式训练 若F1 F2 M1 M2 根据受力分析和牛顿第二定律 则M1上的物块的加速度大于M2上的物块的加速度 即aa ab 由于M1 M2 所以M1 M2加速度相同 设M1 M2加速度为a 它们向右都做匀加速直线运动 当物块与木板分离时 由于aa ab 所以得t1v2 故D正确 模型建立 典例示范 变式训练 2 如图所示 光滑水平面上静止放置质量M 2kg 长L 1 20m的长木板A 离板右端s0 0 18m处放置质量m 1kg的小物块B A与B间的动摩擦因数 0 4 在板右端正上方悬挂一个挡板 现在木板A上加一水平向右的力F 使B与挡板发生碰撞 碰后瞬间立即撤去力F和挡板 假设碰撞前后瞬间A的速度不变 B的速度大小不变 方向反向 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 B的宽度可忽略 g取10m s2 求 1 若B与挡板发生碰撞前 A B恰好不发生相对滑动 力F为多大 2 若F 16N 经历以上过程 B能否从A上掉下 若不能 B最终停在A上何处 模型建立 典例示范 变式训练 答案 1 12N 2 B最终停在A板上离板右端1 02m处解析 1 A B恰好不发生相对滑动 A B间摩擦力达到最大静摩擦力 根据牛顿第二定律有 对B mg ma1对A B整体 F m M a1代入数据得F 12N 2 当F 16N 12N时 碰前A B在F作用下发生相对滑动 B与挡板碰前速度为v1 a1t1对A F mg Ma2A与挡板碰前速度为v2 a2t1碰后 B加速度仍为a1 模型建立 典例示范 变式训练 对A mg Ma3两者共速时 v2 a3t2 v1 a1t2A B整个过程的v t如图所示碰前B相对A发生的相对位移 s1为图中 OSQ的面积 则有 整个过程B相对A发生的相对位移为 s s1 s2代入数据解得 s 0 84m s s0 0 84m 0 18m 1 02m故B最终停在距A右端处 模型建立 典例示范 变式训练 3 2018 山东枣庄质检 如图所示 一质量为M 10kg 长为L 2m的木板放在水平地面上 已知木板与地面间的动摩擦因数为 1 0 1 在此木板的右端上还有一质量为m 4kg的小物块 且视小物块为质点 木板厚度不计 今对木板突然施加一个F 24N的水平向右的拉力 g取10m s2 1 若木板上表面光滑 则小物块经多长时间将离开木板 2 若小物块与木板间的动摩擦因数为 小物块与地面间的动摩擦因数为2 小物块相对木板滑动且对地面的总位移s 3m 求 值 模型建立 典例示范 变式训练 答案 1 2s 2 0 042解析 1 对木板受力分析 由牛顿第二定律得F 1 M m g Ma由运动学公式 得L at2代入数据解得t 2s 2 以物块为研究对象在木板上时 mg ma1在地面上时 2 mg ma2设物块从木板上滑下时的速度为v1 物块在木板上和地面上的位移分别为x1 x2 则 并且满足s x1 x2 3m 联立 解得x1 2m 模型建立 典例示范 变式训练 设物块在木板上滑行时间为t1