2014届高考物理二轮复习课件专题3第3单元牛顿运动定律的综合应用

超重与失重 想一想 如图图331所示，是我国长长征火箭把载载人神 舟飞飞船送上太空的情景，请请思考： (1)火箭加速上升阶阶段，宇航员处员处 于超重还还是 失重状态态？ (2)当火箭停止工作后上升阶阶段，宇航员处员处 于超重还还是失重状态态？ (3)当飞飞船在绕绕地球做匀速圆圆周运动阶动阶 段，宇航员处员处 于超重还还是 失重状态态？ 图图331 提示：(1)火箭加速上升阶阶段，具有向上的加速度 ，处处于超重状态态。 (2)火箭停止工作后上升阶阶段具有向下的加速度， 处处于失重状态态。 (3)神舟飞飞船绕绕地球做匀速圆圆周运动时动时 ，万能引力 为为其提供了向心加速度，处处于失重状态态 记一记 1实实重和视视重 (1)实实重：物体实际实际 所受的 ，它与物体的运动动 状态态无关。 (2)视视重：测测力计计所指示的数值值。 2超重、失重和完全失重比较较 重力 超重现现象失重现现象完全失重 概念 物体对对支持物的压压 力(或对悬对悬 挂物的拉 力) 物体所受 重力的现现象 物体对对支持物的 压压力(或对悬对悬 挂 物的拉力)_ 物体所受重力的 现现象 物体对对支持物 的压压力(或对悬对悬 挂物的拉力 )_ 的现现象 大于 小于 等于零 产产生 条件 物体的加速度 方向_ 物体的加速度 方向_ 物体的加速度 方向 ， 大小ag 列原 理式 Fmgma Fm(ga) mgFma Fm(ga) mgFmg F0 运动动 状态态 加速上升、 _ 加速下降、 _ 无阻力的抛体 运动动情况； 绕绕地球匀速 圆圆周运动动的 卫卫星 向上向下 向下 减速下降减速上升 试试一试试 1(2013太原模拟)物体在下列运动动中，属于超重的 是 ( ) A汽车驶过车驶过 拱形桥顶桥顶 端时时 B荡荡秋千的小孩通过过最低点时时 C跳水运动员动员 被跳板弹弹起，离开跳板向上运动时动时 D人造卫卫星绕绕地球做匀速圆圆周运动时动时 解析：当物体具有向上的加速度时时物体处处于超重状 态态，B正确。A项项汽车处车处 于失重状态态，C、D项项中 运动员动员 和人造卫卫星处处于完全失重状态态。 答案：B 整体法与隔离法 想一想 一斜劈，在力F推动动下在光滑的水平 面上向左做匀加速直线线运动动，且斜劈上有一 木块块与斜面保持相对对静止，如图图332所示，已 知斜劈的质质量为为M，木块块的质质量为为m，求斜面对对木 块块作用力的大小。 图图332 记一记 1整体法 当连连接体内(即系统统内)各物体的 相同时时，可 以把系统统内的所有物体看成 ，分析其受力和运 动动情况，运用牛顿顿第二定律对对 列方程求解的方法。 2隔离法 当求系统统内物体间间 时时，常把某个物 体从系统统中 出来，分析其受力和运动动情况，再用牛 顿顿第二定律对对 出来的物体列方程求解的方法。 加速度 一个整体 整体 相互作用的内力 隔离 隔离 3外力和内力 如果以物体系统为统为 研究对对象，受到系统统之外的物 体的作用力，这这些力是该该系统统受到的 ，而系统统内 各物体间间的相互作用力为为 。应应用牛顿顿第二定律 列方程时时不考虑虑内力。如果把某物体隔离出来作为为研 究对对象，则则内力将转换为转换为 隔离体的外力。 外力 内力 试试一试试 2如图图333所示，在光滑水平面上有 甲、乙两木块块，质质量分别为别为 m1和m2， 中间间用一原长为长为 L、劲劲度系数为为k的轻质弹轻质弹 簧连连接 起 来，现现用一水平力F向左推木块块乙，当两木块块一起 匀加速运动时动时 ，两木块块之间间的距离是 ( ) 图图333 答案：B 超重与失重问题问题 (1)尽管物体的加速度不是竖竖直方向，但只要其加 速度在竖竖直方向上有分量即ay0，物体就会出现现超重或 失重状态态。当ay方向竖竖直向上时时，物体处处于超重状态态 ；当ay方向竖竖直向下时时，物体处处于失重状态态。 (2)尽管整体没有竖竖直方向的加速度，但只要物体 的一部分具有竖竖直方向的分加速度，整体也会出现现超重 或失重状态态。 (3)超重并不是说说重力增加了，失重并不是说说重力减 小了，完全失重也不是说说重力完全消失了。在发发生这这些 现现象时时，物体的重力依然存在，且不发发生变变化，只是物 体对对支持物的压压力(或对悬对悬 挂物的拉力)发发生变变化。 (4)在完全失重的状态态下，平常一切由重力产产生的物 理现现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不 再受浮力、液体柱不再产产生向下的压压强等。 例1 在升降电电梯内的地板上放一体重计计，电电梯静止 时时，晓晓敏同学站在体重计计上，体重计计示数为为50 kg，电电梯运 动过动过 程中，某一段时间时间 内晓晓敏同学发现发现 体重计计示数如图图3 34所示，在这这段时间时间 内下列说说法中正确的是 ( ) 图图334 A晓晓敏同学所受的重力变变小了 B晓晓敏对对体重计计的压压力小于体重计对晓计对晓 敏的支持 力 C电电梯一定在竖竖直向下运动动 D电电梯的加速度大小为为g/5，方向一定竖竖直向下 审题审题 指导导 解答本题时应题时应 注意以下三点： (1)由体重计计示数变变化判断电电梯的加速度方向； (2)由牛顿顿第二定律可求电电梯的加速度； (3)无法确定电电梯的速度方向。 答案 D (1)无论论超重还还是失重，物体的重力并没有变变化。 (2)由物体超重或失重，只能判断物体的加速度方 向，不能确定其速度方向。 (3)物体超重或失重的多少是由发发生超、失重现现象 的物体的质质量和竖竖直方向的加速度共同决定的，其大 小等于ma。 整体法与隔离法的灵活应应用 (1)隔离法的选选取原则则：若连连接体或关联联体内各物体的加 速度不相同，或者要求出系统统内两物体之间间的作用力时时，就 需要把物体从系统统中隔离出来，应应用牛顿顿第二定律列方程求 解。 (2)整体法的选选取原则则：若连连接体内各物体具有相同的加 速度，且不需要求物体之间间的作用力，可以把它们们看成一个整 体来分析整体受到的外力，应应用牛顿顿第二定律求出加速度(或 其他未知量)。 (3)整体法、隔离法交替运用原则则：若连连接体内各物体具 有相同的加速度，且要求物体之间间的作用力时时，可以先用整体 法求出加速度，然后再用隔离法选选取合适的研究对对象，应应用 牛顿顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度，后隔离求内力” 。 例2 (2012江苏高考)如图图335所示， 一夹夹子 夹夹住木块块，在力F作用下向上提升。夹夹 子和木块块的质质量分别为别为 m、M，夹夹子与木块块两 侧间侧间 的最大静摩擦力均为为f。若木块块不滑动动， 力F的最大值值是 ( ) 图图335 审题审题 指导导 第一步：抓关键键点 关键键点获获取信息 夹夹子与木块块两侧间侧间 的最大静摩擦力均 为为f 木块块从两侧侧均受到向上的摩擦 力，且大小相同 木块块不滑动动，力F的 最大值值 当夹夹子与木块块两侧侧的静摩擦力 达到最大值时值时 ，木块刚块刚 要相对对 夹夹子滑动动，对应对应 拉力F最大 第二步：找突破口 先分析木块块M的受力，应应用牛顿顿第二定律求出其 运动动的最大加速度，再以m、M为为一整体，应应用牛顿顿 第二定律求力F的最大值值。 答案 A 整体法与隔离法常涉及的问题类问题类 型 1涉及隔离法与整体法的具体问题类问题类 型 (1)涉及滑轮轮的问题问题 。 若要求绳绳的拉力，一般都必须须采用隔离法。本例中 ，绳绳跨过过定滑轮轮，连连接的两物体虽虽然加速度大小相同但 方向不同，故采用隔离法。 (2)水平面上的连连接体问题问题 。 这类问题这类问题 一般多是连连接体(系统统)各物体保持相对对 静止，即具有相同的加速度。解题时题时 ，一般采用先整体 、后隔离的方法。 建立坐标标系时时也要考虑虑矢量正交分解越少越好的 原则则，或者正交分解力，或者正交分解加速度。 (3)斜面体与上面物体组组成的连连接体的问题问题 。 当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对对于地面静 止时时，解题时题时 一般采用隔离法分析。 2解决这类问题这类问题 的关键键 正确地选选取研究对对象是解题题的首要环节环节 ，弄清各个 物体之间间哪些属于连连接体，哪些物体应该单应该单 独分析，分 别别确定出它们们的加速度，然后根据牛顿顿运动动定律列方程 求解。 很多动力学问题常涉及多物体或多个连续的运动过 程，物体在不同的运动过程中，运动规律和受力情况都发 生了变化，因此该类问题的综合性较强，所涉及的知识点 也较多，难度一般在中等偏上。 解决这类问题时，既要将每个子过程独立分析清楚，又 要关注它们之间的联系，如速度关系、位移关系等。 超链 接 图336 (1)求小物块下落过程中的加速度大小； (2)求小球从管口抛出时的速度大小； 第一步：审题干，抓关键信息 物块块由静止从管口下落，到地的高度为为Lsin 30 m与直管壁间间无摩擦力 获获取信息 关键键 点 小球平抛的速率即为为m上滑到管口的速率 小球脱离管口后做平抛运动动 小物块块落地后不动动，m上滑过过程中，绳绳中张张力 为为零 抓关键键信息 审题审题 干 第三步：三定位，将解题过程步骤化 第四步：求规范，步骤严谨不失分 考生易犯错误 名师叮嘱 (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，上一过程的末态是下一过程的初态，对每一 个过程分析后，列方程，联立求解。 (2)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。如本题 中的小球先做匀减速运动到管口，后做平抛运动。 随堂巩固落实 1关于超重和失重的下列说说法中，正确的是 ( ) A超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所 受的重力减小了 B物体做自由落体运动时处动时处 于完全失重状态态，所以做 自由落体运动动的物体不受重力作用 C物体具有向上的速度时处时处 于超重状态态，物体具有向下 的速度时处时处 于失重状态态 D物体处处于超重或失重状态时态时 ，物体的重力始终终存在且 不发发生变变化 解析：物体具有向上的加速度时处时处 于超重状态态，具 有向下的加速度时处时处 于失重状态态，超重和失重并非 物体的重力发发生变变化，而是物体对对支持物的压压力或 对悬对悬 挂物的拉力发发生了变变化，综综上所述，A、B、C 均错错，D正确。 答案：D 2(2012北京模拟)几位同学为为了探究电电梯启动动和制动动 时时的加速度大小，他们们将体重计计放在电电梯中。一位 同学站在体重计计上，然后乘坐电电梯从1层层直接到10层层， 之后又从10层层直接回到1层层。并用照相机进进行了相关 记录记录 ，如图图337所示。他们们根据记录记录 ，进进行了以 下推断分析，其中正确的是 ( ) 图图337 A根据图图2和图图3可估测测出电电梯向上启动时动时 的加速度 B根据图图1和图图2可估测测出电电梯向上制动时动时 的加速度 C根据图图1和图图5可估测测出电电梯向下制动时动时 的加速度 D根据图图4和图图5可估测测出电电梯向下启动时动时 的加速度 解析：由图图1可知该该同学的体重约为约为 47 kg，根据图图1、 图图2可估算出电电梯向上启动时动时 的加速度，根据图图1、图图 5可估算出电电梯向下制动时动时 的加速度，而根据图图2与图图 3和图图4与图图5无法估算加速度，C正确。 答案：C 3一根质质量分布均匀的长绳长绳 AB，在水平外力F的作用 下，沿光滑水平面做直线线运动动，如图图338甲所 示。绳绳内距A端x处处的张张力FT与x的关系如图图33 8 乙所示，由图图可知 ( ) 图图338 A水平外力F6 N B绳绳子的质质量m3 kg C绳绳子的长长度l2 m D绳绳子的加速度a2 m/s2 解析：取x0，对对A端进进行受力分析，FFTma，又 A端质质量趋趋近于零，则则FFT6 N，A正确；由于不知 绳绳子的加速度，其质质量也无法得知，B、D均错误错误 ；由 题图题图 知绳长绳长 度为为2 m，C正确。 答案：AC 4(2012武汉调研)如图图339所示，水平面上有一固定 着轻质轻质 定滑轮轮O的木块块A，它的上表面与水平面平行， 它的右侧侧是一个倾倾角37的斜面。放置在A上的物 体B和物体C通过过一轻质细绳轻质细绳 相连连，细绳细绳 的一部分与 水 平面平行，另一部分与斜面平行。现对现对 A施加一水平向 右的恒力F，使A、B、C恰好保持相对对静止。已知A、 B、C的质质量均为为m，重力加速度为为g，不计计一切摩擦， 求恒力F的大小。(sin 370.6，cos 370.8) 图图339 答案：mg 课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（十一）” 课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（十二）” 教师备选题 （给有能力的学生加餐） 1.如图图1所示，木箱顶顶端固定一竖竖直放置的弹弹簧， 弹弹簧下方有一物块块，木箱静止时弹时弹 簧处处于伸长长 状态态且物块块与箱底间间有压压力。若在某段时间时间 内，物块对块对 箱底刚刚好无 压压力，则则在此段时间时间 内，木箱 的运动动状态态可能为为 ( ) A加速下降 B加速上升 C物块处块处 于失重状态态 D物块处块处 于超重状态态 图图1 解析：木箱静止时弹时弹 簧处处于伸长长状态态且物块块与箱底间间 有压压力，此时时物块块在重力、弹弹簧弹弹力、木箱底对对它向 上的支持力作用下处处于平衡状态态。物块对块对 箱底刚刚好无 压压力时时，重力、弹弹簧弹弹力不变变，其合力竖竖直向下，所 以系统统的加速度向下，物块处块处 于失重状态态，可能加速 下降，故A、C对对。 答案：AC 2如图图2甲所示，两物体A、B叠放在光滑水平面上， 对对物体A施加一水平力F，Ft关系图图象如图图乙所 示。两物体在力F作用下由静止开始运动动，且始终终 相对对静止，则则 ( ) 图图2 AA对对B的摩擦力方向始终终与力F的方向相同 B23 s时间时间 内两物体间间的摩擦力逐渐渐减小 C两物体做匀变变速直线线运动动 D两物体沿直线线做往复运动动 解析：因两物体A、B始终终相对对静止，则则A对对B的摩擦力 方向始终终与力F的方向相同；23 s时间时间 内，力F的大小 逐渐渐增大，则则两物体间间的摩擦力逐渐渐增大；因为为F周期 性变变化，则则两物体做变变加速直线线运动动，且一直向同一方 向运动动，故选项选项 A正确。 答案：A 3(2011新课标全国卷)如图图3所示， 在光滑水平面上有一质质量为为m1 的足够长 够长 的木板，其上叠放一质质量为为m2的木块块。假定 木块块和木板之间间的最大静摩擦力和滑动动摩擦力相等。 现给现给 木块块施加一随时间时间 t增大的水平力Fkt(k是常数) ， 木板和木块块加速度的大小分别为别为 a1和a2。图图4中反映a1 和a2变 变化的图线图线 中正确的是 ( ) 图图3 图图4 答案：A 4(20