高三物理一轮复习 必考部分 第3章 牛顿运动定律 第3节 牛顿运动定律的综合应用教师用书

到乌蒙山区的昭通;从甘肃中部的定西，到内蒙古边陲的阿尔山，看真贫、知真贫，真扶贫、扶真贫，成为“花的精力最多”的事;“扶贫先扶志”“扶贫必扶智”“实施精准扶贫”第3节牛顿运动定律的综合应用知识点1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：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弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力2超重、失重和完全失重比较超重现象失重现象完全失重概念物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象产生条件物体的加速度方向向上物体的加速度方向向下物体的加速度方向向下，大小ag原理方程FmgmaFm(ga)mgFmaFm(ga)mgFmgF0运动状态加速上升、减速下降加速下降、减速上升无阻力的抛体运动情况；绕地球匀速圆周运动的卫星知识点2整体法与隔离法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，则原来的内力将转换为隔离体的外力1正误判断(1)超重说明物体的重力增大了()(2)失重说明物体的重力减小了()(3)物体超重时，加速度向上，速度也一定向上()(4)物体失重时，也可能向上运动()(5)应用牛顿运动定律进行整体分析时，可以分析内力()(6)物体完全失重时，说明物体的重力为零()2(对超重和失重的理解)(2014北京高考)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()【导学号：96622047】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【答案】D3(完全失重状态的应用)如图331所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)下列说法正确的是()图331A在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力【答案】A4(整体法与隔离法的应用)两个物体A和B，质量分别为m1和m2，互相接触放在光滑水平面上，如图332所示，对物体A施以水平的推力F，则物体A对物体B的作用力等于()【导学号：96622048】图332A.FB.FCF D.F【答案】B核心精讲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，与物体向上运动还是向下运动无关，决定于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的根本依据所在3当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生ag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，如天平失效、液体不再产生压强和浮力等题组通关1为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯无人乘坐时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图333所示下列说法中正确的是()图333A顾客始终受到三个力的作用B顾客始终处于超重状态C顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下D顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方，再竖直向下C当扶梯加速向上运动时，顾客受竖直向下的重力、竖直向上的支持力、水平向右的摩擦力三个力作用，且处于超重状态；当顾客匀速上升时，只受重力和支持力两个力作用，且此时不超重，也不失重，顾客对扶梯作用力竖直向下；加速上升过程中，顾客对扶梯作用力是向下的压力和向左的摩擦力的合力，方向斜向左下方，故C正确，A、B、D均错误2(2015重庆高考)若货物随升降机运动的v t图象如图334所示(竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图象可能是()【导学号：96622049】图334【答案】B根据v t图象可知电梯的运动情况：加速下降匀速下降减速下降加速上升匀速上升减速上升，根据牛顿第二定律Fmgma可判断支持力F的变化情况：失重等于重力超重超重等于重力失重，故选项B正确名师微博三个技巧：1物体向上加速或向下减速时，超重2物体向下加速或向上减速时，失重3物体的加速度如果不沿竖直方向，只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就处于超重或失重状态核心精讲1方法概述(1)整体法是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法(2)隔离法是指从整个系统中隔离出某一部分物体，进行单独研究的方法2涉及隔离法与整体法的具体问题类型(1)涉及滑轮的问题图335若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法例如，如图335所示，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)各物体保持相对静止，即具有相同的加速度解题时，一般采用先整体、后隔离的方法建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度3解题思路(1)分析所研究的问题适合应用整体法还是隔离法(2)对整体或隔离体进行受力分析，应用牛顿第二定律确定整体或隔离体的加速度(3)结合运动学方程解答所求解的未知物理量师生共研考向1涉及滑轮的连接体问题如图336所示的装置叫做阿特伍德机，是阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律绳子两端的物体下落(上升)的加速度总是小于自由落体的加速度g，同自由落体相比，下落相同的高度所花费的时间要长，这使得实验者有足够的时间从容的观测、研究已知物体A、B的质量相等均为M，物体C的质量为m，轻绳与轻滑轮间的摩擦不计，绳子不可伸长，如果mM，求：图336(1)物体B从静止开始下落一段距离的时间与其自由落体下落同样的距离所用时间的比值；(2)系统由静止释放后运动过程中物体C对B的拉力大小【规范解答】(1)设物体的加速度为a，绳子中的张力为F，对物体A，FMgMa，对BC整体，(Mm)gF(Mm)a，联立解得：ag.将mM，代入得a.物体B从静止开始下落一段距离，hat2，自由落体下落同样的距离，hgt，解得3.即物体B从静止开始下落一段距离的时间与其自由落体下落同样的距离所用时间的比值为3.(2)设B对C的拉力为T，对物体C，由牛顿运动定律，mgTma，解得Tmgmamg.由牛顿第三定律，物体C对B的拉力为mg.【答案】(1)3(2)mg考向2水平方向上运动的连接体问题(多选)(2015全国卷)在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩连接好的车厢当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时，连接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着车厢以大小为a的加速度向西行驶时，P和Q间的拉力大小仍为F.不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为() A8B10C15 D18BC设该列车厢与P相连的部分为P部分，与Q相连的部分为Q部分设该列车厢有n节，Q部分为n1节，每节车厢质量为m，当加速度为a时，对Q有Fn1ma；当加速度为a时，对P有F(nn1)ma，联立得2n5n1.当n12，n14，n16时，n5，n10，n15，由题中选项得该列车厢节数可能为10或15，选项B、C正确1处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的思路是先用整体法求加速度，再用隔离法求物体间的作用力2隔离法分析物体间的作用力时，一般应选受力个数较少的物体进行分析题组通关3如图337所示，在建筑工地，工人用两手对称水平使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3m，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() 【导学号：96622050】图337AF B2FC.m(ga) Dm(ga)D由于A、B相对静止，故A、B之间的摩擦力为静摩擦力，A、B错误；设工人对A、B在竖直方向上的摩擦力为f，以A、B整体为研究对象可知在竖直方向上有2Ff(m3m)g(m3m)a，设B对A的摩擦力方向向下，大小为Ff，对A由牛顿第二定律有FfFfmgma，解得Ffm(ga)，D正确，C错误4(多选)(2017苏州模拟)质量分别为M和m的物块形状大小均相同，将它们通过轻绳和光滑定滑轮连接，如图338甲所示，沿斜面方向的绳子在各处均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()甲乙图3-3-8A轻绳的拉力等于MgB轻绳的拉力等于mgCM运动的加速度大小为(1sin )gDM运动的加速度大小为gBC按题图甲放置时，M静止，则Mgsin mg，按题图乙放置时，由牛顿第二定律得Mgmgsin (Mm)a，联立解得a(1sin )g.对m由牛顿第二定律得Tmgsin ma，解得Tmg，故A、D错误，B、C正确核心精讲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，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师生共研(2014上海高考)如图339，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为的固定斜面，斜面上放一质量为m的光滑球静止时，箱子顶部与球接触但无压力箱子由静止开始向右做匀加速运动，然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止，经过的总路程为s，运动过程中的最大速度为v.图339(1)求箱子加速阶段的加速度大小a；(2)若agtan ，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力【合作探讨】(1)若球不受箱子的作用力，箱子减速的加速度a0为多大？提示：球不受箱子的作用力，只受重力mg和斜面的支持力FN，则有：mgFNcos ，FNsin ma0，可得：a0gtan .(2)agtan 时呢？提示：agtan 时，球受到箱子顶部竖直向下的作用力【规范解答】(1)由匀变速直线运动的公式有v22as1，v22as2，且s1s2s解得：a(2)假设球刚好不受箱子作用，应满足FNsin ma0，FNcos mg，解得a0gtan ，箱子减速时加速度水平向左，当agtan 时，箱子左壁对球的作用力为零，顶部对球的力不为零此时球受力如图由牛顿第二定律得FNcos FmgFNsin ma解得Fm.【答案】(1)(2)0m题组通关5如图3310所示，质量为1 kg的木块A与质量为2 kg的木块B叠放在水平地面上，A、B间的最大静摩擦力为2 N，B与地面间的动摩擦因数为0.2.用水平力F作用于B，则A、B保持相对静止的条件是(g取10 m/s2)() 【导学号：96622051】图3310AF12 NBF10 NCF9 N DF6 NA当A、B间有最大静摩擦力(2 N)时，对A由牛顿第二定律知，加速度为2 m/s2，对A、B整体应用牛顿第二定律有：F(mAmB)g(mAmB)a，解得F12 N，A、B保持相对静止的条件是F12 N，A正确，B、C、D错误6如图3311所示，劲度系数为k的轻质弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上、质量均为m的物体A、B接触(A与B和弹簧均未连接)，弹簧水平且无形变用水平力F缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止已知物体A与水平面间的动摩擦因数为，物体B与水平面间的摩擦不计撤去F后，物体A、B开始向左运动，A运动的最大距离为4x0，重力加速度为g.则()图3311A撤去F后，物体A和B先做匀加速运动，再做匀减速运动B撤去F后，物体