新课标2018高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的综合应用一课件

1、物理课标版第3讲牛顿运动定律的综合应用(一)考点一连接体问题考点一连接体问题1.连接体与隔离体:两个或两个以上物体“相连接”组成的物体系统,称为连接体。如果把其中某个(或几个)物体隔离出来,该(这几个)物体称为隔离体。2.外力和内力(1)以系统为研究对象,系统之外其他物体的作用力是系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力。(2)求外力时应用牛顿第二定律列方程,且不考虑内力;如果把物体隔离出来作为研究对象,则这些内力将转换为隔离体的外力。1.加速度相同的连接体问题(1)若求解整体的加速度,可用整体法。整个系统看做一个研究对象,分析整体受外力情况,再由牛顿第二定律求出加速度。(2)若求解

2、系统内力,可先用整体法求出整体的加速度,再用隔离法将内力转化成外力,由牛顿第二定律求解。2.加速度不同的连接体问题(1)若系统内各个物体的加速度不同,一般应采用隔离法。以各个物体分别作为研究对象,对每个研究对象进行受力和运动情况分析,分别应用牛顿第二定律建立方程,并注意应用各个物体的相互作用关系,联立求解。(2)对某些加速度不同的连接体问题,也可以运用“类整体法”列方程求解设系统内有几个物体,这几个物体的质量分别为m1、m2、m3、,加速度分别为a1、a2、a3、,这个系统的合外力为F合,则这个系统的牛顿第二定律的表达式为F合=m1a1+m2a2+m3a3+,其正交分解表达式为Fx合=m1a1

3、x+m2a2x+m3a3x+Fy合=m1a1y+m2a2y+m3a3y+对这个结论可以这样理解:先分别以系统中的每个物体为研究对象用牛顿第二定律:F1=m1a1,F2=m2a2,Fn=mnan,将以上各式等号左、右两边分别相加,其中左边所有力中,凡属于系统内力的,总是成对出现的,其矢量和必为零,所以最后实际得到的是该系统所受的所有外力之和,即合外力F合。3.当系统内各物体由细绳通过滑轮连接,物体加速度大小相同时,也可以将绳等效在一条直线上用整体法处理。如图所示,m1m2,可以由整体法列方程为:(m1-m2)g=(m1+m2)a。1-1 (2016湖南衡阳联考,16)质量不等的两木块A、B,用跨

4、过一轻质定滑轮的轻绳相连,在图示情况下,木块A、B一起做匀速运动。若木块A、B的位置互相交换,则木块A运动的加速度为(木块A、B与桌面间的动摩擦因数均为,且1,重力加速度为g,空气阻力、滑轮摩擦均不计)()A.(1-)gB.(1-2)gC.gD.与木块A、B的质量有关21答案答案 AA、B匀速运动过程,有mAg=mBgA、B互相交换后,有mBg-mAg=(mA+mB)a解得a=(1-)g故选A。1-2 (2015课标,20,6分)(多选)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;

5、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()A.8B.10C.15D.18答案答案BC如图所示,假设挂钩P、Q东边有x节车厢,西边有y节车厢,每节车厢质量为m。当向东行驶时,以y节车厢为研究对象,则有F=mya;当向西行驶时,以x节车厢为研究对象,则有F=mxa,联立两式有y=x。232323可见,列车总节数N=x+y=x,设x=3n(n=1,2,3),则N=5n,故可知选项B、C正确。531-3(多选)如图所示,顶角为直角、质量为M的斜面体abc放在粗糙的水平面上。两个质量均为m的小物块,在顶

6、端由静止开始同时沿两侧光滑斜面下滑,下滑过程中斜面体始终保持静止状态。设斜面体受到地面对它的支持力为FN、摩擦力为Ff,两小物块落地前,下列判断正确的是()A.FN=Mg+2mgB.FNMg+2mgC.Ff=0D.Ff0答案答案 BC将两小物块的加速度分解,如图所示设左侧斜面的倾角为,则右侧斜面的倾角为。两小物块沿光滑斜面均做匀加速直线运动,且加速度a1=gsin,a2=gsin=gcos。把斜面体和两小物块看成一个整体,因两小物块具有竖直向下的分加速度,所以整体处于失重状态,则地面对斜面体的支持力FN=(M+2m)g-ma1sin-ma2cos=(M+m)g重力,5s55s时间内,电梯处于匀

7、速上升过程,拉力等于重力,55s60s时间内,电梯处于失重状态,拉力小于重力,综上所述,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t=60s时电梯的速度为零,D正确。2-2 (2016湖南长沙一模,15)以相同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时,一个物体所受空气阻力可以忽略,另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比,下列用虚线和实线描述两物体运动的速率-时间图像可能正确的是()答案答案 D在速率-时间图像中,斜率的绝对值表示物体运动的加速度大小。所受空气阻力可忽略的物体,其只受重力作用,加速度不变,图线为图中虚线;

8、不可忽略空气阻力的物体,其所受空气阻力大小与速率成正比,为变力,图线为图中实线,对受空气阻力作用的物体分析知,其上升过程中速率越来越小,则其所受阻力越来越小,合力越来越小,加速度越来越小,当其到达最高点时速率为零,加速度等于重力加速度,其从最高点下落过程中,速率越来越大,阻力越来越大,合力越来越小,加速度越来越小,若其在落地前阻力已经等于重力,则其最后阶段做匀速运动,故选D。2-3 (2015课标,20,6分)(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

9、斜面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度答案答案ACD设物块的质量为m、斜面的倾角为,物块与斜面间的动摩擦因数为,物块沿斜面上滑和下滑时的加速度大小分别为a1和a2,根据牛顿第二定律有:mgsin+mgcos=ma1,mgsin-mgcos=ma2。再结合v-t图线斜率的物理意义有:a1=,a2=。由上述四式可见,无法求出m,可以求出、,故B错,A、C均正确。0t1时间内的v-t图线与横轴包围的面积大小等于物块沿斜面上滑的最大距离,已求出,故可以求出物块上滑的最大高度,故D正确。01vt11vt方法指导方法指导在解答图像问题时要特别注意图像与解析式的对应性,通过解析式可以很好地解读图

10、像信息。考点三临界极值问题考点三临界极值问题临界或极值条件的标志(1)题目中“刚好”“恰好”“正好”等关键词,明显表明题述的过程存在着临界点。(2)题目中“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词句,表明题述过程存在着“起止点”,而这些起止点一般对应着临界状态。(3)题目中“最大”“最小”“至多”“至少”等关键词,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点。力学中常见临界条件(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

11、条件:绳子所能承受的张力是有限的,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)加速度最大与速度最大的临界条件:当物体在变化的外力作用下运动时,其加速度和速度都会不断变化,当所受合外力最大时,具有最大加速度;合外力最小时,具有最小加速度。当出现速度有最大值或最小值的临界条件时,物体处于临界状态,所对应的速度便会出现最大值或最小值。3-1 (2016广东广州模拟,20)(多选)如图所示,质量为m的球置于斜面上,被一个竖直挡板挡住。现用一个恒力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,以下说法中正确的是()A.若加速度足够

12、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.斜面对球的弹力大小与加速度大小无关D.斜面、挡板对球的弹力与球的重力三者的合力等于ma答案答案 CD小球与斜面具有共同的加速度,即在水平面上向右做匀加速直线运动。对小球进行受力分析,受重力mg、挡板的弹力F1和斜面的弹力F2。根据牛顿第二定律得合力F合=ma,D对;设斜面倾角为,则对小球,竖直方向:F2cos=mg,解得F2=,故B错,C对;水平方向:F1-F2sin=ma,不论加速度a是大还是小,F1都不可能为零,故A错。cosmg3-2(2016安徽合肥质检)如图所示,一长L=2m、质量M=4kg的薄木板(厚度不计

13、)静止在粗糙的水平台面上,其右端距平台边缘l=5m,木板的正中央放有一质量为m=1kg的小物块(可视为质点),已知木板与地面、物块与木板间动摩擦因数均为1=0.4。现对木板施加一水平向右的恒力F,其大小为48N,g取10m/s2,试求:(1)F作用了1.2s时,木板的右端离平台边缘的距离;(2)要使小物块最终不能从平台上滑出去,则物块与平台间的动摩擦因数2应满足的条件。答案答案(1)0.64m(2)20.2解析解析(1)假设开始时物块与木板相对滑动,由牛顿第二定律得:对木板:F-1(M+m)g-1mg=Ma1a1=6m/s2对物块:1mg=ma2a2=4m/s2假设成立。设F作用t时间后,物块

14、恰好从木板左端滑离,则=a1t2-a2t2t=1s在此过程,木板位移:2L1212x1=a1t2=3m末速度:v1=a1t=6m/s物块位移:x2=a2t2=2m末速度:v2=a2t=4m/s小物块从木板上滑落后运动t0=1.2s-1s=0.2s时间内由牛顿第二定律得:对木板:F-1Mg=Ma1a1=8m/s21212木板发生的位移:x1=v1t0+a1=1.36m此时木板距平台右边缘的距离:x=l-x1-x1=0.64m(2)小物块滑落至平台后,做匀减速直线运动,由牛顿第二定律:对物块:2mg=ma2a2=2g若小物块在平台上速度减为0,则通过的位移:x2=要使物块最终不会从平台上滑下去,则

15、需满足:1220t2222val+x2+x2联立以上各式解得:20.22L3-3 (2013山东理综,22,15分)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。(2)拉力F与斜面夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?33答案答案(1)3m/s28m/s(2)30N解析解析(1)设物块加速度的大小为a,到达B点时速度的大小为v,由运动学公式得L=v0t+at2v=v0+at联立式,代入数据得a=3m/s2v=8m/s(2)设物块所受支持力为FN,所受摩擦力为Ff,拉力与斜面间的夹角为,受13 3512力分析如图所示,由牛顿第二定律得Fcos-mgsin-Ff=maFsin+FN-mgcos=0又Ff=FN联立式得F=(sincos )cossinmgma由数学知识得cos+sin=sin(