2017版高考物理一轮复习-专题3-牛顿运动定律的综合应用课件讲解

2017版高考物理一轮复习-专题3-牛顿运动定律的综合应用课件讲解2017版高考物理一轮复习-专题3-牛顿运动定律的综合应用课件讲解2017版高考物理一轮复习-专题3-牛顿运动定律的综合应用课件讲解-2-一、超重和失重1.实重和视重(1)实重物体实际所受的重力,及物体的运动状态无关。(2)视重弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。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。2021/4/132-3-2.超重、失重和完全失重的比较

2021/4/133-4-二、牛顿运动定律的应用1.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。

2021/4/134-5-2.动力学图象(1)三种图象:v-t图象、a-t图象、F-t图象。(2)图象间的联系:加速度是联系v-t图象及F-t图象的桥梁。(3)三种应用:①已知物体的运动图象,通过加速度分析物体的受力情况。②已知物体受力图象,分析物体的运动情况。③通过图象对物体的受力及运动情况进行分析。(4)解题策略:①弄清图象斜率、截距、交点、拐点的物理意义。②应用物理规律列出及图象对应的函数方程式。2021/4/135-6-2021/4/136-7-1.(多选)质量为m的物体放置在升降机内的台秤上,现在升降机以加速度a在竖直方向上做匀变速直线运动,若物体处于失重状态,则()A.升降机加速度方向竖直向下B.台秤示数减少maC.升降机一定向上运动D.升降机一定做加速运动答案解析解析关闭物体处于失重状态,加速度方向一定竖直向下,但速度方向可能向上,也可能向下,故选项A正确,C、D错误。由mg-FN=ma可知台秤示数减少ma,选项B正确。答案解析关闭AB2021/4/137-8-2.如图所示,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()A.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解析解析关闭不计空气阻力,A、B两物体抛出后一起运动的加速度为g,两物体均处于完全失重状态,因此,物体只受重力作用,两物体间的相互作用力为零,选项A正确。答案解析关闭A2021/4/138-9-3.一个木块以某一水平初速度自由滑上粗糙的水平面,在水平面上运动的v-t图象如图所示。已知重力加速度为g,则根据图象不能求出的物理量是()

A.木块的位移B.木块的加速度C.木块所受摩擦力D.木块及桌面间的动摩擦因数μ答案解析解析关闭位移可由图象与时间轴所围的面积求出,由v-t图线的斜率可求出加速度a,由牛顿第二定律知,a=μg,故动摩擦因数μ也可求出,由于不知木块的质量,故不能求出木块所受摩擦力。答案解析关闭C2021/4/139-10-4.如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀加速直线运动(m1在光滑地面上,m2在空中)。已知力F及水平方向的夹角为θ,则m1的加速度大小为()答案解析解析关闭答案解析关闭2021/4/1310-11-5.(多选)如图所示,小车的质量为m0,人的质量为m,人用恒力F拉绳,若人及车保持相对静止,且地面为光滑的,又不计滑轮及绳的质量,则车对人的摩擦力可能是()答案解析解析关闭答案解析关闭2021/4/1311-12-考点一考点二例1对点训练1考点三对超重、失重的理解

1.不论超重、失重或完全失重,物体的重力不会变,只是“视重”改变。2.物体是否处于超重或失重状态,不在于物体是向上运动还是向下运动,而在于物体是有向上的加速度还是有向下的加速度。3.当物体处于完全失重状态时,重力只产生使物体具有a=g的加速度效果,不再产生其他效果。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、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生向下的压强等。2021/4/1312-13-考点一考点二例1对点训练1考点三4.处于超重和失重状态下的液体的浮力公式分别为超重状态下:F浮=ρV排(g+a);失重状态下:F浮=ρV排(g-a)。处于完全失重状态下的液体的浮力F浮=0,即液体对浸在液体中的物体不再产生浮力。2021/4/1313-14-考点一考点二例1对点训练1考点三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()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解题探究:①超重和失重现象分析的依据是什么?②什么情况下物体处于完全失重状态?提示:依据加速度的方向进行判断。物体加速度方向向上处于超重状态,加速度方向向下处于失重状态。提示:物体加速度大小等于重力加速度的大小且方向竖直向下时处于完全失重状态。答案解析解析关闭手托物体向上运动,物体一定先加速,处于超重状态,但后面的运动可以是减速的,可以是加速的,也可以是匀速的,故选项A、B错误;当物体离开手的瞬间,只受重力作用,物体的加速度等于重力加速度,处于完全失重状态,故选项C错误;物体离开手的前一时刻,手与物体具有相同的速度,物体离开手的下一时刻,手的速度小于物体的速度,即在物体离开手的瞬间这段相同的时间内,手的速度变化量大于物体的速度变化量,故手的加速度大于物体的加速度,也就是手的加速度大于重力加速度,故选项D正确。答案解析关闭D2021/4/1314-15-考点一考点二例1对点训练1考点三规律总结:判断物体处于超重状态还是失重状态的方法(1)从受力的角度判断当物体受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态,小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。(2)从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。(3)从速度变化角度判断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。2021/4/1315-16-考点一考点二例1对点训练1考点三(2015·湖南株洲质检)某同学将一台载有重物的电子台秤置于直升式电梯内,从1楼直升到达10楼下电梯,在进入电梯到下电梯的全过程中他用相机拍摄了如图所示的四幅照片,若电梯静止时,电子台秤指针恰好指到盘面示数为“9”的位置,据此下列判断正确的是()

A.甲应为电梯减速时所拍摄的B.乙表明了电梯处于失重状态C.丙应为电梯匀速时所拍摄的D.丁应为电梯减速时所拍摄的答案解析解析关闭电梯静止时,电子台秤指针恰好指到盘面示数为“9”的位置,若示数大于9,则电梯加速上升或减速下降,处于超重状态;若示数小于9,则电梯减速上升或加速下降,处于失重状态;若示数等于9,则电梯处于静止或匀速直线运动状态。所以选项D正确。答案解析关闭D2021/4/1316-17-考点一考点二例2对点训练2考点三动力学图象问题

1.图象的类型(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况。(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况。2.问题的实质是力及运动的关系问题,求解这类问题的关键是理解图象的物理意义,理解图象的轴、点、线、截距、斜率、面积六大方面。2021/4/1317-18-例2对点训练2考点一考点二考点三(2015·广东梅州模拟)质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图象如图所示。g取10m/s2,求:(1)物体及水平面间的动摩擦因数μ;(2)水平推力F的大小;(3)0~10s内物体运动位移的大小。答案:(1)0.2

(2)6N

(3)46m2021/4/1318-19-例2对点训练2考点一考点二考点三解析:(1)设物体做匀减速直线运动的时间为t2,初速度为v20,末速度为v2t,加速度为a2,则

设物体所受的摩擦力为Ff,由牛顿第二定律得Ff=ma2②Ff=-μmg③联立②③式,代入数据得μ=0.2。④

根据牛顿第二定律,有F+Ff=ma1⑥联立各式,代入数据得F=6N。2021/4/1319-20-例2对点训练2考点一考点二考点三(3)v-t图象及时间轴围成的面积等于位移的大小,则特别提醒:分析图象问题常见的四个误区(1)没有看清纵、横坐标所表示的物理量及单位。(2)不注意坐标原点是否从零开始。(3)不清楚图线的点、斜率、面积等的物理意义。(4)忽视对物体的受力情况和运动情况的分析。2021/4/1320-21-例2对点训练2考点一考点二考点三(多选)(2015·河南安阳质检)如图甲所示,倾角为θ的粗糙斜面体固定在水平面上,初速度为v0=10m/s、质量为m=1kg的小木块沿斜面上滑,若从此时开始计时,整个过程中小木块速度的二次方随路程变化的关系图象如图乙所示,g取10m/s2,下列说法正确的是()

A.0~5s内小木块做匀减速运动B.在t=1s时,摩擦力反向C.斜面倾角θ=37°D.小木块及斜面间的动摩擦因数为0.5答案解析解析关闭答案解析关闭2021/4/1321-22-考点一考点二考点三例3对点训练3动力学中的临界值和极值问题

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。例42021/4/1322-23-考点一考点二考点三(多选)如图所示,在光滑水平面上叠放着A、B两物体,已知mA=6kg、mB=2kg,A、B间动摩擦因数μ=0.2,在物体A上系一细线,细线所能承受的最大拉力是20N,现水平向右拉细线,g取10m/s2,则()A.当拉力F<12N时,A静止不动B.当拉力F>12N时,A相对B滑动C.当拉力F=16N时,B受A的摩擦力等于4ND.在拉力允许的范围内,无论拉力F多大,A相对B始终静止解题探究:A对B的摩擦力使B产生的最大加速度多大?例3对点训练3例4答案解析解析关闭答案解析关闭2021/4/1323-24-考点一考点二考点三例3对点训练3例4如图所示,一质量m=0.4kg的小物块,以v0=2m/s的初速度,在及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θ=30°,物块及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及斜面夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?2021/4/1324-25-考点一考点二考点三例3对点训练3例4解题探究:①在第(1)问中,物块由A到B做何种运动?②假设F及斜面的夹角为α时,拉力最小,画出物块的受力示意图,并平行斜面和垂直斜面列牛顿第二定律表达式。提示:匀加速直线运动。

提示:

Fcosα-mgsinθ-Ff=maFsinα+FN-mgcosθ=0。2021/4/1325-26-考点一考点二考点三例3对点训练3例4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

①v=v0+at②联立①②式,代入数据得a=3m/s2③v=8m/s。④2021/4/1326-27-考点一考点二考点三例3对点训练3例4(2)设物块所受支持力为FN,所受摩擦力为Ff,拉力及斜面间的夹角为α,受力分析如图所示,由牛顿第二定律得Fcosα-mgsinθ-Ff=ma⑤Fsinα+FN-mgcosθ=0⑥又Ff=μFN⑦联立⑤⑥⑦式得由数学知识得

由⑧⑨式可知对应最小F的夹角α=30°⑩联立③⑧⑩式,代入数据得F的最小值为2021/4/1327-28-考点一考点二考点三例3对点训练3例4规律总结:动力学中的“四种”典型临界条件(1)接触及脱离的临界条件: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)绳子断裂及松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断及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:当加速度变为零时。2021/4/1328-29-考点一考点二考点三例3对点训练3例4一个质量为0.2kg的小球用细绳吊在倾角为θ=53°的斜面顶端,如图所示,斜面静止时,球紧靠在斜面上,绳及斜面平行,不计摩擦,当斜面以10m/s2

的加速度向右做加速运动时,求绳子的拉力及斜面对小球的弹力。(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2)

答案:绳子的拉力为2.83N,斜面对小球的弹力为零解析:先分析物理现象,用极限法把加速度a推到两个极端来分析:当a较小(a→0)时,小球受三个力(重力、绳拉力和斜面的支持力)作用,此时绳平行于斜面;当a较大(足够大)时,小球将“飞离”斜面,此时绳及水平方向的夹角未知,那么当a=10m/s2

向右时,究竟是上述两种情况中的哪一种?解题时必须先求出小球离开斜面的临界值a0,然后才能确定。2021/4/1329-30-考点一考点二考点三例3对点训练3例4令小球处在离开斜面的临界状态(FN刚好为零)时,斜面向右的加速度为a0,此时对小球有mgcotθ=ma0所以a0=gcotθ=7.5m/s2,因为a=10m/s2>a0所以小球离开斜面(如图所示)向右加速运动2021/4/1330-31-

“传送带模型”问题物体在传送带上运动的情形统称为传送带模型。因物体及传送带间的动摩擦因数、斜面倾角、传送带速度、传送方向、滑块初速度的大小和方向的不同,传送带问题往往存在多种可能,因此对传送带问题做出准确的动力学过程分析,是解决此类问题的关键。2021/4/1331-32-1.水平传送带模型

2021/4/1332-33-2021/4/1333-34-例题(2015·河北衡水质检)如图为某工厂的货物传送装置,倾斜运输带AB(及水平面成

α=37°角)及一斜面BC(及水平面成θ=30°角)平滑连接,B点到C点的距离为l=0.6m,运输带运行速度恒为v0=5m/s,A点到B点的距离为x=4.5m,现将一质量为m=0.4kg的小物体轻轻放于A点,物体恰好能到达最高点C点,已知物体及斜面间的动摩擦因数,求:(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,空气阻力不计)(1)小物体运动到B点时的速度v的大小;(2)小物体及运输带间的动摩擦因数μ;(3)小物体从A点运动到C点所经历的时间t。2021/4/1334-35-解题探究:①小物体由B到C做什么运动?加速度多大?提示:匀减速直线运动。由mgsinθ+μ1mgcosθ=ma1得a1=7.5m/s2。②小物体由A到B可能有哪几种运动状态?如果物体离开传送带时速度小于传送带速度,物体一定做什么运动?提示:一直匀加速,先匀加速后匀速。如果物体离开传送带时速度小于传送带速度,物体一定做匀加速运动。2021/4/1335-36-2021/4/1336-37-规律总结:(1)水平传送带问题:求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断。判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度及传送带的速度,也就是分析物体在运动位移x(对地)的过程中速度是否和传送带速度相等。物体的速度及传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻。(2)倾斜传送带问题:求解的关键在于认真分析物体及传送带的相对运动情况,从而确定其是否受到滑动摩擦力作用。如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向,然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况。当物体速度及传送带速度相等时,物体所受的摩擦力有可能发生突变。2021/4/1337-38-(多选)如图所示,水平传送带A、B两端相距s=3.5m,物体及传送带间的动摩擦因数μ=0.1,物体滑上传送带A端的瞬时速度vA=4m/s,到达B端的瞬时速度设为vB。下列说法中正确的是()

A.若传送带不动,vB=3m/sB.若传送带逆时针匀速转动,vB一定等于3m/sC.若传送带顺时针匀速转动,vB一定等于3m/sD.若传送带顺时针匀速转动,vB有可能等于3m/s答案解析解析关闭答案解析关闭2021/4/1338-39-123451.如图所示,我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景。宇航员在火箭发射及飞船回收的过程中均要经受超重或失重的考验,下列说法正确的是()A.火箭加速上升时,宇航员处于失重状态B.火箭加速上升时,宇航员处于超重状态C.飞船加速下落时,宇航员处于超重状态D.飞船落地前减速时,宇航员对座椅的压力小于其重力答案解析解析关闭火箭加速上升过程中加速度方向向上,宇航员处于超重状态,选项A错误,B正确。飞船加速下落时加速度方向向下,宇航员处于失重状态,