2014高考物理第一轮复习 第三章 第3讲 牛顿运动定律的综合应用课件 新人教版必修1.ppt

1、第3讲牛顿运动定律的综合应用,知识点 1 超重和失重1.视重(1)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_称为视重。(2)视重大小等于弹簧测力计所受物体的_或台秤所受物体的_。,示数,拉力,压力,2.超重、失重和完全失重的比较,大于,小于,等于,竖直向上,竖直向下,竖直向下,a=g,m(g+a),m(g-a),加速,减速,加速,减速,加速,减速,知识点 2 牛顿定律的应用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_相同时,可以把系统内的所有物体看成一个_,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对_列方程求解的方法。,加速度,整体,整体,(2)隔离法当求系

2、统内物体间相互作用的_时,常把某个物体从系统中_出来,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对_出来的物体列方程求解的方法。,内力,隔离,隔离,2.动力学图像(1)三种图像:v-t图像、a-t图像、F-t图像。(2)图像间的联系:加速度是联系v-t图像与F-t图像的桥梁。(3)三种应用:已知物体的运动图像,通过加速度分析物体的受力情况。已知物体受力图像,分析物体的运动情况。通过图像对物体的受力与运动情况进行分析。,(4)解题策略:弄清图像斜率、截距、交点、拐点的物理意义。应用物理规律列出与图像对应的函数方程式。,【思考辨析】(1)超重就是物体的重力变大的现象。()(2)减速上升的升降机内的物体

3、,物体对地板的压力大于重力。()(3)加速上升的物体处于超重状态。()(4)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。()(5)处于完全失重状态的物体,重力并没有发生变化。()(6)超重和失重现象与物体运动的速度大小和方向无关。()(7)站在台秤上的人下蹲过程,台秤的示数保持不变。(),分析:超重是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体重力的现象,物体的重力并没有发生变化,故(1)错;减速上升的升降机具有向下的加速度,物体处于失重状态,对地板的压力小于物体的重力,故(2)错;加速上升的物体具有向上的加速度,处于超重状态,故(3)对;加速度竖直向下且等于g时,物体处于完全失重状态,但物体在

4、其他方向的加速度等于g时,如水平方向加速度a=g时,则不是处于完全失重状态,故(4)错;处于完全失重状态的物体,其加速度方向竖直向下,大小等于g,物体对悬挂物的拉,力或对支持物的压力等于零,物体的重力没有发生变化,故(5)对;超重和失重现象只与物体的加速度方向有关,物体的加速度方向向上,超重;物体的加速度方向向下,失重。超重和失重与物体运动的速度大小和方向无关,故(6)对;站在台秤上的人下蹲过程,人先加速下降,后减速下降,故人先处于失重状态,后处于超重状态,台秤的示数先小后大,故(7)错。,考点 1 对超重和失重的理解(三年3考)深化理解【考点解读】(1)不管物体的加速度是不是竖直方向,只要其

5、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。(2)超重并不是重力增加了,失重并不是重力减小了,完全失重也不是重力完全消失了。在发生这些现象时,物体的重力依然存在,且不发生变化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化。,(3)在完全失重的状态下,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、液体柱不再产生压强等。,【典例透析1】(2013杭州模拟)某人乘电梯从24楼到1楼的v-t图像如图,下列说法正确的是()A.04s内物体做匀加速直线运动,加速度为1m/s2B.416s内物体做匀速直线运动,速度保持4m/s不变,处于完全失重状态C.162

6、4s内,物体做匀减速直线运动,速度由4m/s减至0,处于失重状态D.024s内,此人经过的位移为72m,【解题探究】(1)v-t图像的斜率以及图像与时间轴围成的面积的意义是什么?提示:v-t图像的斜率表示物体的加速度,其大小表示加速度的大小,正负表示加速度的方向;图像与时间轴围成的面积表示物体发生的位移。(2)超重、失重现象与加速度存在怎样的关系?提示: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,加速度等于重力加速度,方向竖直向下,处于完全失重状态。,【解析】选A、D。04s内物体的速度均匀增加,物体做匀加速直线运动,其加速度a= m/s2=1m/s2,选项A正确;416s内物

7、体速度保持4m/s不变,做匀速直线运动,处于平衡状态,选项B错误;1624s内,物体速度由4m/s均匀减至0,做匀减速直线运动,加速度竖直向上,处于超重状态,选项C错误;v-t图像与时间轴围成的面积表示位移,故024s内,此人经过的位移s= =72m,选项D正确。,【总结提升】判断超重和失重现象的三个技巧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

8、)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。,【变式训练】如图所示,小球的密度小于杯中水的密度,弹簧两端分别固定在杯底和小球上。静止时弹簧伸长x。若全套装置自由下落,则在下落过程中弹簧的伸长量将()A.仍为x B.大于xC.小于x,大于零 D.等于零【解析】选D。当全套装置自由下落时,系统处于完全失重状态,弹簧与连接物之间无相互作用力,即弹簧恢复到原长,故选项D正确。,考点 2 动力学图像问题(三年10考)拓展延伸【考点解读】1.图像的类型(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

9、的图线,要求分析物体的受力情况。,2.问题的实质是力与运动的关系问题,求解这类问题的关键是理解图像的物理意义,理解图像的轴、点、线、截、斜、面六大功能。,【典例透析2】(2013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图像如图所示。g取10m/s2,求:(1)物体与水平面间的动摩擦因数;(2)水平推力F的大小;(3)010s内物体运动位移的大小。,【解题探究】(1)物体在水平面内做何种运动?提示:由v-t图像可知,物体在06s内做匀加速直线运动,610s内做匀减速直线运动。,(2)请画出物体运动过程的受力分析图。提示:,【解析】(1)

10、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a2= =-2m/s2 设物体所受的摩擦力为f,由牛顿第二定律得:f=ma2 f=-mg 联立式,代入数据得=0.2 ,(2)设物体做匀加速直线运动的时间为t1,初速度为v10,末速度为v1t,加速度为a1,则a1= =1m/s2 根据牛顿第二定律,有F+f=ma1 联立各式,代入数据得F=6N(3)v-t图像与时间轴围成的面积等于位移的大小,则:s= (2+8)6m+ 84m=46m答案:(1)0.2(2)6N(3)46m,【总结提升】数图结合解决动力学问题(1)物理公式与物理图像的结合是一种重要题型。对于已

11、知图像求解相关物理量的问题,往往是结合物理过程从分析图像的横、纵坐标轴所对应的物理量的函数入手,分析图线的斜率、截距所代表的物理意义得出所求结果。(2)解决这类问题的核心是分析图像,尤其应特别关注v-t图像的斜率(即加速度)和力的图线与运动的对应关系。,【变式训练】(2013汕头模拟)雨滴从空中由静止落下,若雨滴下落时空气对其阻力随雨滴下落速度的增大而增大,如图所示的图像能正确反映雨滴下落运动情况的是(),【解析】选C。雨滴速度增大时,阻力也增大,由牛顿第二定律得 故加速度逐渐减小,最终雨滴做匀速运动。,【变式备选】如图甲所示,用同种材料制成的倾角为30的斜面和长水平面,斜面和水平面之间由光滑

12、圆弧连接,斜面长为2.4m且固定。一小物块从斜面顶端以沿斜面向下的初速度v0开始自由下滑。当v0=2m/s时,经过0.8s后小物块停在斜面上。多次改变v0的大小,记录下小物块从开始运动到最终停下的时间t,作出t-v0图像如图乙所示,g取10m/s2,则(),A.小物块与该种材料间的动摩擦因数为0.25B.小物块与该种材料间的动摩擦因数为C.若小物块初速度为1m/s,则根据图像可知小物块运动时间为0.4sD.若小物块初速度为4m/s,则根据图像可知小物块运动时间为1.6s,【解析】选B、C。由t-v0图像可得对小物块应用牛顿第二定律有mgcos30mgsin30ma，解得 则A项错，B项对。若v

13、01 m/s，小物块仍在斜面上运动，由图像可知小物块运动时间为0.4 s，C项对。若v04 m/s，由小物块已运动到水平面上，图像对小物块已不再成立，故D项错。,考点 3 应用牛顿定律解决多过程问题(三年5考)解题技巧【考点解读】1.多过程问题很多动力学问题中涉及物体两个或多个连续的运动过程,在物体不同的运动阶段,物体的运动情况和受力情况都发生了变化,这类问题称为牛顿定律中的多过程问题。,2.解题策略有些题目中这些过程是彼此独立的,也有的题目中相邻的过程之间也可能存在一些联系,解决这类问题时,既要将每个过程独立分析清楚,又要关注它们之间的联系。3.类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过

14、程问题和多体多过程问题。,【典例透析3】(2011江苏高考)如图所示,长为L,内壁光滑的直管与水平地面成30角固定放置,将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口,现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球的转向过程中速率不变(重力加速度为g)。,(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;(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于,【解题探究】(1)小物块落地前,小物块和小球各做何种运动?小物块落地后,小球做何种运动?提示:小物块落地前,小物块和小球都

15、做匀加速直线运动,其加速度大小相同;小物块落地后,小球做匀减速直线运动。,(2)请画出小物块落地前、后,小物块和小球的受力分析图。提示:,(3)小球做平抛运动,如何分解?提示:将平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。,【解析】(1)设细线中的张力为FT,根据牛顿第二定律Mg-FT=MaFT-mgsin30=ma且M=km联立解得,(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度大小为a0,根据牛顿第二定律-mgsin30=ma0由匀变速直线运动规律知v2=2aLsin30v02-v2=2a0L(1-sin30)联立解得,(3)由平抛运动规律

16、x=v0t,Lsin30= gt2答案: (3)见解析,【总结提升】处理多过程问题时应注意的三个问题(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,有些是承上启下,上一过程的结果是下一过程的已知,这种情况,一步一步完成即可。(2)有些是树枝型,告诉的只是旁支,要求的是主干(或另一旁支),这就要求仔细审题,找出各过程的关联,按顺序逐个分析;对于每一个研究过程,选择什么规律,应用哪一个运动学公式要明确。(3)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。,【变式训练】(2013济南模拟)一卡车拖挂一相同质量的车厢,在水平直道上以v0=12m/s的速度

17、匀速行驶,其所受阻力可视为与车重成正比,与速度无关,某时刻,车厢脱落,并以大小为a=2m/s2的加速度减速滑行,在车厢脱落t=3s后,司机才发觉并紧急刹车,刹车时阻力为正常行驶时的3倍,假设刹车前牵引力不变,求卡车和车厢都停下后两者之间的距离。,【解析】设刹车前卡车的牵引力大小为F,卡车的质量为m,则车厢没脱落前,F=2mg 设车厢脱落后,卡车加速度大小为a1,刹车后,卡车加速度大小为a2,由牛顿第二定律得:F-mg=ma1 mg=ma 3mg=ma2 ,设车厢脱落后,t=3s内卡车行驶的路程为s1,末速度为vt,则:s1=v0t+ a1t2 vt=v0+a1t vt2=2a2s2 (式中s2

18、是卡车在刹车后减速行驶的路程)设车厢脱落后滑行的路程为s,有v02=2as 卡车和车厢都停止时相距s,则:s=s1+s2-s 式联立代入数据解得:s=36m.答案:36m,【典例透析】(2011山东高考)如图所示,在高出水平地面h=1.8m的光滑平台上放置一质量M=2kg、由两种不同材料连接成一体的薄板A,其右段长度l1=0.2m且表面光滑,左段表面粗糙。在A最右端放有可视为质点的物块B,其质量m=1kg。B与A左段间动摩擦因数=0.4。开始时二者均静止,先对A施加F=20N水平向右的恒力,待B脱离A(A尚未露出平台)后,将A取走。B离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离x=1.2m。(取g

19、=10m/s2)求:,【备选例题】,(1)B离开平台时的速度vB。(2)B从开始运动到刚脱离A时,B运动的时间tB和位移xB。(3)A左段的长度l2。,【规范解答】(1)物块B离开平台后做平抛运动:x=vBt,h= gt2,解之可得vB=2m/s(2)物块B与A右端接触时处于静止状态,当B与A左端接触时做匀加速直线运动,设加速度为aB,则mg=maB,vB=aBtB,又xB= aBtB2,解之可得tB=0.5s,xB=0.5m,(3)A刚开始运动时,A做匀加速直线运动,设加速度为a1,B刚开始运动时,A的速度为v1,加速度为a2,则有F=Ma1,v12=2a1l1,F-mg=Ma2,l2=v1

20、tB+ a2tB2 - aBtB2,解之可得l2=1.5m。答案:(1)2m/s(2)0.5s0.5m(3)1.5m,动力学中的整体法与隔离法1.方法概述整体法就是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法;隔离法就是从整个系统中将某一部分物体隔离出来,然后单独分析被隔离部分的受力情况和运动情况,从而把复杂的问题转化为简单的一个个小问题求解的方法。,2.常见类型(1)研究对象的整体与隔离,如连接体内各物体具有相同的加速度,求解整体受到的外力,采用整体法,连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时,采用隔离法。(2)运动过程的整体与隔离,如利用能量观点解决问题,常抓住整个

21、过程的初、末状态整体分析,若求解多过程中的某一物理量,应对各个物理过程隔离进行受力分析及运动状态分析。,3.解题思路(1)分析所研究的问题是否属于整体法和隔离法问题。(2)确定该问题属于哪类整体、隔离问题。(3)分析问题整体、隔离的解题思路。,【典例】(2012江苏高考)如图所示,一夹子夹住木块,在力F作用下向上提升。夹子和木块的质量分别为m、M,夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f。若木块不滑动,力F的最大值是(),【深度剖析】选A。夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f,设木块向上运动的最大加速度为a,则对木块受力分析由牛顿第二定律得2f-Mg=Ma,解得 对整体由牛顿第二定律得F-(M+m

22、)g=(M+m)a,解得 故若木块不滑动,力F的最大值为 选项A正确。,【名师指津】涉及整体法与隔离法的问题类型1.问题类型(1)涉及滑轮的问题若要求绳的拉力,一般都必须采用隔离法。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)中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)斜面体与上面物体组成的连接体的问题当物体具有沿斜面方向的加速度,而斜面体相对于地面静止时,解题时一般采用隔离法分析。,2

23、.解决这类问题的关键正确地选取研究对象是解题的首要环节,弄清各个物体之间哪些属于连接体,哪些物体应该单独分析,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。,【变式训练】(2013日照模拟)如图甲所示,静止在光滑水平面上的长木板B(长木板足够长)的左端静止放着小物块A。某时刻,A受到水平向右的外力F作用,F随时间t的变化规律如图乙所示,即F=kt,其中k为已知常数。设物体A、B之间的滑动摩擦力大小等于最大静摩擦力f,且A、B的质量相等,则下列可以定性描述长木板B运动的v-t图像是(),【解析】选B。当A、B相对静止时,对整体分析由牛顿第二定律得F=kt=2ma,a= 长木板B做加速度

24、逐渐增大的加速运动,A相对B刚要滑动时,对B由牛顿第二定律得f=ma,解得 此后A、B相对滑动,物体B所受滑动摩擦力保持不变,加速度不变,B做匀加速直线运动,故选项B正确。,【双基题组】1.(2013武威模拟)电梯内的地板上竖直放置一根轻质弹簧,弹簧上方有一质量为m的物体,当电梯静止时弹簧被压缩了x;当电梯沿竖直方向运动时弹簧的压缩量减为0.5x。试判断电梯运动的可能情况是(重力加速度为g)()A.以大小为0.5g的加速度加速上升B.以大小为0.5g的加速度减速上升C.以大小为1.5g的加速度加速下降D.以大小为1.5g的加速度减速下降,【解析】选B。电梯静止时,对物体由平衡条件得kx-mg=

25、0,当电梯沿竖直方向运动时,对物体由牛顿第二定律得0.5kx-mg=ma,解得a=-0.5g,方向竖直向下,物体处于失重状态,故电梯可能以0.5g的加速度减速上升,也可能以0.5g的加速度加速下降,选项B正确。,2.如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力()A.方向向左,大小不变B.方向向左,逐渐减小C.方向向右,大小不变 D.方向向右,逐渐减小【解析】选A。设A与地面间的动摩擦因数为,对A、B整体由牛顿第二定律得(mA+mB)g=(mA+mB)a,解得a=g,方向向左;对B由牛顿第二定律得f=mBa=mBg,方向与加速度

26、方向相同,故选项A正确。,【高考题组】3.(2012江苏高考)将一只皮球竖直向上抛出,皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比。下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图像,可能正确的是(),【解析】选C。皮球在上升过程中速度越来越小,所以空气阻力越来越小,重力与空气阻力的合力越来越小,所以加速度越来越小,一开始加速度最大,后来减小得越来越慢,最后速度为零时,加速度变为重力加速度,所以答案选C。,4.(2011新课标全国卷)如图,在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板,其上叠放一质量为m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。现给木块施加一随时间t增大的

27、水平力F=kt(k是常数),木板和木块加速度的大小分别为a1和a2,下列反映a1和a2变化的图线中正确的是(),【解析】选A。开始运动时F较小，两物体之间为静摩擦力，不会相对滑动，由牛顿第二定律有，kt=(m1m2)a，解得 在a-t图像中是一条直线，设木板与木块之间的动摩擦因数为，木板的最大加速度 使木块与木板保持相对静止的最大外力F0=(m1+m2) 当外力FF0时，两物体开始相对滑动，此时两物体之间为滑动摩擦力，对木板应用牛顿第二定律有，m2g=m1a1，解得 为定值，在a-t图像中是一条平行于t轴的直线，对木块应用牛顿第二定律有，kt-m2g=m2a2，解得a2= t-g，由于 则相对

28、滑动后在a-t图像中a2的斜率更大，故B、C、D错，A正确。,5.(2012安徽高考)质量为0.1kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落,该下落过程对应的v-t图像如图所示。球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的3/4。设球受到的空气阻力大小恒为f,取g=10m/s2,求:(1)弹性球受到的空气阻力f的大小。(2)弹性球第一次碰撞后反弹的高度h。,【解析】(1)由v-t图像可知,弹性球第一次下落过程中的加速度为:由牛顿第二定律得:mg-f=ma1则有:f=mg-ma1=(0.110-0.18)N=0.2N(2)弹性球第一次碰撞后反弹时的速度为由牛顿第二定律得:mg+f=ma答案:(1)0.2N (2)0.375m,