高考總復(fù)習(xí)牛頓運動定律的綜合應(yīng)用.ppt

,(對應(yīng)學(xué)生用書P48) 一、超重和失重() 1視重：當(dāng)物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為視重，視重大小等于測力計所受物體的拉力或臺秤所受物體的壓力,2超重、失重和完全失重比較,二、牛頓運動定律的應(yīng)用() 1整體法 當(dāng)系統(tǒng)中各物體的加速度相同時，我們可以把系統(tǒng)內(nèi)的所有物體看成一個整體，這個整體的質(zhì)量等于各物體的質(zhì)量之和，當(dāng)整體受到的外力已知時，可用牛頓第二定律求出整體的加速度 2隔離法 從研究方便出發(fā)，當(dāng)求解系統(tǒng)內(nèi)物體間相互作用力時，常把物體從系統(tǒng)中隔離出來進(jìn)行分析，依據(jù)牛頓第二定律列方程 3外力和內(nèi)力 如果以物體系統(tǒng)為研究對象，受到系統(tǒng)之外的物體的作用力，這些力是該系統(tǒng)受到的外力，而系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力為內(nèi)力應(yīng)用牛頓第二定律列方程時不考慮內(nèi)力如果把某物體隔離出來作為研究對象，則內(nèi)力將轉(zhuǎn)換為隔離體的外力,問題探究 在處理連接體問題時為什么必須注意區(qū)分內(nèi)力和外力？ 提示 牛頓第二定律公式Fma中的“F”指的就是物體(或物體系統(tǒng))所受的合外力，因此，在處理連接體問題時，必須注意區(qū)別內(nèi)力和外力，特別是用整體法處理連接體問題時，切忌把系統(tǒng)內(nèi)力列入牛頓第二定律方程中，當(dāng)然，若用隔離法處理連接體問題，對所隔離的物體，它所受到的力都屬外力，根本不存在內(nèi)力問題了,(對應(yīng)學(xué)生用書P48) 要點一 對超重和失重的理解 1.當(dāng)物體處于超重和失重狀態(tài)時，物體受到的重力并沒有變化所謂“超”和“失”，是指視重，“超”和“失”的大小取決于物體的質(zhì)量和物體在豎直方向的加速度 2物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，不在于物體向上運動還是向下運動，而是取決于加速度方向是向上還是向下,3完全失重狀態(tài)不僅僅只限于自由落體運動，只要物體具有豎直向下的等于g的加速度就處于完全失重狀態(tài)例如：不計空氣阻力的各種拋體運動，環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星等，都處于完全失重狀態(tài) 在完全失重的狀態(tài)下，由于重力產(chǎn)生的一切現(xiàn)象都不存在了例如，物體對水平支持面沒有壓力，對豎直懸線沒有拉力，不能用天平測物體的質(zhì)量，液柱不產(chǎn)生壓強，在液體中的物體不受浮力等等. (1)由物體處于失重或超重狀態(tài)，可判斷加速度的方向為向下或向上，但并不能確定運動物體的速度方向 (2)當(dāng)物體出現(xiàn)超重或失重時，物體的加速度不一定沿豎直方向，但加速度一定有豎直方向的分量,(2011煙臺測試)下列實例屬于超重現(xiàn)象的是( ) A汽車駛過拱形橋頂端時 B火箭點火后加速升空時 C跳水運動員被跳板彈起，離開跳板向上運動時 D體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時 解析 發(fā)生超重現(xiàn)象時，物體的加速度方向豎直向上汽車駛過拱形橋頂端時，其向心加速度豎直向下指向圓心，汽車處于失重狀態(tài)，A錯誤；火箭點火后加速升空，加速度豎直向上，處于超重狀態(tài)，B正確；跳水運動員離開跳板向上運動時，只受重力，運動員處于完全失重狀態(tài)，C錯誤；體操運動員握住單杠在空中不動時，運動員處于平衡狀態(tài)，D錯誤 答案 B,要點二 整體法和隔離法的選取 1.選取隔離法與整體法的原則 (1)隔離法的選取原則：若連接體內(nèi)各物體的加速度不相同，且需要求物體之間的作用力，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，分析物體的受力情況和運動情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解隔離法是受力分析的基礎(chǔ)，應(yīng)重點掌握 (2)整體法的選取原則：若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度(主要指大小)，且不需要求物體之間的作用力，就可以把它們看成一個整體(當(dāng)成一個質(zhì)點)來分析整體受到的外力，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量),(3)整體法、隔離法交替運用的原則：若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體之間的作用力，可以先用整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對象，應(yīng)用牛頓第二定律求作用力即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力” 2涉及隔離法與整體法的具體問題 (1)涉及滑輪的問題若要求繩的拉力，一般都必須采用隔離法這類問題中一般都忽略繩、滑輪的重力和摩擦力，且滑輪大小不計若繩跨過定滑輪，連接的兩物體雖然加速度方向不同，但大小相同，也可以先整體求a的大小，再隔離求FT. (2)固定在斜面上的連接體問題這類問題一般多是連接體(系統(tǒng))各物體保持相對靜止，即具有相同的加速度解題時，一般采用先整體、后隔離的方法建立坐標(biāo)系時也要考慮矢量正交分解越少越好的原則，或者正交分解力，或者正交分解加速度,(3)斜面體(或稱為劈形物體、楔形物體)與在斜面體上物體組成的連接體(系統(tǒng))的問題這類問題一般為物體與斜面體的加速度不同，其中最多的是物體具有加速度，而斜面體靜止的情況解題時，可采用隔離法，但是相當(dāng)麻煩，因涉及的力過多如果問題不涉及物體與斜面體的相互作用，則采用整體法用牛頓第二定律求解,(2011合肥月考)如圖所示，在粗糙的水平面上，質(zhì)量分別為m和M(m M12)的物塊A、B用輕彈簧相連，兩物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)相同當(dāng)用水平力F作用于B上且兩物塊共同向右加速運動時，彈簧的伸長量為x1.當(dāng)用同樣大小的力F豎直加速提升兩物塊時(如圖乙所示)，彈簧的伸長量為x2，則x1x2等于( ) A11 B12 C21 D23 答案 A,(對應(yīng)學(xué)生用書P49) 題型一 傳送帶問題 傳送帶問題包括水平傳送帶問題和傾斜傳送帶問題兩類 水平傳送帶問題：求解的關(guān)鍵在于正確對物體所受的摩擦力進(jìn)行分析判斷物體在傳送帶上可能受靜摩擦力也可能受滑動摩擦力，摩擦力可能是動力，也可能是阻力判斷摩擦力時要注意比較物體的運動速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運動位移x(對地)的過程中是否和傳送帶速度相等物體的速度與傳送帶速度相等的時刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時刻，這樣就可以確定物體運動的特點和規(guī)律，然后根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行求解,傾斜傳送帶問題：因涉及斜面上物體的受力分析、牛頓運動定律、運動過程分析等較多知識，難度較大求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體與傳送帶的相對運動情況，從而確定是否受到滑動摩擦力作用如果受到滑動摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運動情況當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變 總之對傳送帶問題，對物體進(jìn)行受力分析、運動分析是關(guān)鍵,例1 (2011福建卷)如圖甲所示，繃緊的水平傳送帶始終以恒定速率v1運行初速度大小為v2的小物塊從與傳送帶等高的光滑水平地面上的A處滑上傳送帶若從小物塊滑上傳送帶開始計時，小物塊在傳送帶上運動的vt圖象(以地面為參考系)如圖乙所示已知v2v1，則( ) At2時刻，小物塊離A處的距離達(dá)到最大 Bt2時刻，小物塊相對傳送帶滑動的距離達(dá)到最大 C0t2時間內(nèi)，小物塊受到的摩擦力方向先向右后向左 D0t3時間內(nèi)，小物塊始終受到大小不變的摩擦力作用,嘗試解答 小物塊對地速度為零時，即t1時刻，向左離開A處最遠(yuǎn)t2時刻，小物塊相對傳送帶靜止，此時不再相對傳送帶滑動，所以從開始到此刻，它相對傳送帶滑動的距離最大A錯誤B正確.0t2時間內(nèi)，小物塊受到的摩擦力為滑動摩擦力，方向始終向右，大小不變t2時刻以后小物塊相對傳送帶靜止，與傳送帶一起以速度v1勻速運動，不再受摩擦力作用 答案 B 傳送帶問題易錯點 (1)對摩擦力認(rèn)識不到位，認(rèn)為摩擦力的大小、方向不能突變； (2)對物體的受力情況和運動情況分析不到位,如圖所示，傾角為的傳送帶沿逆時針方向以加速度a加速轉(zhuǎn)動時，小物體A與傳送帶相對靜止，重力加速度為g.則( ) A只有agsin，A才受沿傳送帶向上的靜摩擦力作用 B只有agsin，A才受沿傳送帶向上的靜摩擦力作用 C只有agsin，A才受沿傳送帶向上的靜摩擦力作用 D無論a為多大，A都受沿傳送帶向上的靜摩擦力作用,解析 A與傳送帶相對靜止，傾角為的傳送帶沿逆時針方向以加速度a加速轉(zhuǎn)動時，A有沿斜面向下的加速度a，對A受力分析可知只有agsin，A才受沿傳送帶向上的靜摩擦力作用B正確 答案 B,題型二 動力學(xué)中的臨界問題 臨界問題的求解關(guān)鍵是用好臨界條件 (1)對接觸物體來說，剛要分離時，兩物體速度和加速度相等(運動學(xué)條件)且正壓力為零(動力學(xué)條件) (2)接觸面間剛要發(fā)生相對滑動時，靜摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力,(3)有些臨界條件必須通過下列常用方法才能挖掘出來： 極限法，在題目中如出現(xiàn)“最大”、“最小”“剛好”等詞語時，一般隱含著臨界問題，處理這類問題時，應(yīng)把物理問題(或過程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來，達(dá)到盡快求解的目的尋找臨界點的隱含條件的另一種方法是通過受力和運動過程的分析，盡量把運動情景詳細(xì)地展示出來，而臨界狀態(tài)必然包含在整個運動過程中，弄清了受力如何變化及運動的細(xì)節(jié)，臨界點的隱含條件自然就暴露出來了這種方法是最基礎(chǔ)也是最有效的方法 假設(shè)法：有些物理過程中沒有出現(xiàn)臨界問題的線索，但在變化過程中可能出現(xiàn)臨界問題，也可能不出現(xiàn)臨界問題，解答這類問題，一般用假設(shè)法 數(shù)學(xué)方法：將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)公式，根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式求解得出臨界條件,例2 (12分)(2011江西師大附中高三10月月考)一彈簧一端固定在傾角為37光滑斜面的底端，另一端拴住的質(zhì)量m14 kg的物塊P，Q為一重物，已知Q的質(zhì)量m28 kg，彈簧的質(zhì)量不計，勁度系數(shù)k600 N/m，系統(tǒng)處于靜止，如圖所示現(xiàn)給Q施加一個方向沿斜面向上的力F，使它從靜止開始斜向上做勻加速運動，已知在前0.2 s時間內(nèi)，F(xiàn)為變力，0.2 s以后，F(xiàn)為恒力求力F的最大值與最小值(g取10 m/s2),解題樣板 設(shè)開始時彈簧的壓縮量為x1，由平衡條件 kx1_(2分) 02 s時間內(nèi)Q受到的支持力逐漸減小到零，0.2 s時P與Q恰好脫離，此后F變?yōu)楹懔ΓO(shè)0.2 s時彈簧的壓縮量為x2，加速度為a，對P受力分析，由牛頓第二定律得_m1a(2分) 在0.2 s內(nèi)，x1x2_(2分) 解得a3 m/s2(1分) 剛開始勻加速時力F最小，F(xiàn)min_36 N(2分) 02 s時力F最大，對Q分析Fmax_m2a(2分) 得Fmax72 N(1分),如圖所示，質(zhì)量m1 kg的物塊放在傾角為的斜面上，斜面體質(zhì)量M2 kg，斜面與物塊間的動摩擦因數(shù)0.2，地面光滑，37.現(xiàn)對斜面體施加一水平推力F，要使物體m相對斜面靜止，力F應(yīng)為多大？(設(shè)物體與斜面的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10 m/s2),解析 設(shè)物塊處于相對斜面下滑的臨界狀態(tài)(物塊恰好不下滑)時推力為F1.此時物塊受力如圖甲所示取加速度a1方向為x軸正向，對m有： x方向：FN1sinFN1cosma1 y方向：FN1cosFN1sinmg0 解兩式得：a14.78 m/s2 對整體有：F1(Mm)a1，F(xiàn)114.34 N.,設(shè)物塊處于相對斜面向上滑的臨界狀態(tài)(物體恰好不上滑)時推力為F2，此時物塊受力如圖乙 對m有：x方向：FN2sinFN2cosma2 y方向：FN2cosFN2sinmg0 解兩式得：a211.2 m/s2 對整體有：F2(Mm)a2，F(xiàn)233.6 N. F的范圍為：14.34 NF33.6 N. 答案 14.34 NF33.6 N.,題型三 滑板滑塊問題 牛頓運動定律在滑塊滑板類問題中的應(yīng)用問題實質(zhì)是牛頓運動定律與運動學(xué)等知識的綜合問題，著重考查學(xué)生分析問題、運用知識的能力求解時應(yīng)先仔細(xì)審題，清楚題目的含義、分析清楚每一個物體的受力情況、運動情況因題目所給的情境中至少涉及兩個物體、多個運動過程，并且物體間還存在相對運動，所以應(yīng)準(zhǔn)確求出各物體在各運動過程的加速度(注意兩過程的連接處加速度可能突變)，找出物體之間的位移(路程)關(guān)系或速度關(guān)系是解題的突破口求解中更應(yīng)注意聯(lián)系兩個過程的紐帶，每一個過程的末速度是下一個過程的初速度,例3 (2011徐州摸底)如圖所示，物體A(可視為質(zhì)點)的質(zhì)量m1 kg，靜止在光滑水平面上的平板車B的質(zhì)量為M0.5 kg、長L1 m，某時刻A以向右的初速度v0滑上平板車B的上表面，已知A、B間的動摩擦因數(shù)0.2，取g10 m/s2，求： (1)若B固定不動，令A(yù)在B上運動的末速度為v，試確定函數(shù)v(v0)的解析式 (2)若v04 m/s且B可在水平面上自由滑動，在A滑上B的同時，給B施加一個水平向右的恒定拉力F： 若F5 N，求物體A從開始運動到距離平板車左端最遠(yuǎn)處所需時間 若要使A不至于從B上滑落，拉力F大小應(yīng)滿足的條件,思路誘導(dǎo) B固定時，A滑上B在摩擦力作用下做勻減速運動，由牛頓第二定律和運動學(xué)公式可寫出函數(shù)v(v0)的解析式；B不固定且加有外力時，要清楚物體A從開始運動到距離平板車左端最遠(yuǎn)處時的條件是A、B兩者速度相同，而要使A不至于從B上滑落的臨界條件是A到達(dá)B的最右端時兩者共速,(2011菏澤統(tǒng)測)如圖所示，質(zhì)量M8 kg的長木板放在光滑的水平面上，在長木板左端加一水平恒推力F8 N，當(dāng)長木板向右運動的速度達(dá)到1.5 m/s時，在長木板前端輕輕地放上一個大小不計，質(zhì)量為m2 kg的小物塊，物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)0.2，長木板足夠長(g10 m/s2) (1)小物塊放后，小物塊及長木板的加速度各為多大？ (2)經(jīng)多長時間兩者達(dá)到相同的速度？ (3)從小物塊放上長木板開始，經(jīng)過t1.5 s小物塊的位移大小為多少？,答案 (1)2 m/s2；0.5 m/s2 (2)1 s (3)2.1 m,(對應(yīng)學(xué)生用書P50) 易錯點1：不能根據(jù)圖象判斷超重、失重問題 某人在地面上用彈簧秤稱得其體重為490 N他將彈簧秤移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時間段內(nèi)，彈簧秤的示數(shù)如右圖所示，電梯運行的vt圖可能是(取電梯向上運動的方向為正)( ),易錯分析 不能把題干中的圖象以及問題選項中的圖象完全融合起來分析問題，抓不住解決超重、失重問題的實質(zhì)出錯，如認(rèn)為失重的物體一定是向上運動，錯選C項 正確解答 本題考查超重和失重、vt圖象的應(yīng)用等知識由圖可看出，在t0t1時間內(nèi)，彈簧秤示數(shù)小于體重，表明人處于失重狀態(tài)，電梯有向下的加速度，可能向下做勻加速運動或者向上做勻減速運動；t1t2時間內(nèi)彈簧秤示數(shù)等于體重，表明人處于平衡狀態(tài)，電梯加速度為零，電梯可能做勻速運動或保持靜止?fàn)顟B(tài)；t2t3時間內(nèi)彈簧秤示數(shù)大于體重，表明人處于超重狀態(tài)，電梯有向上的加速度，電梯可能向下做勻減速運動或者向上做勻加速運動綜上，AD選項正確，BC選項錯誤本題正確選項為AD.,在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作傳感器和計算機相連，經(jīng)計算機處理后得到壓力F隨時間t變化的圖象，則下列圖象中可能正確的是( ),解析 完成一次下蹲動作，它包括的物理過程是先加速向下運動，然后減速向下運動，對應(yīng)的加速度方向分別是加速度方向先向下，后向上，即先失重后超重，對應(yīng)的選項是D. 答案 D,易錯點2：方法不當(dāng)而出現(xiàn)錯誤 如圖所示，傾角為30的斜面體置于水平地面上，一根不可伸長的輕繩兩端分別系著小球A和物塊B，跨過固定于斜面體頂端的滑輪O(可視為質(zhì)點)A的質(zhì)量為m，B的質(zhì)量為4m.開始時，用手托住A，使OA段繩恰處于水平伸直狀態(tài)(繩中無拉力)，OB繩平行于斜面，此時B靜止不動將A由靜止釋放，在其下擺過程中斜面體和物塊B始終保持靜止則在繩子到達(dá)豎直位置之前，下列說法正確的是( ) A物塊B受到的摩擦力一直沿著斜面向上 B物塊B受到的摩擦力先減小后增大 C繩子的張力一直增大 D地面對斜面體的摩擦力方向一直水平向右,易錯分析 錯解1：沒有深入分析A的運動過程中繩中拉力的變化情況，認(rèn)為B的質(zhì)量是A的4倍，B始終有下滑趨勢而錯選A項 錯解2：認(rèn)為A擺下來的過程中繩中拉力一直變大，B沿斜面上滑的趨勢一直增大，因此B受到的摩擦力一直減小，從而漏選B項 錯解3：選取A、B和斜面體組成的整體為研究對象，認(rèn)為系統(tǒng)在水平方向上沒有受到其他外力，因此地面對斜面體沒有摩擦力，從而漏選D項,如圖所示，車廂里懸掛兩個質(zhì)量不同的小球，上面球比下面球的質(zhì)量大，當(dāng)車廂向右做勻加速運動時，下列各圖中正確的是( ),解析 兩個小球與車廂的加速度相等，設(shè)上面的線與豎直方向的夾角為，對由兩個小球組成的系統(tǒng)，由牛頓第二定律求出加速度agtan.以下面的小球為研究對象，可求出下面的線與豎直方向的夾角只能為.故選項B正確 答案 B,(對應(yīng)學(xué)生用書P51) 1(2011西城區(qū)期末)如圖所示，一人站在電梯中的體重計上，隨電梯一起運動下列各種情況中，體重計的示數(shù)最大的是( ) A電梯勻減速上升，加速度的大小為1.0 m/s2 B電梯勻加速上升，加速度的大小為1.0 m/s2 C電梯勻減速下降，加速度的大小為0.5 m/s2 D電梯勻加速下降，加速度的大小為0.5 m/s2,解析 本題考查牛頓第二、第三定律的應(yīng)用當(dāng)電梯勻減速上升或勻加速下降時，電梯處于失重狀態(tài)設(shè)人受到體重計的支持力為FN，體重計示數(shù)大小即為人對體重計的壓力FN.由牛頓第二、第三定律可得：mgFNmaFNFNm(ga)；當(dāng)電梯勻加速上升或勻減速