高三物理總復(fù)習(xí) 3.3牛頓運動定律的綜合應(yīng)用課件 魯科版.ppt

第三節(jié)牛頓運動定律的綜合應(yīng)用 基礎(chǔ)知識梳理 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 稱為視重 視重大小等于測力計所受物體的 或臺秤所受物體的 2 超重 失重和完全失重的比較 示數(shù) 拉力 壓力 大于 豎直向上 小于 豎直向下 等于零 豎直向下 二 動力學(xué)中的臨界問題1 臨界問題臨界問題是指物體的運動性質(zhì)發(fā)生 要發(fā)生而尚未發(fā)生改變時的狀態(tài) 此時運動物體的特殊條件稱為 2 常見臨界條件本章中常出現(xiàn)的臨界條件為 1 地面 繩子或桿的彈力為零 2 相對靜止的物體間靜摩擦力達到最大 通常在計算中取最大靜摩擦力 滑動摩擦力 突變 臨界條件 等于 課堂互動講練 一 對超重 失重的理解1 產(chǎn)生條件 物體必須具有豎直方向上的加速度 而與運動速度的大小和方向無關(guān) 只與加速度的大小和方向有關(guān) 若加速度方向向上 則處于超重狀態(tài) 若加速度方向向下 則處于失重狀態(tài) 若加速度a g 即方向向下 大小為9 8m s2 則處于完全失重狀態(tài) 2 深化理解 1 在重力加速度恒定時 重力是一恒量 超重 失重現(xiàn)象只是 視重 發(fā)生變化 而物體所受重力并不變化 2 凡是物體加速度方向與重力加速度方向相反時物體處于超重狀態(tài) 當(dāng)物體出現(xiàn)超重狀態(tài)時 對重物的支持力 或拉力 的一部分與重物的重力相平衡 另一部分提供重物與系統(tǒng)一起做加速運動所需的力 視重超出物體實際重力的部分一定等于ma 3 物體加速度方向與重力加速度方向一致時 處于失重狀態(tài) 當(dāng)出現(xiàn)失重現(xiàn)象時 則重力有一部分提供重物加速運動所需要的力 剩余部分的重力則與支持力 或拉力 相平衡 視重一定比物體實際重力小ma 4 在失重狀態(tài)中 如a g時 物體處于完全失重狀態(tài) 這時由重力所產(chǎn)生的一切現(xiàn)象消失 如 兩個物塊疊放在一起共同自由落體 上面物塊對下面物塊將不產(chǎn)生壓力 單擺停擺 天平無法測量物體質(zhì)量 浮力消失 液柱不再產(chǎn)生向下的壓強等 但物體的重力不會因出現(xiàn)超重或失重而變化 3 重力與視重的區(qū)別和聯(lián)系重力是由地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的 人們通常用豎直懸掛的彈簧秤或水平放置的臺秤來測量物體的重力大小 用這種方法測得的重力大小常稱為 視重 其實質(zhì)是彈簧秤拉物體的力或臺秤對物體的支持力 即時應(yīng)用1 2011年山東東營模擬 在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計 電梯靜止時 曉敏同學(xué)站在體重計上 體重計示數(shù)為50kg 電梯運動過程中 某一段時間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計示數(shù)如圖3 3 1所示 在這段時間內(nèi)下列說法中正確的是 圖3 3 1 a 曉敏同學(xué)所受的重力變小了b 曉敏對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力c 電梯一定在豎直向下運動d 電梯的加速度大小為g 5 方向一定豎直向下 解析 選d 曉敏在這段時間內(nèi)處于失重狀態(tài) 是由于曉敏對體重計的壓力變小了 而曉敏的重力沒有改變 a錯誤 曉敏對體重計的壓力與體重計對曉敏的支持力是一對作用力與反作用力 大小一定相等 b錯誤 以豎直向下為正方向 有 mg f ma 即50g 40g 50a 解得a g 5 方向豎直向下 但速度方向可能是豎直向上 也可能是豎直向下 c錯誤 d正確 二 應(yīng)用牛頓第二定律的步驟和思維方法1 應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟 1 明確研究對象 根據(jù)問題的需要和解題的方便 選出被研究的物體 2 分析物體的受力情況和運動情況 畫好受力分析圖 明確物體的運動性質(zhì)和運動過程 3 選取正方向或建立坐標(biāo)系 通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標(biāo)軸的正方向 4 求合外力f合 5 根據(jù)牛頓第二定律f合 ma列方程求解 必要時還要對結(jié)果進行討論 特別提醒 1 物體的運動情況是由所受的力及物體運動的初始狀態(tài)共同決定的 2 無論是哪種情況 加速度都是聯(lián)系力和運動的 橋梁 2 應(yīng)用牛頓第二定律解題的思維方法 1 整體法和隔離法確定研究對象的最常用方法是整體法和隔離法 整體法是把系統(tǒng)中的幾個物體作為一個物體來處理 而隔離法是把一個系統(tǒng) 或一個物體 分為幾個部分來處理 通常情況下 當(dāng)把該定律應(yīng)用于單一物體 或者是各個部分加速度完全相同的某系統(tǒng)時 定律的含義并不難理解 m為物體或系統(tǒng)的質(zhì)量 f為物體或系統(tǒng)所受到的所有外力的矢量和 而a則為物體或系統(tǒng)的加速度 若將定律直接應(yīng)用于各個部分加速度并不完全相同的某系統(tǒng)時 定律的表現(xiàn)形式為 fi miai mi為系統(tǒng)各部分的質(zhì)量 fi為系統(tǒng)各部分所受到的來自系統(tǒng)外部物體所施加的力的矢量和 而ai則分別為系統(tǒng)各部分的不盡相同的加速度 2 合成法 分解法與正交分解法 若研究對象在不共線的兩個力作用下做加速運動 一般根據(jù)平行四邊形定則 或三角形定則 用合成法或分解法解題 若研究對象在不共線的三個以上的力作用下做加速運動 一般用正交分解法解題 通常有兩種方法 分解力而不分解加速度 通常以加速度a的方向為x軸正方向建立直角坐標(biāo)系 將物體所受的各個力分解在x軸和y軸上 分別求得x軸和y軸上的合力fx合和fy合 各個方向上的力分別產(chǎn)生各自的加速度 列方程組求解 分解加速度 若物體受幾個互相垂直的力作用 應(yīng)用牛頓運動定律求解時 若分解的力太多 可根據(jù)物體受力情況 使盡可能多的力位于兩坐標(biāo)軸上而分解加速度a 得ax和ay 根據(jù)牛頓第二定律列方程組求解 3 分段法當(dāng)研究對象在研究過程的不同階段受力情況有變化時 那就必須分階段進行受力分析 分階段列方程求解 即時應(yīng)用2 如圖3 3 2所示 在箱內(nèi)傾角為 的固定光滑斜面上用平行于斜面的細線固定一質(zhì)量為m的木塊 求 1 箱以加速度a勻加速上升 2 箱以加速度a向左勻加速運動時 線對木塊的拉力f1和斜面對木塊的支持力f2各為多大 圖3 3 2 解析 1 a向上時 由于木塊受的合外力豎直向上 重力豎直向下 所以f1 f2的合力f必然豎直向上 如圖甲所示 由牛頓第二定律得f mg ma 則f m g a 再由f1 fsin 和f2 fcos 求解 得到f1 m g a sin f2 m g a cos 2 a向左時 木塊受到的三個力都不和加速度在一條直線上 必須用正交分解法 可選擇沿斜面方向和垂直于斜面方向進行正交分解 同時正交分解a 如圖乙所示 然后分別沿x y軸列方程求f1 f2 f1 m gsin acos f2 m gcos asin 答案 見解析 經(jīng)典題型探究 2011年三明質(zhì)檢 某位同學(xué)為了研究超重和失重現(xiàn)象 將重為50n的物體帶到電梯中 并將它放在水平放置的傳感器上 電梯由啟動到停止的過程中 測得重物的壓力隨時間變化的圖象如圖3 3 3所示 設(shè)在t1 2s和t2 8s時電梯的速度分別為v1和v2 下列判斷正確的是 圖3 3 3 a 電梯上升了 v1 v2b 電梯上升了 v2 v1c 電梯下降了 v1 v2d 電梯下降了 v2 v1 思路點撥 根據(jù)f t圖象的信息 結(jié)合運動過程的v t圖象分析 解析 由圖象可知 物體先處于超重狀態(tài) 加速上升或減速下降 考慮到電梯由啟動開始 故可以判斷電梯加速上升 由壓力隨時間變化的圖象可知其v t圖象如圖3 3 4所示 可知v2 v1 圖3 3 4 答案 b 規(guī)律總結(jié) 研究超重 失重問題要注意區(qū)分 視重 和 實重 兩個概念 涉及物體速度 位移等問題時可借助v t圖象或運動學(xué)方程分析 2011年福建調(diào)研 一個質(zhì)量為0 2kg的小球用細繩吊在底角 53 的斜面頂端 如圖3 3 5所示 斜面靜止時 球緊靠在斜面上 繩與斜面平行 不計摩擦 當(dāng)斜面以10m s2的加速度向左做加速運動時 求繩子的拉力及斜面對小球的彈力 g取10m s2 圖3 3 5 思路點撥 當(dāng)斜面向左做加速運動時 若加速度較小 可能會出現(xiàn)什么情況 若加速度較大 可能會出現(xiàn)什么情況 若加速度較適中時 又會出現(xiàn)什么情況 解析 令小球處在離開斜面的臨界狀態(tài) n剛好為零 時 斜面向左的加速度為a0 此時對小球進行受力分析 有mgcot ma0所以a0 gcot 7 5m s2因為a 10m s2 a0 所以小球離開斜面 如圖3 3 6所示 而向左加速 圖3 3 6 答案 2 83n0 規(guī)律總結(jié) 解決臨界和極值問題時 首先做好受力分析 利用極限法將某一物理量推到極大或極小 找出臨界狀態(tài) 再根據(jù)牛頓運動定律分析求解 滿分樣板14分 一名消防員在模擬演習(xí)訓(xùn)練中 沿著長為12m的豎直立在地面上的鋼管往下滑 這名消防員質(zhì)量為60kg 他從鋼管頂端由靜止開始先勻加速再勻減速下滑 滑到地面時速度恰好為零 如果加速下滑時加速度的大小是減速下滑時加速度大小的兩倍 下滑的總時間是3s 取g 10m s2 求 1 該消防員下滑過程中的最大速度為多少 2 加速下滑和減速下滑時消防隊員與鋼管間的摩擦力f1與f2之比 思路點撥 解決此題關(guān)鍵是以下兩點 1 消防員的運動分幾個階段 2 加速下滑