高考物理一輪復習 （考綱解讀+考點探究+高分技巧） 3.3牛頓運動定律的綜合應用課件.ppt

第3講牛頓運動定律的綜合應用 思維驅(qū)動 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 超重和失重 考綱要求 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 知識存盤 1 超重 1 定義 物體對支持物的壓力 或?qū)覓煳锏睦?物體所受重力的現(xiàn)象 2 產(chǎn)生條件 物體具有的加速度 大于 向上 2 失重 1 定義 物體對支持物的壓力 或?qū)覓煳锏睦?物體所受重力的現(xiàn)象 2 產(chǎn)生條件 物體具有的加速度 3 完全失重 1 定義 物體對水平支持物的壓力 或?qū)ωQ直懸掛物的拉力 的現(xiàn)象稱為完全失重現(xiàn)象 2 產(chǎn)生條件 物體的加速度a 方向豎直向下 小于 向下 等于零 g 1 2 物體處于超重或失重狀態(tài) 由加速度的方向決定 與速度方向無關 思維驅(qū)動 如圖3 3 1所示 在傾角為 30 的光滑斜面上有兩個用輕質(zhì)彈簧相連接的物塊a b 它們的質(zhì)量均為m 彈簧的勁度系數(shù)為k c為一固定擋板 系統(tǒng)處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)開始用一沿斜面方向的力f拉物塊a使之向上做勻加速運動 當物塊b剛要離開c時f的大小恰為2mg 求從f開始作用到物塊b剛要離開c的時間 牛頓運動定律的應用 二 考綱要求 圖3 3 1 知識存盤 1 動力學中的臨界與極值問題在應用牛頓運動定律解決動力學問題中 當物體運動的加速度不同時 物體有可能處于不同的狀態(tài) 特別是題目中出現(xiàn) 最大 最小 剛好 等詞語時 往往會有臨界值出現(xiàn) 2 發(fā)生臨界問題的條件 1 接觸與脫離的臨界條件 兩物體相接觸或脫離 臨界條件是 彈力n 2 相對滑動的臨界條件 兩物體相接觸且處于相對靜止時 常存在著靜摩擦力 則相對滑動的臨界條件是 靜摩擦力達到 0 最大值 3 繩子斷裂與松弛的臨界條件 繩子所能承受的張力是有限的 繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力 繩子松弛的臨界條件是 t 4 加速度最大與速度最大的臨界條件 當物體在受到變化的外力作用下運動時 其加速度和速度都會不斷變化 當所受合外力最大時 具有最大 合外力最小時 具有最小 當出現(xiàn)速度有最大值或最小值的臨界條件時 物體處于臨界狀態(tài) 所對應的速度便會出現(xiàn)最大值或最小值 0 加速度 加速度 考點一對超重 失重的理解 典例1 用力傳感器懸掛一鉤碼沿豎直方向由靜止開始運動 如圖3 3 2所示 圖中實線是傳感器記錄的拉力大小的變化情況 則 圖3 3 2 a 鉤碼的重力約為4nb 鉤碼的重力約為3nc a b c d四段圖線中 鉤碼處于超重狀態(tài)的是a d 失重狀態(tài)的是b cd a b c d四段圖線中 鉤碼處于超重狀態(tài)的是a b 失重狀態(tài)的是c d解析由于初始狀態(tài)物體靜止 所以鉤碼的重力大小等于拉力 從題圖中可讀出拉力約為4n 故a正確 b錯誤 由 超重時拉力大于重力 失重時拉力小于重力 可知 c正確 d錯誤 答案ac 變式跟蹤1 2012 北京西城區(qū)期末 如圖3 3 3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 0m s2b 電梯勻加速上升 加速度的大小為1 0m s2c 電梯勻減速下降 加速度的大小為0 5m s2d 電梯勻加速下降 加速度的大小為0 5m s2 圖3 3 3 解析當電梯勻減速上升或勻加速下降時 電梯處于失重狀態(tài) 設人受到體重計的支持力為n 體重計示數(shù)大小即為人對體重計的壓力n 由牛頓運動定律可得mg n ma n n m g a 當電梯勻加速上升或勻減速下降時 電梯處于超重狀態(tài) 設人受到體重計的支持力為n1 人對體重計的壓力n1 由牛頓運動定律可得n1 mg ma n1 n1 m g a 代入具體數(shù)據(jù)可得b正確 答案b 借題發(fā)揮從四個角度理解超重和失重1 重力的角度 物體處于超重或失重狀態(tài)時 重力沒有變化 仍為mg 2 拉力 支持力 的角度 物體處于超重或失重狀態(tài)時 豎直向上的拉力 支持力 不再等于重力 超重時大于重力 失重時小于重力 完全失重時等于零 3 加速度的角度 物體處于超重或失重狀態(tài)時 豎直方向具有加速度 超重時方向向上 失重時方向向下 完全失重時a g 4 速度的角度 物體處于超重狀態(tài)時 速度方向可以向上 加速運動 也可以向下 減速運動 物體處于失重狀態(tài)時 速度方向可以向上 減速運動 也可以向下 加速運動 備課札記 圖3 3 4 答案 1 0 2n 2 0 375m 變式跟蹤2 一個物塊置于粗糙的水平地面上 受到的水平拉力f隨時間t變化的關系如圖3 3 5 a 所示 速度v隨時間t變化的關系如圖 b 所示 取g 10m s2 求 a b 圖3 3 5 1 1s末物塊所受摩擦力的大小ff1 2 物塊在前6s內(nèi)的位移大小x 3 物塊與水平地面間的動摩擦因數(shù) 答案 1 4n 2 12m 3 0 4 2 分析圖象問題時常見的誤區(qū) 1 沒有看清縱 橫坐標所表示的物理量及單位 2 不注意坐標原點是否從零開始 3 不清楚圖線的點 斜率 面積等的物理意義 4 忽視對物體的受力情況和運動情況的分析 借題發(fā)揮求解圖象問題的思路 備課札記 考點三動力學中的臨界問題 典例3 2012 重慶卷 25 某校舉行托乒乓球跑步比賽 賽道為水平直道 比賽距離為s 比賽時 某同學將球置于球拍中心 以大小為a的加速度從靜止開始做勻加速直線運動 當速度達到v0時 再以v0做勻速直線運動跑至終點 整個過程中球一直保持在球拍中心不動 比賽中 該同學在勻速直線運動階段保持球拍的傾角為 0 如圖3 3 6所示 設球在運動中受到的空氣阻力大小與其速度大小成正比 方向與運動方向相反 不計球與球拍之間的摩擦 球的質(zhì)量為m 重力加速度為g 圖3 3 6 1 求空氣阻力大小與球速大小的比例系數(shù)k 2 求在加速跑階段球拍傾角 隨速度v變化的關系式 3 整個勻速跑階段 若該同學速度仍為v0 而球拍的傾角比 0大了 并保持不變 不計球在球拍上的移動引起的空氣阻力變化 為保證到達終點前球不從球拍上距離中心為r的下邊沿掉落 求 應滿足的條件 答案見解析 變式跟蹤3 如圖3 3 7所示 水平面上質(zhì)量均為4kg的兩木塊a b用一輕彈簧相連接 整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 現(xiàn)用一豎直向上的力f拉動木塊a 使木塊a向上做加速度為5m s2的勻加速直線運動 選定a的起始位置為坐標原點 g 10m s2 從力f剛作用在木塊a的瞬間到b剛好離開地面這個過程中 力f與木塊a的位移x之間關系圖象正確的是 圖3 3 7 解析設初始狀態(tài)時 彈簧的壓縮量為x0 彈簧勁度系數(shù)為k 木塊的質(zhì)量為m 則kx0 mg 力f作用在木塊a上后 選取a為研究對象 其受到豎直向上的拉力f 豎直向下的重力mg和彈力k x0 x 三個力的作用 根據(jù)牛頓第二定律 有f k x0 x mg ma 即f ma kx 20 kx 當彈簧對木塊b豎直向上的彈力大小等于重力時b剛好離開地面 此時彈簧對木塊a施加豎直向下的彈力f彈 大小為mg 對木塊a運用牛頓第二定律有f mg f彈 ma 代入數(shù)據(jù) 可求得f 100n 答案a 以題說法臨界問題的解法一般有三種1 極限法 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 以達到正確解決問題的目的 2 假設法 臨界問題存在多種可能 特別是非此即彼兩種可能時 或變化過程中可能出現(xiàn)臨界條件 也可能不出現(xiàn)臨界條件時 往往用假設法解決問題 3 數(shù)學方法 將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學公式 根據(jù)數(shù)學表達式解出臨界條件 備課札記 物理建模3滑塊 滑板模型模型特點涉及兩個物體 并且物體間存在相對滑動 兩種位移關系滑塊由滑板的一端運動到另一端的過程中 若滑塊和滑板同向運動 位移之差等于板長 反向運動時 位移之和等于板長 閱卷教師提醒易失分點1 不清楚滑塊 滑板的受力情況 求不出各自的加速度 2 畫不好運動草圖 找不出位移 速度 時間等物理量間的關系 3 不清楚每一個過程的末速度是下一個過程的初速度 4 不清楚物體間發(fā)生相對滑動的條件 建模指導審清題目巧解題 典例如圖3 3 8所示 薄板a長l 5m 其質(zhì)量m 5kg 放在水平桌面上 板右端與桌邊相齊 在a上距右端s 3m處放一物體b 可看成質(zhì)點 其質(zhì)量m 2kg 已知a b間動摩擦因數(shù) 1 0 1 a與桌面間和b與桌面間的動摩擦因數(shù)均為 2 0 2 原來系統(tǒng)靜止 現(xiàn)在在板的右端施加一大小一定的水平力f持續(xù)作用在a上直到將a從b下抽出才撤去 且使b最后停于桌的右邊緣 求 1 b運動的時間 2 力f的大小 圖3 3 8 答案 1 3s 2 26n 應用 如圖3 3 9所示 一質(zhì)量為mb 2kg的木板b靜止在光滑的水平面上 其右端上表面緊靠一固定斜面軌道的底端 斜面底端與木板b右端的上表面之間有一段小圓弧平滑連接 軌道與水平面的夾角 37 一質(zhì)量也為ma 2kg的物塊a由斜面軌道上距軌道底端x0 8m處靜止釋放 物塊a剛好沒有從木板b的左端滑出 已知物塊a與斜面軌道間的動摩擦因數(shù)為 1 0 25 與木板b上表面間的動摩擦因數(shù)為 2 0 2 sin 0 6 cos 0 8 g取10m s2 物塊a可看做質(zhì)點 請問 圖3 3 9 1 物塊a剛滑上木板b時的速度為多大 2 物塊a從剛滑上木板b到相對木板b靜止共經(jīng)歷了多長時間 木板b有多長 答案 1 8m s 2 2s8m 一 對超重 失重的理解1 一枚火箭由地面豎直向上發(fā)射 其速度和時間的關系圖線如圖3 3 10所示 則 圖3 3 10 a t3時刻火箭距地面最遠b t2 t3的時間內(nèi) 火箭在向下降落c t1 t2的時間內(nèi) 火箭處于失重狀態(tài)d 0 t3的時間內(nèi) 火箭始終處于失重狀態(tài)解析由速度圖象可知 在0 t3內(nèi)速度始終大于零 表明這段時間內(nèi)火箭一直在上升 t3時刻速度為零 停止上升 高度達到最高 離地面最遠 a正確 b錯誤 t1 t2的時間內(nèi) 火箭在加速上升 具有向上的加速度 火箭應處于超重狀態(tài) 而在t2 t3時間內(nèi)火箭在減速上升 具有向下的加速度 火箭處于失重狀態(tài) 故c d錯誤 答案a 二 牛頓第二定律與圖象的綜合應用2 2012 江蘇卷 4 將一只皮球豎直向上拋出 皮球運動時受到空氣阻力的大小與速度的大小成正比 下列描繪皮球在上升過程中加速度大小a與時間t關系的圖象 可能正確的是 3 2013 湖南部分中學調(diào)研 如圖3 3 11甲所示 一輕質(zhì)彈簧的下端固定在水平面上 上端放置一物體 物體與彈簧不連接 初始時物體處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)用豎直向上的拉力f作用在物體上 使物體開始向上做勻加速運動 拉力f與物體位移s之間的關系如圖乙所示 g 10m s2 則下列結(jié)論正確的是 a 物體與彈簧分離時 彈簧處于壓縮狀態(tài)b 彈簧的勁度系數(shù)為7 5n cmc 物體的質(zhì)量為3kgd 物體的加速度大小為5m s2 圖3 3 11 解析設物體的質(zhì)量為m 開始時彈簧的壓縮量為 x 由平衡條件可得k x mg 現(xiàn)用豎直向上的拉力f作用在物體上 使物體開始向上做勻加速運動 根據(jù)拉力f與物體位移s的關系可得10 ma 30 mg ma 聯(lián)立 可以解得 物體的質(zhì)量m 2kg 物體的加速度大小a 5m s2 k 500n m 故只有d正確 答案d 三 動力學中的臨界問題4 日本大地震以及隨后的海嘯給日本造成了巨大的損失 災后某中學的部分學生組成了一個課題小組 對海嘯的威力進行了模擬研究 他們設計了如下的模型 如圖3 3 12甲所示 在水平地面上放置一個質(zhì)量為m 4kg的物體 讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運動 推力f隨位移s變化的圖象如圖乙所示 已知物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為 0 5 g 10m s2 求 圖3 3 12 1 運動過程中物體的最大加速度為多少 2 距出發(fā)點多遠時物體的速度達到最大 答案 1 20m s2 2 3 2m 四 滑塊 滑板模型和傳送帶模型5 某電視臺娛樂節(jié)目在游樂園舉行家庭搬運磚塊比賽活動 比賽規(guī)則是 如圖3 3 13甲所示向滑動行駛的小車上搬放磚塊 且每次只能將一塊磚無初速度 相對地面 地放到車上 車停止時立即停止搬放 以車上磚塊多少決定勝負 已知每塊磚的質(zhì)量m 0 8kg 小車的上表面光滑且足夠長 比賽過程中車始終受到恒定的牽引力f 20n的作有 未放磚塊時車以v0 3m s的速度勻速前進 獲得冠軍的家庭上場比賽時每隔t 0 8s搬放一塊磚 從放上第一塊磚開始計時 圖中僅畫出了0 0 8s內(nèi)車運動的vt圖象 如圖乙所示 g取10m s2 求 1 小車的質(zhì)量及車與地面間的動摩擦因數(shù) 2 車停止時 車上放有多少塊磚 圖3 3 13 答案 1 8kg0 25 2 5塊 6 水平傳送帶被廣泛地應用于機場和火車站 如圖3 3 14所示為一水平傳送