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2014届高考物理第一轮复习指导课件牛顿运动定律3


第三章

牛顿运动定律

第三讲

牛顿运动定律的应用

考纲展示

1.牛顿运动定律的应用(Ⅱ)

2.超重、失重(Ⅰ)
1.知道超重和失重现象的原因,并能在相关问 题中识别和直接应用.

2.灵活选取研究对象运用隔离法和整体法

求解
复习目标 连接体问题. 程问题. 4.会用极限法分析临界问题.
Zxx k

3.熟练应用牛顿第二定律解决物体运动的多过

? 知识点一 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 示数 上时,弹簧测力计或台秤的 称为视重. 拉力 ? (2)视重大小等于弹簧测力计所受物体的 压力 或台秤所受物体的 .

? 2.超重、失重和完全失重比较
超重现象 物体对支持物的压 力(或对悬挂物的 概念 拉力) 物体所受重力 大于 的现象 失重现象 物体对支持物的 压力(或对悬挂 物的拉力) 物体所受重力的 小于 现象 完全失重 物体对支持物 的压力(或对悬 挂物的拉力) 零的现象 等于

物体的加速度 竖直向下 产生 物体的加速度方向 物体的加速度方 方向 竖直向上 a=g 条件 向竖直向下 , 大小________ mg-F=ma F= 原理 F-mg=ma F= 减速下降 m(g-a) 式 m(g+a) 减速上升 加速下降或 运动 加速上升或 状态 _________ mg-F=ma F =0 以a=g加速下 降或减速上升

? 1.尽管物体的加速度不是竖直方向,但只要 其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.

? 1. 一体重为500 N的同学站在体重计上,在升降机中 研究超重与失重现象,升降机在上升过程中经历了加 速、匀速和减速三个阶段,则比较符合实际情况的体 重计的示数依次应为( ) ? A.520N、500N、480N B.480N、500N、 520N ? C.480N、520N、500N D.500N、500N、 500N

? 解析:加速上升,加速度方向向上,超重,体重计示 数大于体重;匀速,体重计的示数等于体重;减速上 升,加速度方向向下,失重,体重计示数小于体重, 所以选项A正确.

? 答案:A

? 知识点二 整体法与隔离法 ? 1.整体法:当系统中各物体的 相同 时,我们可以把系统内的所有物体看成一个整 质量之和 体,这个整体的质量等于各物体的 , 当整体受到的外力已知时,可用 牛顿第二定律 求出整体的加速度. 相互作用力 隔离 ? 2.隔离法:从研究方便出发,当求解系统内 物体间 时,常把物体从系统中 出来进行分析,依据牛顿第二定律列方程.
加速度

外力 ? 3.外力和内力:如果以物体系统为研究对 象,受到系统之外的物体的作用力,这些 内力 力是该系统受到的 ,而系统内各物 体间的相互作用力为 .应用牛顿第 二定律列方程时不考虑内力.
Zxx k

? 1.整体法的选取原则 ? 若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需 要求物体之间的作用力,可以把它们看成一个 整体,分析整体受到的外力,应用牛顿第二定 律求出加速度(或其他未知量). ? 2.隔离法的选取原则 ? 若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,就需要把物 体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方 程求解.

? 3.整体法、隔离法的交替运用 ? 若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求 物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加 速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象, 应用牛顿第二定律求作用力.即“先整体求加 速度,后隔离求内力”.

? 2.如图所示,水平地面上有两块完全相同的 木块A、B,在水平推力F的作用下运动,用 FAB代表A、B间的相互作用力,则( )

A.若地面是完全光滑的,FAB=F F B.若地面是完全光滑的,FAB= 2 C.若地面是有摩擦的,FAB=F F D.若地面是有摩擦的,FAB= 2

解析:地面光滑时,对 A、B 整体有:F=2ma 对 B 有:FAB=ma F 由以上两式得:FAB= ,A 错误,B 正确. 2 地面有摩擦时,对 A、B 整体有: F-2μmg=2 ma 对 B 有:FAB-μmg=ma F 由以上两式得:FAB= ,C 错误,D 正确. 2 答案:BD

?

(2013·南京四校联考)如图所示,光滑水 平面上放置质量分别为m、2m和3m的三个木 块,其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸 长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为T.现 用水平拉力F拉其中一个质量为3m的木块,使 三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确 的是

A.质量为 2m 的木块受到四个力的作用 B.当 F 逐渐增大到 T 时,轻绳刚好被拉断 C.当 F 逐渐增大到 1.5T 时,轻绳还不会被拉断 D.轻绳刚要被拉断时,质量为 m 和 2m 的木块间的摩 2 擦力为 T 3

? 解析:质量为2m的木块受到重力、质量为m的 木块的压力、m对其作用的向后的摩擦力,轻 绳的拉力、地面的支持力五个力的作用,选项 A错误;对整体,由牛顿第二定律可知,a= F/6m;隔离后面的叠加体,由牛顿第二定律可 知,轻绳中拉力为F′=3ma=F/2.由此可知, 当F逐渐增大到2T时,轻绳中拉力等于T,轻 绳才刚好被拉断,选项B错误,C正确;轻绳 刚要被拉断时,物块加速度a′=T/3m,质量为 m和2m的木块间的摩擦力为f=ma′=T/3,选项 D错误. ? 答案:C

? 整体法与隔离法常涉及的问题类型 ? 1.涉及隔离法与整体法的具体问题类型 ? (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.本例中,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:①这类问题一般 多是连接体(系统)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.②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.
Zx x k

? (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.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】1.(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和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( )
2f?M+m? A. M 2f?M+m? C. -(m+M)g M 2f?M+m? B. m 2f?M+m? D. +(m+M)g m

解析:对整体,由牛顿第二定律,F-(m+M)g=(m+ M)a,隔离木块 M,由牛顿第二定律,2f-Mg=Ma,联立 2f?M+m? 解得:F= ,选项 A 正确. M

? 答案:A

?

质量为2 kg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10 m/s2,求: ? (1)物体与水平面间的动摩擦因数μ; ? (2)水平推力F的大小; ? (3)0~10 s内物体运动位移的大小.

?

①由图象知物体先匀加速运动后 匀减速运动. ? ②因第二过程只受摩擦力,应通过第二过程求 μ. ? ③第一过程受推力F,应通过牛顿第二定律求 解. ? ④方法有两种:一、可以利用图象的物理意义; 二、可以利用位移公式求解.

解析:(1)设物体做匀减速直线运动的时间为 Δt2,初速 度为 v20,末速度为 v2t,加速度为 a2,则 v2t-v20 a2= =-2 m/s2① Δt2 设物体所受的摩擦力为 Ff,根据牛顿第二定律.有 Ff=ma2② Ff=-μmg③ -a2 联立②③得 μ= g =0.2.④

(2)设物体做匀加速直线运动的时间为 Δt1 ,初速度为 v1t-v10 v10,末速度为 v1t,加速度为 a1,则 a1= =1 m/s2⑤ Δt1 根据牛顿第二定律,有 F+Ff=ma1⑥ 联立③⑥式得 F=μmg+ma1=6 N.

(3)解法一:由匀变速直线运动位移公式,得 x=x1+x2 1 1 2 =v10Δt1+ a1Δt1+v20Δt2+ a2Δt2=46 m. 2 2 2 解法二:根据 v- 图象围成的面积,得 t v10+v1t 1 x= Δt1+ v20Δt2=46 m. 2 2

? 答案:(1)0.2 (2)6 N (3)46 m

?

处理多过程问题时应注意的两个

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,上一过程的末是下一过程的 初,对每一个过程分析后,列方程,联立求 解. ? 2.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】2.质量为m=1.0 kg的小滑块(可 视为质点)放在质量为M=3.0 kg的长木板的右 端,木板上表面光滑,木板与地面之间的动摩 擦因数为μ=0.2,木板长L=1.0 m.开始时两 者都处于静止状态,现对木板施加水平向右的 恒力F=12 N,如图所示,经一段时间后撤去 F.为使小滑块不掉下木板,试求:用水平恒力 F作用的最长时间.(g取10 m/s2)

解析:撤力前后木板先加速后减速,设加速过程的位移 为 x1,加速度为 a1,加速运动的时间为 t1;减速过程的位移 为 x2, 加速度为 a2, 减速运动的时间为 t2.由牛顿第二定律得 撤力前:F-μ(m+M)g=Ma1 4 解得 a1= m/s2 3 撤力后:μ(m+M)g=Ma2 8 解得 a2= m/s2 3

1 2 1 2 x1= a1t1,x2= a2t2 2 2 为使小滑块不从木板上掉下,应满足 x1+x2≤L 又 a1t1=a2t2 由以上各式可解得 t1≤1 s,即作用的最长时间为 1 s.

? 答案:1 s

?
? ? ?

下列关于超重、失重现象的说法正确

?

的是 A.汽车驶过拱形桥顶端时处于失重状态,此 时质量没变,重力减小了 B.荡秋千的小孩通过最低点时处于失重状态, 此时拉力小于重力 C.宇航员在飞船内处于完全失重状态,而正 在进行太空行走的宇航员在飞船外面则处于平 衡状态 D.电梯加速上升时,处在电梯中的人处于超 重状态,受到的支持力大于重力

? 解析:在汽车驶过拱形桥顶端时,由重力和支 持力的合力提供汽车做圆周运动的向心力,合 力向下,所以支持力小于重力,处于失重状态; 荡秋千的小孩通过最低点时,由重力和支持力 的合力提供其向心力,合力向上,所以支持力 大于重力,处于超重状态;宇航员随飞船做圆 周运动,万有引力提供向心力,处于完全失重 状态.当物体处于超重、失重或完全失重时, 只是物体对支持物的压力增大、减小或等于零, 物体本身的重力并没有变化.电梯加速上升时, 有向上的加速度,支持力大于重力,电梯中的 人处于超重状态. ? 答案:D

? [易错分析]错解1:不理解超重、失重的实质, 对A、B、C三项不知道从何入手分析,而盲目 地选择,如不清楚汽车驶过拱形桥顶端时、小 孩通过最低点时的加速度方向,无法判断超重 或失重. ? 错解2:认为超重、失重时物体的重力发生了 变化而错选A. ? 错解3:错误地认为进行太空行走的宇航员处 于平衡状态而错选C.

? 【变式训练】3.(2013·河南名校联考)高层住宅 与写字楼已成为城市中的亮丽风景,电梯是高 层住宅与写字楼必配的设施.某同学将一轻质 弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端 悬挂一个小铁球,如图所示.在电梯运行时, 该同学发现轻弹簧的伸长量比电梯静止时的伸 长量小了,这一现象表明( )

? ? ? ? ?

A.电梯一定是在下降 B.该同学可能处于超重状态 C.电梯的加速度方向一定是向下 D.该同学对电梯地板的压力小于其重力 解析:轻弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量 小,说明电梯具有向下的加速度,不能说明电 梯是下降还是上升,选项A错误;该同学一定 处在失重状态,对电梯地板的压力小于其重力, 选项B错误,C、D正确. ? 答案:CD

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