2022届高三物理大一轮复习-第3章-第3节-牛顿运动定律的综合应用-教学讲义-.docx
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1、第三节牛顿运动定律的综合应用同学用书P47一、超重和失重1超重(1)定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)大于物体所受重力的状况称为超重现象(2)产生条件:物体具有向上的加速度2失重(1)定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)小于物体所受重力的状况称为失重现象(2)产生条件:物体具有向下的加速度3完全失重(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的状况称为完全失重现象(2)产生条件:物体的加速度ag,方向竖直向下1.(多选)(2021广州调研)如图所示,电梯内重为10 N的物体悬挂在弹簧测力计上某时刻,乘客观看到测力计示数变为8 N,则电梯可能()A匀加
2、速向上运动B匀减速向上运动C匀加速向下运动D匀减速向下运动答案:BC二、解答连接体问题的常用方法1整体法当系统中各物体的加速度相同时,我们可以把系统内的全部物体看成一个整体,这个整体的质量等于各物体的质量之和,当整体受到的外力已知时,可用牛顿其次定律求出整体的加速度2隔离法当求解系统内物体间相互作用力时,常把物体从系统中“隔离”出来进行分析,依据牛顿其次定律列方程3外力和内力(1)外力:系统外的物体对争辩对象的作用力;(2)内力:系统内物体之间的作用力2.(多选)(2021大同模拟)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(
3、)A若地面是完全光滑的,FABFB若地面是完全光滑的,FABC若地面是有摩擦的,FABFD若地面是有摩擦的,FAB答案:BD考点一超重和失重现象同学用书P48 1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逝了在发生这些现象时,物体的重力照旧存在,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)发生了变化(即“视重”发生变化)2只要物体有向上或向下的加速度,物体就处于超重或失重状态,与物体向上运动还是向下运动无关3尽管物体的加速度不是在竖直方向,但只要其加速度在竖直方向上有重量,物体就会处于超重或失重状态4物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同打算的
4、,其大小等于ma.(单选)(2021莆田模拟)关于超重和失重现象,下列描述中正确的是()A电梯正在减速上升,在电梯中的乘客处于超重状态B磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时,列车上的乘客处于超重状态C荡秋千时秋千摆到最低位置时,人处于失重状态D“神舟十号”飞船在绕地球做圆轨道运行时,飞船内的宇航员处于完全失重状态解析电梯减速上升,加速度向下,失重,A错;列车水平加速,即不超重也不失重,B错;秋千摆到最低点,加速度向上,超重,C错;飞船的向心加速度等于轨道处的重力加速度,方向向下,完全失重,D对答案D总结提升超重和失重现象的推断方法(1)从受力的大小推断,当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,
5、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)从加速度的方向推断,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1.(单选)(2022高考北京卷)应用物理学问分析生活中的常见现象,可以使物理学习更加好玩和深化例如平伸手掌托起物体,由静止开头竖直向上运动,直至将物体抛出对此现象分析正确的是()A手托物体向上运动的过程中,物体始终处于超重状态B手托物体向上运动的过程中,物体始终处于失重状态C在物体离开手的瞬间,物体的加速度大于重力加速度D在物体离开手的瞬间,手的加速度大于重力加速度解析:选D.受托物体由静止
6、开头向上运动,确定先做加速运动,物体处于超重状态;而后可能匀速上升,也可能减速上升,选项A、B错误在物体离开手的瞬间,二者分别,不计空气阻力,物体只受重力,物体的加速度确定等于重力加速度;要使手和物体分别,手向下的加速度确定大于物体向下的加速度,即手的加速度大于重力加速度,选项C错误,D正确考点二整体法和隔离法解决连接体问题同学用书P48 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,分析整体受到的合外力,应用牛顿其次定律求出加速度(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,或者要求出系统内各物体之间的作用力时,就
7、需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿其次定律列方程求解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争辩对象,应用牛顿其次定律求作用力即“先整体求加速度,后隔离求内力”(2021高考福建卷)质量为M、长为L的杆水平放置,杆两端A、B系着长为3L的不行伸长且光滑的松软轻绳,绳上套着一质量为m的小铁环已知重力加速度为g,不计空气影响(1)现让杆和环均静止悬挂在空中,如图甲,求绳中拉力的大小;(2)若杆与环保持相对静止,在空中沿AB方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于A端的正下方,如图乙所示 求此状态下
8、杆的加速度大小a; 为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何?审题点睛(1)图甲中杆和环均静止,把环隔离出来受力分析,由平衡条件列方程可求出绳中拉力(2)图乙中,杆与环一起加速,隔离环受力分析,由牛顿其次定律列方程可求出环的加速度,再对杆和环作为一整体受力分析,由牛顿其次定律列方程求出施加的外力解析(1)环受力如图丙所示,由平衡条件得:2FTcos mg0由图中几何关系可知:cos 联立以上两式解得:FTmg.(2)小铁环受力如图丁所示,由牛顿其次定律得:FTsin maFTFTcos mg0由图中几何关系可知60,代入以上两式解得:ag.杆和环整体受力如图戊所示,由牛顿其次定律得:
9、Fcos (Mm)aFsin (Mm)g0解得:F(Mm)g,60.答案(1)mg(2)g外力大小为(Mm)g方向与水平方向成60角斜向右上方总结提升正确地选取争辩对象是解题的首要环节,弄清各物体之间哪些属于连接体,哪些物体应当单独分析,并分别确定出它们的加速度,然后依据牛顿运动定律列方程求解2.(多选)(2021石家庄模拟)如图甲所示,质量分别为m、M的物体A、B静止在劲度系数为k的弹簧上,A与B不粘连现对物体A施加竖直向上的力F使A、B一起上升,若以两物体静止时的位置为坐标原点,两物体的加速度随位移的变化关系如图乙所示下列说法正确的是()A在图乙中PQ段表示拉力F渐渐增大B在图乙中QS段表
10、示B物体减速上升C位移为x1时,A、B之间弹力为mgkx1Ma0D位移为x3时,A、B一起运动的速度大小为解析:选AC.在PQ阶段,两物体匀加速向上运动,以整体为争辩对象,Fkx(mM)g(Mm)a0,随x不断减小,F不断增大,A项正确;在QS段,加速度方向与速度方向仍相同,整体连续加速运动,B项错;设开头时,弹簧的压缩量为x0,由平衡条件有kx0(Mm)g,位移为x1时,设A、B间弹力为F,对B则有k(x0x1)FMgMa0,解两式得Fmgkx1Ma0,C项正确;由牛顿其次定律,Fma,加速度图象中梯形面积乘以m即为合外力所做的功,由动能定理有:ma0(x2x3)mv2,解得v,D项错考点三
11、分解加速度求解受力问题 同学用书P49 在应用牛顿其次定律解题时,通常不分解加速度而分解力,但有一些题目要分解加速度最常见的状况是与斜面模型结合,物体所受的作用力是相互垂直的,而加速度的方向与任一方向的力不同向此时,首先分析物体受力,然后建立直角坐标系,将加速度a分解为ax和ay,依据牛顿其次定律得Fxmax,Fymay,使求解更加便捷、简洁如图所示,某商场内扶梯与水平面夹角为30,质量为60 kg的人站在扶梯的水平台阶上,当扶梯以2 m/s2的加速度斜向上运动时,求人对扶梯的压力和人所受到的摩擦力各是多少解析对人受力分析,他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用,如图所示,取水平向右为x轴
12、正向,竖直向上为y轴正向,将加速度如图分解,由牛顿其次定律得:Ffmacos FNmgmasin 由代入数值得:FN660 N,Ff60 N.由牛顿第三定律知,人对扶梯的压力大小是660 N.答案660 N60 N3.(单选)(2021高考安徽卷)如图所示,细线的一端系一质量为m的小球,另一端固定在倾角为的光滑斜面体顶端,细线与斜面平行在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中,小球始终静止在斜面上,小球受到细线的拉力T和斜面的支持力FN分别为(重力加速度为g)()ATm(gsin acos )FNm(gcos asin )BTm(gsin acos )FNm(gsin acos )C
13、Tm(acos gsin )FNm(gcos asin )DTm(asin gcos )FNm(gsin acos )解析:选A.小球受力状况如图所示,将加速度沿平行于斜面方向和垂直于斜面方向分解,axacos ayasin 分别在两方向应用牛顿其次定律,得:FNmgcos mayTmgsin max由式得Tm(gsin acos ),FNm(gcos asin )同学用书P49物理模型“滑块滑板”模型的分析1模型特点:上、下叠放两个物体,并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动2模型分析解此类题的基本思路:(1)分析滑块和木板的受力状况,依据牛顿其次定律分别求出滑块和木板的加速度;(2)对
14、滑块和木板进行运动状况分析,找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系,建立方程特殊留意滑块和木板的位移都是相对地面的位移(18分)(2021云南昆明统测)如图所示,质量M1 kg的木板A静止在水平地面上,在木板的左端放置一个质量m1 kg的铁块B(大小可忽视),铁块与木块间的动摩擦因数10.3,木板长L1 m,用F5 N的水平恒力作用在铁块上,g取10 m/s2.(1)若水平地面光滑,计算说明铁块与木板间是否会发生相对滑动;(2)若木板与水平地面间的动摩擦因数20.1,求铁块运动到木板右端所用的时间审题点睛(1)推断两者之间是否发生滑动,要比较两者之间的摩擦力与最大静摩擦力的关系,若ffm,则不
15、滑动,反之则发生滑动(2)两者发生相对滑动时,两者运动的位移都是对地的,留意找位移与板长的关系该得的分一分不丢!(1)A、B之间的最大静摩擦力为fm1mg0.3110 N3 N(2分)假设A、B之间不发生相对滑动,则对A、B整体:F(Mm)a(2分)对A:fABMa(2分)解得:fAB2.5 N(1分)因fABfm,故A、B之间不发生相对滑动(1分)(2)对B:F1mgmaB(2分)对A:1mg2(Mm)gMaA(2分)据题意:xBxAL(2分)xAaAt2;xBaBt2(2分)解得:t s(2分)答案(1)不会(2) s规律总结(1)滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和滑板同向运动
16、,位移之差等于板长;反向运动时,位移之和等于板长(2)滑块是否会从滑板上掉下的临界条件是:滑块到达滑板一端时两者共速(3)滑块不能从滑板上滑下的状况下,当两者共速时,两者受力、加速度发生突变4.(多选)(2022高考江苏卷)如图所示,A、B 两物块的质量分别为2m和m, 静止叠放在水平地面上A、B 间的动摩擦因数为,B 与地面间的动摩擦因数为.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为 g现对 A 施加一水平拉力 F,则()A当 F 3mg 时,A 相对 B 滑动D无论 F 为何值,B 的加速度不会超过g解析:选BCD.A、B间的最大静摩擦力为2mg,B和地面之间的最大静摩擦力为mg,对A、B整
17、体,只要Fmg,整体就会运动,选项A错误;当A对B的摩擦力为最大静摩擦力时,A、B将要发生相对滑动,故A、B一起运动的加速度的最大值满足2mgmgmamax,B运动的最大加速度amaxg,选项D正确;对A、B整体,有Fmg3mamax,则F3mg时两者会发生相对运动,选项C正确;当Fmg时,两者相对静止,一起滑动,加速度满足Fmg3ma,解得ag,选项B正确1(单选)(2021南京模拟)如图所示,两个物体A、B叠放在一起,接触面粗糙,现将它们同时以相同的速度水平抛出,不计空气阻力,在空中运动的过程中,物体B()A只受重力B受重力和A对它的压力C受重力和A对它的摩擦力D受重力、A对它的压力和摩擦
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