高二物理《牛頓運動定律的綜合應用》

3、牛頓運動定律的綜合應用,1. 游樂園中，乘客乘坐能加速或減速運 動的升降機，可以體會超重或失重的感覺， 下列描述錯誤的是( ) A. 當升降機加速上升時，游客是處在超 重狀態(tài) B. 當升降機減速下降時，游客是處在超 重狀態(tài) C. 當升降機減速上升時，游客是處在失 重狀態(tài) D. 當升降機加速下降時，游客是處在超 重狀態(tài),回顧一 超重和失重,1. 游樂園中，乘客乘坐能加速或減速運 動的升降機，可以體會超重或失重的感覺， 下列描述錯誤的是( ) A. 當升降機加速上升時，游客是處在超 重狀態(tài) B. 當升降機減速下降時，游客是處在超 重狀態(tài) C. 當升降機減速上升時，游客是處在失 重狀態(tài) D. 當升降機加速下降時，游客是處在超 重狀態(tài),回顧一 超重和失重,2. 重2 kg的物體用彈簧測力計掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運動，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),2. 重2 kg的物體用彈簧測力計掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運動，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),超重,2. 重2 kg的物體用彈簧測力計掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運動，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),超重,加速上升或減速下降,2. 重2 kg的物體用彈簧測力計掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運動，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),超重,加速上升或減速下降,3,3. 當連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運動情況，運用牛頓第二定律對_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,3. 當連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運動情況，運用牛頓第二定律對_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,加速度,3. 當連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運動情況，運用牛頓第二定律對_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,加速度,整體,3. 當連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運動情況，運用牛頓第二定律對_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,加速度,整體,整體,4.當研究對象涉及由多個物體組成的系 統(tǒng)時，若要求出連接體內(nèi)物體間的_ 力，則應把某個物體或某幾個物體從系統(tǒng)中 _出來，分析其受力情況及運動情 況，再利用牛頓第二定律對隔離出來的物體 列式求解的方法，叫隔離法。,4.當研究對象涉及由多個物體組成的系 統(tǒng)時，若要求出連接體內(nèi)物體間的_ 力，則應把某個物體或某幾個物體從系統(tǒng)中 _出來，分析其受力情況及運動情 況，再利用牛頓第二定律對隔離出來的物體 列式求解的方法，叫隔離法。,相互作用,4.當研究對象涉及由多個物體組成的系 統(tǒng)時，若要求出連接體內(nèi)物體間的_ 力，則應把某個物體或某幾個物體從系統(tǒng)中 _出來，分析其受力情況及運動情 況，再利用牛頓第二定律對隔離出來的物體 列式求解的方法，叫隔離法。,相互作用,隔離,對超重和失重的理解,考點一,【知識必備】,1. 超重、失重和完全失重的比較,2. 對超重、失重的理解,(1)盡管物體的加速度不是豎直方向， 但只要其加速度在豎直方向上有分量即 ay0，物體就會出現(xiàn)超重或失重狀態(tài)。 當ay方向豎直向上時，物體處于超重狀態(tài)； 當ay方向豎直向下時，物體處于失重狀態(tài)。,(2)盡管整體沒有豎直方向的加速度，但 只要物體的一部分具有豎直方向的分加速度， 整體也會出現(xiàn)超重或失重狀態(tài)。 (3)超重并不是說重力增加了，失重并不 是說重力減小了，完全失重也不是說重力完全 消失了。在發(fā)生這些現(xiàn)象時，物體的重力依然 存在，且不發(fā)生變化，只是物體對支持物的壓 力(或?qū)覓煳锏睦?發(fā)生變化。,(4)在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由 重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失，如天平 失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱 不再產(chǎn)生向下的壓強等。 名師點睛 (1)發(fā)生超、失重現(xiàn)象時，物體的重力不 變，只是物體的視重發(fā)生了變化。 (2)物體的超、失重多少由物體的質(zhì)量和 豎直方向的加速度共同決定，其大小為ma。,【典例】,例1升降機內(nèi)，一個小球系于彈簧下端， 如圖所示，當靜止時，彈簧伸長4cm，升降機 運動中，彈簧伸長2cm，則升降機運動情況可 能是( ) A. 以1m/s2的加速度加速下降 B. 以1m/s2的加速度加速上升 C. 以4.9m/s2的加速度加速下降 D. 以4.9m/s2的加速度加速上升,【典例】,例1升降機內(nèi)，一個小球系于彈簧下端， 如圖所示，當靜止時，彈簧伸長4cm，升降機 運動中，彈簧伸長2cm，則升降機運動情況可 能是( ) A. 以1m/s2的加速度加速下降 B. 以1m/s2的加速度加速上升 C. 以4.9m/s2的加速度加速下降 D. 以4.9m/s2的加速度加速上升,【練習】,1.在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G 的同學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變化的圖像，則下列圖像中可 能正確的是( ),【練習】,1.在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G 的同學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變化的圖像，則下列圖像中可 能正確的是( ),2.在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計，電 梯靜止時，曉敏同學站在體重計上，體重計示 數(shù)為50kg，電梯運動過程中，某一段時間內(nèi)曉 敏同學發(fā)現(xiàn)體重計示數(shù)如圖所示，在這段時間 內(nèi)下列說法中正確的是( ),A. 曉敏同學所受的重力變小了 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,A. 曉敏同學所受的重力變小了 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,1. 隔離法的選取原則,【知識必備】,整體法、隔離法的應用,考點二,若連接體或關聯(lián)體內(nèi)各物體的加速度 不相同，或者要求出系統(tǒng)內(nèi)兩物體之間的 作用力時，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出 來，應用牛頓第二定律列方程求解。,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，且 不需要求物體之間的作用力，可以把它們看成一 個整體來分析整體受到的外力，應用牛頓第二定 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時，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”。,4. 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。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。 (2)固定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。當物體具有加速度，而斜面體靜 止的情況，解題時一般采用隔離法分析。,【典例】,例2如圖所示，質(zhì)量為80kg的物體放在 安裝在小車上的水平磅秤上，小車在平行于 斜面的拉力F作用下沿斜面無摩擦地向上運動， 現(xiàn)觀察到物體在磅秤上讀數(shù)為1000N。已知斜 面傾角=30，小車與磅秤的總質(zhì)量為20kg。 (g=10m/s2) (1)拉力F為多少? (2)物體對磅秤的 靜摩擦力為多少?,解析：(1)選物體為研究對象， 受力分析如圖甲所示。 將加速度a沿水平和豎直方向 分解，則有： FN1mg=masin 解得a=5m/s2 取小車、物體、磅秤這個整體 為研究對象，受力分析如圖乙所示。,3.有一根繩子下端系著兩個質(zhì)量不同的 小球，上面小球比下面小球質(zhì)量大。當手提 著繩端沿水平方向一起做勻加速直線運動時 (空氣阻力不計)，圖中所描繪的四種情況中 正確的是( ),【練習】,3.有一根繩子下端系著兩個質(zhì)量不同的 小球，上面小球比下面小球質(zhì)量大。當手提 著繩端沿水平方向一起做勻加速直線運動時 (空氣阻力不計)，圖中所描繪的四種情況中 正確的是( ),【練習】,4.物體M、m緊靠著置于動摩擦因數(shù)為、傾角為的斜面上，如圖所示?，F(xiàn)施加一個水平力F作用于M，使M、m共同向上做加速運動，求它們間作用力的大小。,解析：將兩者視為一個整體，受力分析 如圖甲，建立坐標系如圖所示，由牛頓第二 定律得：,【知識必備】,動力學中的臨界問題,考點三,1.臨界問題,在一種運動形式(或某種物理過程和物理狀 態(tài))變化的過程中，存在著分界的現(xiàn)象。這是從 量變到質(zhì)變的規(guī)律在物理學中的生動表現(xiàn)，這種 界限通常以臨界值和臨界狀態(tài)的形式出現(xiàn)在不同 的物理情景中。利用臨界值和臨界狀態(tài)作為求解 問題的思維起點，是一個重要的解題方法。,2. 臨界問題的處理方法 (1)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，達到盡快求解的目的。,(2)假設法：有些物理過程中沒有明顯 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， 解答這類題，一般用假設法。 (3)數(shù)學法：將物理過程轉化為數(shù)學公 式，根據(jù)數(shù)學表達式求解得出臨界條件。,名師點睛 (1)臨界點的兩側，物體的受力情況、 變化規(guī)律、運動狀態(tài)一般要發(fā)生變化。 (2)臨界問題通常具有一定的隱蔽性， 解題的靈活性較大， 審題時應盡量還原物 理情景，抓住臨界狀態(tài)的特征，找到正確 的解題方向。,【典例】,例3一彈簧一端固定在傾角為37的光滑斜 面的底端，另一端拴住質(zhì)量為m1=4kg的物塊P， Q為一重物，已知Q的質(zhì)量為m2=8kg，彈簧的質(zhì) 量不計，勁度系數(shù)k=600N/m，系統(tǒng)處于靜止， 如圖所示?，F(xiàn)給Q施加一個方向沿斜面向上的力 F，使它從靜止開始沿斜面向上做勻加速運動， 已知在前0.2s時間內(nèi)，F(xiàn)為變力，0.2s以后，F(xiàn)為 恒力，求：力F的最大 值與最小值。 (sin 37 =0.6，g=10m/s2),解析：從受力角度看，兩物體分離的條件 是兩物體間的正壓力為0，從運動學角度看， 一起運動的兩物體恰好分離時，兩物體在沿斜 面方向上的加速度和速度仍相等。 設剛開始時彈簧壓縮量為x0 則(m1+m2)gsin=kx0 因為在前0.2s時間內(nèi)，F(xiàn)為變力，0.2s以 后，F(xiàn)為恒力，所以在0.2s時，P對Q的作用力 為0，由牛頓第二定律知kx1m1gsin=m1a Fm2gsin=m2a,前0.2s時間內(nèi)P、Q向上運動的距離為,【練習】,5.如圖所示，有A、B兩個楔形木塊， 質(zhì)量均為m，靠在一起放于水平面上，它們 的接觸面的傾角為?，F(xiàn)對木塊A施一水平 推力F，若不計一切摩擦，要使A、B一起 運動而不發(fā)生相對滑動，求水平推力F不得 超過的最大值。,解析：A、B一起運動，則以A、B整體為研 究對象，由牛頓第二定律得：F=2ma 以A為研究對象，其受力情況如圖所示。由 圖可知，A、B一起運動而不發(fā)生相對滑動的臨界 條件是地面對A的支持力為N=0 豎直方向：FBAcos=mg 水平方向：FFBAsin=ma 聯(lián)立上式可得F=2mgtan， 即水平推力F的最大值為2mgtan,6.如圖所示，一輕繩上端系在車左上角 的A點，另一輕繩一端系在車左端B點，B點 在A點正下方，A、B距離為b，兩繩另一端在 C點相結并系一質(zhì)量為m的小球，繩AC長度 為 b，繩BC長度為b。兩繩能夠承受的最 大拉力均為2mg。求： (1)繩BC剛好被拉直時，車的加速度是 多大? (2)為不拉斷輕繩， 車向左運動的最大加速 度是多大?,解析:,(2)小車向左加速度增大，AC、BC繩 方向不變，所以AC繩拉力不變，BC繩拉 力變大，BC繩拉力最大時，小車向左加速 度最大， 由牛頓第二定律， 得FTB+mgtan=mam 因為FTB=2mg， 所以最大加速度為am=3g。,【每課一得】,1. 模型特點 涉及兩個物體，并且物體間存在相對滑動。 2. 常見的兩種位移關系 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。,3. 解題思路 (1)分析滑塊和滑板的受力情況，根據(jù)牛 頓第二定律分別求出滑塊和滑板的加速度。 (2)對滑塊和滑板進行運動情況分析，找 出滑塊和滑板之間的位移關系或速度關系， 建立方程。特別注意滑塊和滑板的位移都是 相對地的位移。,示例如圖所示，光滑水平面上靜止放著 長L=4m，質(zhì)量為M=3kg的木板(厚度不計)， 一個質(zhì)量為m=1kg的小物體放在木板的最右 端，m和M之間的動摩擦因數(shù)=0.1，今對木 板施加一水平向右的拉力F，(g取10m/s2) (1)為使兩者保持相對靜止，F(xiàn)不能超過 多少? (2)如果F=10N， 求小物體離開木板時 的速度?,解析 (1)要保持兩者相對靜止，兩 者之間的摩擦力不能超過最大靜摩擦力， 故最大加速度 a=g=1m/s2 由牛頓第二定律對整體有 Fm=(m+M)a=4N,