高考物理第3章 力和運(yùn)動(dòng) 第3課時(shí) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用

第第3課時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用課時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用 考點(diǎn)一考點(diǎn)一 超重與失重超重與失重1超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失重也不是重力完全消失了在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，物體的重力依重也不是重力完全消失了在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，物體的重力依然存在，且不發(fā)生變化，只是物體對(duì)支持物的壓力然存在，且不發(fā)生變化，只是物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓旎驅(qū)覓煳锏睦ξ锏睦?發(fā)生了變化發(fā)生了變化(即即“視重視重”發(fā)生變化發(fā)生變化)2只要物體有向上或向下的加速度，物體就處于超重或失重只要物體有向上或向下的加速度，物體就處于超重或失重狀態(tài)，與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)狀態(tài)，與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)3盡管物體的加速度不是在豎直方向，但只要其加速度在豎盡管物體的加速度不是在豎直方向，但只要其加速度在豎直方向上有分量，物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)直方向上有分量，物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)4物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同決定的，其大小等于決定的，其大小等于ma.【例例1】(2016洛陽(yáng)模擬洛陽(yáng)模擬)一同學(xué)想研究電梯上升過(guò)程一同學(xué)想研究電梯上升過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律某天乘電梯上樓時(shí)他攜帶了一個(gè)質(zhì)量為的運(yùn)動(dòng)規(guī)律某天乘電梯上樓時(shí)他攜帶了一個(gè)質(zhì)量為5 kg的砝碼和一套便攜式的砝碼和一套便攜式DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，砝碼懸掛在力傳實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，砝碼懸掛在力傳感器上電梯從第一層開始啟動(dòng)，中間不間斷，一直到感器上電梯從第一層開始啟動(dòng)，中間不間斷，一直到最高層停止在這個(gè)過(guò)程中，顯示器上顯示出的力隨時(shí)最高層停止在這個(gè)過(guò)程中，顯示器上顯示出的力隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示取重力加速度間變化的關(guān)系如圖所示取重力加速度g10 m/s2，根，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)求：據(jù)表格中的數(shù)據(jù)求：1)電梯在最初加速階段的加速度電梯在最初加速階段的加速度a1與最后減速階段與最后減速階段的加速度的加速度a2的大?。坏拇笮?；(2)電梯在電梯在3.013.0 s時(shí)間段內(nèi)的速度時(shí)間段內(nèi)的速度v的大??；的大??；(3)電梯在電梯在19.0 s內(nèi)上升的高度內(nèi)上升的高度H. 思路分析：思路分析：由由Ft圖象可以分析電梯在圖象可以分析電梯在019 s內(nèi)的內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況為：運(yùn)動(dòng)情況為：03 s電梯啟動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng)電梯啟動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng)，313 s電梯做勻速運(yùn)動(dòng)電梯做勻速運(yùn)動(dòng)，1319 s，電梯做向上勻減速運(yùn)電梯做向上勻減速運(yùn)動(dòng)動(dòng)，19 s末電梯到達(dá)最高層停止末電梯到達(dá)最高層停止，利用牛頓第二定利用牛頓第二定律求解律求解解析：解析：(1)由牛頓第二定律由牛頓第二定律，結(jié)合結(jié)合Ft圖象的信息圖象的信息，有有FN1mgma1，mgFN2ma2，解得解得a11.6 m/s2，a20.8 m/s2.(2)3.013.0 s內(nèi)電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)內(nèi)電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得得va1t11.63 m/s4.8 m/s.超重和失重現(xiàn)象的判斷超重和失重現(xiàn)象的判斷“三三”技巧技巧(1)從受力的角度判斷從受力的角度判斷，當(dāng)物體所受向上的拉力當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力或支持力)大大于重力時(shí)于重力時(shí)，物體處于超重狀態(tài)物體處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)(2)從加速度的角度判斷從加速度的角度判斷，當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)重狀態(tài)，具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)，向下的加速度向下的加速度為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)(3)從速度變化角度判斷：從速度變化角度判斷：物體向上加速或向下減速時(shí)物體向上加速或向下減速時(shí)，超超重；重；物體向下加速或向上減速時(shí)物體向下加速或向上減速時(shí)，失重失重方方 法法 總總 結(jié)結(jié)1(2016濟(jì)南模擬濟(jì)南模擬)在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，小琳同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為電梯靜止時(shí)，小琳同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50 kg，電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)小琳同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重，電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)小琳同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖所示在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是計(jì)示數(shù)如圖所示在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是()A小琳同學(xué)所受的重力變小了B小琳對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)小琳的支持力C電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)D電梯的加速度大小為g5，方向一定豎直向下 考點(diǎn)二考點(diǎn)二 動(dòng)力學(xué)中的圖象問(wèn)題動(dòng)力學(xué)中的圖象問(wèn)題 動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中涉及圖象的問(wèn)題很常見(jiàn)，常見(jiàn)的圖象動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中涉及圖象的問(wèn)題很常見(jiàn)，常見(jiàn)的圖象有有vt圖象，圖象，at圖象，圖象，F(xiàn)t圖象，圖象，F(xiàn)a圖象等圖象等解決此類問(wèn)題，首先應(yīng)清楚圖象的兩個(gè)坐標(biāo)軸所表示的解決此類問(wèn)題，首先應(yīng)清楚圖象的兩個(gè)坐標(biāo)軸所表示的物理量的含義，清楚圖象的斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理量的含義，清楚圖象的斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義根據(jù)物理規(guī)律列出與圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程式，物理意義根據(jù)物理規(guī)律列出與圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確進(jìn)而明確“圖象與公式圖象與公式”“”“圖象與物體圖象與物體”間的關(guān)系，以間的關(guān)系，以便對(duì)有關(guān)物理問(wèn)題作出準(zhǔn)確判斷便對(duì)有關(guān)物理問(wèn)題作出準(zhǔn)確判斷【例【例2】(2016太原模擬太原模擬)一個(gè)物體置于粗糙的水一個(gè)物體置于粗糙的水平地面上，受到的水平拉力平地面上，受到的水平拉力F隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的關(guān)系如變化的關(guān)系如圖圖(a)所示，速度所示，速度v隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖變化的關(guān)系如圖(b)所所示取示取g10 m/s2，求：，求：方方 法法 總總 結(jié)結(jié)(1)動(dòng)力學(xué)圖象問(wèn)題的解題策略：動(dòng)力學(xué)圖象問(wèn)題的解題策略：弄清圖象斜率、截距、弄清圖象斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義；交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義；應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對(duì)應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程式應(yīng)的函數(shù)方程式(2)分析圖象問(wèn)題時(shí)常見(jiàn)的誤區(qū)：分析圖象問(wèn)題時(shí)常見(jiàn)的誤區(qū)：沒(méi)有看清縱、橫坐標(biāo)沒(méi)有看清縱、橫坐標(biāo)所表示的物理量及單位；所表示的物理量及單位；不注意坐標(biāo)原點(diǎn)是否從零開不注意坐標(biāo)原點(diǎn)是否從零開始；始；不清楚圖線的點(diǎn)、斜率、面積等的物理意義；不清楚圖線的點(diǎn)、斜率、面積等的物理意義；忽視對(duì)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析忽視對(duì)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析2(2016青島模擬青島模擬)“蹦極蹦極”就是跳躍者把一端固定的就是跳躍者把一端固定的長(zhǎng)彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處，從幾十米高處跳下的一種極長(zhǎng)彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處，從幾十米高處跳下的一種極限運(yùn)動(dòng)某人做蹦極運(yùn)動(dòng)，所受繩子拉力限運(yùn)動(dòng)某人做蹦極運(yùn)動(dòng)，所受繩子拉力F的大小隨時(shí)的大小隨時(shí)間間t變化的情況如圖所示將蹦極過(guò)程近似為在豎直方向變化的情況如圖所示將蹦極過(guò)程近似為在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，重力加速度為上的運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g.據(jù)圖可知，此人在蹦極過(guò)程據(jù)圖可知，此人在蹦極過(guò)程中的最大加速度約為中的最大加速度約為() 考點(diǎn)三考點(diǎn)三 動(dòng)力學(xué)中的多過(guò)程問(wèn)題動(dòng)力學(xué)中的多過(guò)程問(wèn)題 1多過(guò)程問(wèn)題多過(guò)程問(wèn)題很多動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中涉及物體有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)很多動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中涉及物體有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在物體不同的運(yùn)動(dòng)階段，物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情程，在物體不同的運(yùn)動(dòng)階段，物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況都發(fā)生了變化，這類問(wèn)題稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的多過(guò)況都發(fā)生了變化，這類問(wèn)題稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的多過(guò)程問(wèn)題程問(wèn)題2類型類型多過(guò)程問(wèn)題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過(guò)程問(wèn)題多過(guò)程問(wèn)題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過(guò)程問(wèn)題和多體多過(guò)程問(wèn)題和多體多過(guò)程問(wèn)題【例例3】(2015開封模擬開封模擬)如圖所示，將小砝碼置于桌如圖所示，將小砝碼置于桌面上的薄紙板上，面上的薄紙板上， 用水平向右的拉力將紙板迅速抽出，用水平向右的拉力將紙板迅速抽出，砝碼的移動(dòng)很小，幾乎觀察不到，這就是大家熟悉的慣砝碼的移動(dòng)很小，幾乎觀察不到，這就是大家熟悉的慣性演示實(shí)驗(yàn)若砝碼和紙板的質(zhì)量分別為性演示實(shí)驗(yàn)若砝碼和紙板的質(zhì)量分別為m1和和m2，各，各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為.重力加速度為重力加速度為g.(1)當(dāng)紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，求紙板所受摩擦力的大?。划?dāng)紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，求紙板所受摩擦力的大??；(2)要使紙板相對(duì)砝碼運(yùn)動(dòng)，求所需拉力的大?。灰辜埌逑鄬?duì)砝碼運(yùn)動(dòng)，求所需拉力的大??；(3)本實(shí)驗(yàn)中，本實(shí)驗(yàn)中，m10.5 kg，m20.1 kg，0.2，砝碼與，砝碼與紙板左端的距離紙板左端的距離d0.1 m，取，取g10 m/s2.若砝碼移動(dòng)的距若砝碼移動(dòng)的距離超過(guò)離超過(guò)l0.002 m，人眼就能感知為確保實(shí)驗(yàn)成功，紙，人眼就能感知為確保實(shí)驗(yàn)成功，紙板所需的拉力至少多大？板所需的拉力至少多大？解析：解析：(1)砝碼對(duì)紙板的摩擦力砝碼對(duì)紙板的摩擦力Ff1m1g，桌面對(duì)紙板的摩擦力桌面對(duì)紙板的摩擦力Ff2(m1m2)g，F(xiàn)fFf1Ff2 (2m1m2)g.(2)設(shè)砝碼的加速度為設(shè)砝碼的加速度為a1，紙板的加速度為紙板的加速度為a2，則則Ff1m1a1，F(xiàn)Ff1Ff2m2a2.若發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)若發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則則a2a1，解得解得F2(m1m2)g.規(guī)規(guī) 律律 總總 結(jié)結(jié)分析分析“多過(guò)程多過(guò)程”問(wèn)題的方法要領(lǐng)問(wèn)題的方法要領(lǐng) (1)將將“多過(guò)程多過(guò)程”分解為許多分解為許多“子過(guò)程子過(guò)程”，各各“子子過(guò)程過(guò)程”間由間由“銜接點(diǎn)銜接點(diǎn)”連接連接 (2)對(duì)各對(duì)各“子過(guò)程子過(guò)程”進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，必要必要時(shí)畫出受力圖和過(guò)程示意圖時(shí)畫出受力圖和過(guò)程示意圖 (3)根據(jù)根據(jù)“子過(guò)程子過(guò)程”和和“銜接點(diǎn)銜接點(diǎn)”的模型特點(diǎn)選擇合的模型特點(diǎn)選擇合理的動(dòng)力學(xué)規(guī)律列方程理的動(dòng)力學(xué)規(guī)律列方程 (4)分析分析“銜接點(diǎn)銜接點(diǎn)”位移、速度、加速度等的關(guān)聯(lián)位移、速度、加速度等的關(guān)聯(lián)，確定各段間的時(shí)間關(guān)系、位移關(guān)系、速度關(guān)系等，并列確定各段間的時(shí)間關(guān)系、位移關(guān)系、速度關(guān)系等，并列出相關(guān)的輔助方程出相關(guān)的輔助方程 (5)聯(lián)立方程組聯(lián)立方程組，分析求解分析求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的討并對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的討論或驗(yàn)證論或驗(yàn)證3(2016日照模擬日照模擬)某電視臺(tái)闖關(guān)競(jìng)技節(jié)目的第一關(guān)是雪滑梯，某電視臺(tái)闖關(guān)競(jìng)技節(jié)目的第一關(guān)是雪滑梯，其結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為如圖所示模型雪滑梯頂端距地面高為其結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為如圖所示模型雪滑梯頂端距地面高為h15 m，滑梯斜面雪道長(zhǎng)為，滑梯斜面雪道長(zhǎng)為l25 m，在距離斜面雪道底端，在距離斜面雪道底端x020 m處的水平雪道上有一海綿坑比賽時(shí)參賽運(yùn)動(dòng)員乘坐一質(zhì)量為處的水平雪道上有一海綿坑比賽時(shí)參賽運(yùn)動(dòng)員乘坐一質(zhì)量為M的雪輪胎從賽道頂端滑下，在水平雪道上翻離雪輪胎滑向海的雪輪胎從賽道頂端滑下，在水平雪道上翻離雪輪胎滑向海綿坑，運(yùn)動(dòng)員停在距離海綿坑綿坑，運(yùn)動(dòng)員停在距離海綿坑1 m范圍內(nèi)算過(guò)關(guān)已知雪輪胎與范圍內(nèi)算過(guò)關(guān)已知雪輪胎與雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)10.3，運(yùn)動(dòng)員與雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)，運(yùn)動(dòng)員與雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)20.8，假設(shè)運(yùn)動(dòng)員離開雪輪胎的時(shí)間不計(jì)，運(yùn)動(dòng)員落到雪道上，假設(shè)運(yùn)動(dòng)員離開雪輪胎的時(shí)間不計(jì)，運(yùn)動(dòng)員落到雪道上時(shí)的水平速度不變，求質(zhì)量為時(shí)的水平速度不變，求質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)員(可視為質(zhì)點(diǎn)可視為質(zhì)點(diǎn))在水平雪在水平雪道上的什么區(qū)域離開雪輪胎才能闖關(guān)成功？道上的什么區(qū)域離開雪輪胎才能闖關(guān)成功？“傳送帶模型傳送帶模型”問(wèn)題的分析思路問(wèn)題的分析思路1模型特征模型特征一個(gè)物體以速度一個(gè)物體以速度v0(v00)在另一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的物體上開在另一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的物體上開始運(yùn)動(dòng)的力學(xué)系統(tǒng)可看作始運(yùn)動(dòng)的力學(xué)系統(tǒng)可看作“傳送帶傳送帶”模型，如圖模型，如圖(a)、(b)、(c)所示所示 方方 法法 技技 巧巧 思思 維維 提提 升升 2建模指導(dǎo)建模指導(dǎo) 傳送帶模型問(wèn)題包括水平傳送帶問(wèn)題和傾斜傳送帶傳送帶模型問(wèn)題包括水平傳送帶問(wèn)題和傾斜傳送帶問(wèn)題問(wèn)題 (1)水平傳送帶問(wèn)題：求解的關(guān)鍵在于對(duì)物體所受的水平傳送帶問(wèn)題：求解的關(guān)鍵在于對(duì)物體所受的摩擦力進(jìn)行正確的分析判斷判斷摩擦力時(shí)要注意比較摩擦力進(jìn)行正確的分析判斷判斷摩擦力時(shí)要注意比較物體的運(yùn)動(dòng)速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運(yùn)物體的運(yùn)動(dòng)速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運(yùn)動(dòng)位移動(dòng)位移x(對(duì)地對(duì)地)的過(guò)程中速度是否和傳送帶速度相等物的過(guò)程中速度是否和傳送帶速度相等物體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻就是物體所受摩擦力體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時(shí)刻發(fā)生突變的時(shí)刻 (2)傾斜傳送帶問(wèn)題：求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體傾斜傳送帶問(wèn)題：求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體與傳送帶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，從而確定其是否受到滑動(dòng)摩與傳送帶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，從而確定其是否受到滑動(dòng)摩擦力作用如果受到滑動(dòng)摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大擦力作用如果受到滑動(dòng)摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時(shí)，物體所受的摩擦況當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時(shí)，物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變力有可能發(fā)生突變典例典例如圖所示，傾斜傳送帶與水平方向的夾角為如圖所示，傾斜傳送帶與水平方向的夾角為37，將一質(zhì)量為將一質(zhì)量為m的小物塊輕輕放在正在以速度的小物塊輕輕放在正在以速度v10 m/s勻速逆時(shí)勻速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送帶的上端，物塊和傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)針轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送帶的上端，物塊和傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，傳送帶兩皮帶輪軸心間，傳送帶兩皮帶輪軸心間的距離為的距離為L(zhǎng)29 m，sin 0.6，cos 0.8.求將物塊從頂部傳到求將物塊從頂部傳到傳送帶底部所需的時(shí)間傳送帶底部所需的時(shí)間(g取取10 m/s2)