2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運動定律 能力課1 牛頓運動定律的綜合應(yīng)用課件.ppt

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能力課1牛頓運動定律的綜合應(yīng)用 冷考點 超重 失重問題 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 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 大于 向上 小于 向下 3 完全失重 1 定義 物體對支持物的壓力 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 4 對超重和失重的 三點 深度理解 1 不論超重 失重或完全失重 物體的重力都不變 只是 視重 改變 2 在完全失重的狀態(tài)下 一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失 3 物體是否處于超重或失重狀態(tài) 不在于物體向上運動還是向下運動 而在于物體的加速度方向 只要其加速度在豎直方向上有分量 物體就會處于超重或失重狀態(tài) 等于0 g 命題角度1超重 失重現(xiàn)象的判斷 例1 2017 常熟模擬 倫敦奧運會開幕式的彈跳高蹺表演中 一名質(zhì)量為m的演員穿著這種高蹺從距地面H高處由靜止落下 與水平地面撞擊后反彈上升到距地面高h(yuǎn)處 假設(shè)彈跳高蹺對演員的作用力類似于彈簧的彈力 演員和彈跳高蹺始終在豎直方向運動 不考慮空氣阻力的影響 則該演員 圖1 A 在向下運動的過程中始終處于失重狀態(tài)B 在向上運動的過程中始終處于超重狀態(tài)C 在向下運動的過程中先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)D 在向上運動的過程中先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)解析演員在空中時 加速度為g 方向向下 處于失重狀態(tài) 當(dāng)演員落地加速時 加速度a向下 處于失重狀態(tài) 落地后期減速 加速度a向上 處于超重狀態(tài) 所以演員在向下運動的過程中先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài) 選項C正確 同理可知 演員在向上運動的過程中先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài) 選項D錯誤 答案C 命題角度2根據(jù)超重 失重現(xiàn)象判斷物體的受力情況 例2 2017 吉林松原模擬 某人在地面上最多可舉起50kg的物體 當(dāng)他在豎直向上運動的電梯中最多舉起了60kg的物體時 電梯加速度的大小和方向為 g 10m s2 答案D 判斷超重和失重的方法 變式訓(xùn)練1 在升降的電梯內(nèi)的水平地面上放一體重計 電梯靜止時 吳力同學(xué)站在體重計上 體重計的示數(shù)為60kg 電梯運動時 某一段時間吳力同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計的示數(shù)為72kg 在這段時間內(nèi)下列說法正確的是 答案C 熱考點 動力學(xué)中的圖象問題 1 常見的動力學(xué)圖象v t圖象 a t圖象 F t圖象 F a圖象等 2 圖象問題的類型 1 已知物體受到的力隨時間變化的圖線 要求分析物體的運動情況 2 已知物體的速度 加速度隨時間變化的圖線 要求分析物體的受力情況 3 由已知條件確定某物理量的變化圖象 3 解題策略 命題角度1動力學(xué)中的v t圖象 例3 2017 寧夏模擬 將一個質(zhì)量為1kg的小球豎直向上拋出 最終落回拋出點 運動過程中所受阻力大小恒定 方向與運動方向相反 該過程的v t圖象如圖2所示 g取10m s2 下列說法正確的是 圖2 答案C 命題角度2動力學(xué)中的a t圖象 例4 廣州塔 昵稱小蠻腰 總高度達(dá)600米 游客乘坐觀光電梯大約一分鐘就可以到達(dá)觀光平臺 若電梯簡化成只受重力與繩索拉力 已知電梯在t 0時由靜止開始上升 a t圖象如圖3所示 則下列相關(guān)說法正確的是 A t 4 5s時 電梯處于失重狀態(tài)B 5 55s時間內(nèi) 繩索拉力最小C t 59 5s時 電梯處于超重狀態(tài)D t 60s時 電梯速度恰好為零 圖3 解析利用a t圖象可判斷 t 4 5s時 電梯有向上的加速度 電梯處于超重狀態(tài) 則選項A錯誤 0 5s時間內(nèi) 電梯處于超重狀態(tài) 拉力大于重力 5 55s時間內(nèi) a 0 電梯處于勻速上升過程 拉力等于重力 55 60s時間內(nèi) 電梯處于失重狀態(tài) 拉力小于重力 綜上所述 選項B C錯誤 因a t圖線與t軸所圍的 面積 代表速度改變量 而圖中橫軸上方的 面積 與橫軸下方的 面積 相等 則電梯的速度在t 60s時為零 選項D正確 答案D 命題角度3動力學(xué)中的F t圖象 例5 多選 物體最初靜止在傾角 30 的足夠長斜面上 如圖4甲所示受到平行斜面向下的力F的作用 力F隨時間變化的圖象如圖乙所示 開始運動2s后物體以2m s的速度勻速運動 下列說法正確的是 g取10m s2 圖4 答案AD 解決圖象綜合問題的關(guān)鍵圖象反映了兩個變量之間的函數(shù)關(guān)系 必要時需要根據(jù)物理規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo) 得到函數(shù)關(guān)系后結(jié)合圖線的斜率 截距 面積 交點坐標(biāo) 拐點的物理意義對圖象及運動過程進(jìn)行分析 變式訓(xùn)練2 2017 湖北武漢武昌區(qū)模擬 多選 質(zhì)量m 2kg 初速度v0 8m s的物體沿著粗糙水平面向右運動 物體與地面之間的動摩擦因數(shù) 0 1 同時物體還要受一個如圖5所示的隨時間變化的水平拉力F的作用 水平向右為拉力的正方向 則以下結(jié)論正確的是 取g 10m s2 A 0 1s內(nèi) 物體的加速度大小為2m s2B 1 2s內(nèi) 物體的加速度大小為2m s2C 0 1s內(nèi) 物體的位移為7mD 0 2s內(nèi) 物體的總位移為11m 圖5 答案BD 1 連接體 多個相互關(guān)聯(lián)的物體連接 疊放 并排或由繩子 細(xì)桿聯(lián)系 在一起構(gòu)成的物體系統(tǒng)稱為連接體 連接體一般具有相同的運動情況 速度 加速度 ?？键c 動力學(xué)中的連接體問題 2 解決連接體問題的兩種方法 命題角度1加速度相同的連接體問題 例6 2017 廣東深圳羅湖模擬 如圖6所示 在建筑工地 民工兄弟用兩手對稱水平施力將兩長方體水泥制品夾緊并以加速度a豎直向上勻加速搬起 其中A的質(zhì)量為m B的質(zhì)量為2m 水平作用力為F A B之間的動摩擦因數(shù)為 在此過程中 A B間的摩擦力為 圖6 答案B 命題角度2加速度不同的連接體問題 例7 質(zhì)量為2kg的木板B靜止在水平面上 可視為質(zhì)點的物塊A從木板的左側(cè)沿木板上表面水平?jīng)_上木板 如圖7甲所示 A和B經(jīng)過1s達(dá)到同一速度 之后共同減速直至靜止 A和B的v t圖象如圖乙所示 重力加速度g 10m s2 求 1 A與B上表面之間的動摩擦因數(shù) 1 2 B與水平面間的動摩擦因數(shù) 2 3 A的質(zhì)量 圖7 對A由牛頓第二定律得 1mg ma1 解得 1 0 2 對A B整體由牛頓第二定律得 2 M m g M m a3 解得 2 0 1 對B由牛頓第二定律得 1mg 2 M m g Ma2代入數(shù)據(jù)解得m 6kg答案 1 0 2 2 0 1 3 6kg 特別提醒當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度不同時 一般不直接用整體法 要采用隔離法解題 變式訓(xùn)練3 如圖8所示 一塊足夠長的輕質(zhì)長木板放在光滑水平地面上 質(zhì)量分別為mA 1kg和mB 2kg的物塊A B放在長木板上 A B與長木板間的動摩擦因數(shù)均為 0 4 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 現(xiàn)用水平拉力F拉A 取重力加速度g 10m s2 改變F的大小 B的加速度大小可能為 A 1m s2B 2 5m s2C 3m s2D 4m s2 圖8 解析A B放在輕質(zhì)長木板上 長木板質(zhì)量為0 所受合力始終為0 即A B所受摩擦力大小相等 由于A B受到長木板的最大靜摩擦力的大小關(guān)系為fAmax fBmax 所以B始終相對長木板靜止 當(dāng)拉力增加到一定程度時 A相對長木板滑動 B受到的最大合力等于A的最大靜摩擦力 即fB fAmax mAg 由fB mBaBmax 可知B的加速度最大為2m s2 選項A正確 答案A 臨界或極值條件的標(biāo)志 1 有些題目中有 剛好 恰好 正好 等字眼 即表明題述的過程存在著臨界點 2 若題目中有 取值范圍 多長時間 多大距離 等詞語 表明題述的過程存在著 起止點 而這些起止點往往對應(yīng)臨界狀態(tài) 3 若題目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明題述的過程存在著極值 這個極值點往往是臨界點 4 若題目要求 最終加速度 穩(wěn)定速度 等 即是求收尾加速度或收尾速度 常考點 動力學(xué)中的臨界和極值問題的分析方法 命題角度1利用 相互作用力為零 的臨界條件進(jìn)行分析1 接觸與脫離的臨界條件兩物體相接觸或脫離的臨界條件是接觸但接觸面間彈力FN 0 2 繩子斷裂與松弛的臨界條件繩子斷與不斷的臨界條件是繩子張力等于它所能承受的最大張力 繩子松弛的臨界條件是FT 0 例8 如圖9所示 質(zhì)量m 2kg的小球用細(xì)繩拴在傾角 37 的光滑斜面上 此時 細(xì)繩平行于斜面 取g 10m s2 下列說法正確的是 A 當(dāng)斜面以5m s2的加速度向右加速運動時 繩子拉力為20NB 當(dāng)斜面以5m s2的加速度向右加速運動時 繩子拉力為30NC 當(dāng)斜面以20m s2的加速度向右加速運動時 繩子拉力為40ND 當(dāng)斜面以20m s2的加速度向右加速運動時 繩子拉力為60N 圖9 解析小球剛好離開斜面時的臨界條件是斜面對小球的彈力恰好為零 斜面對小球的彈力恰好為零時 設(shè)繩子的拉力為F 斜面的加速度為a0 以小球為研究對象 根據(jù)牛頓第二定律有Fcos ma0 Fsin mg 0代入數(shù)據(jù)解得a0 13 3m s2 1 由于a1 5m s2 a0 可見小球仍在斜面上 此時小球的受力情況如圖甲所示 以小球為研究對象 根據(jù)牛頓第二定律有F1sin FNcos mg 0F1cos FNsin ma1代入數(shù)據(jù)解得F1 20N 選項A正確 B錯誤 甲 2 由于a2 20m s2 a0 可見小球離開了斜面 此時小球的受力情況如圖乙所示 設(shè)繩子與水平方向的夾角為 以小球為研究對象 根據(jù)牛頓第二定律有F2cos ma2 F2sin mg 0 答案A 乙 命題角度2利用 兩物體加速度相同 的臨界條件分析相對靜止或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 則相對靜止或相對滑動的臨界條件是 靜摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力 例9 2017 湖北黃岡中學(xué)模擬 如圖10所示 水平地面上有一車廂 車廂內(nèi)固定的平臺通過相同的彈簧把相同的物塊A B壓在豎直側(cè)壁和水平的頂板上 已知A B與接觸面間的動摩擦因數(shù)均為 車廂靜止時 兩彈簧長度相同 A恰好不下滑 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 重力加速度為g 現(xiàn)使車廂沿水平方向加速運動 為保證A B仍相對車廂靜止 則 A 速度可能向左 加速度可大于 1 gB 加速度一定向右 不能超過 1 gC 加速度一定向左 不能超過 gD 加速度一定向左 不能超過 1 g 圖10 答案B 臨界問題的常用解法 1 極限法 把物理問題 或過程 推向極端 從而臨界現(xiàn)象 或狀態(tài) 暴露出來 以達(dá)到正確解決問題的目的 2 假設(shè)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(shè)法解決問題 3 數(shù)學(xué)方法 將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)公式 根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式解出臨界條件 變式訓(xùn)練4 2017 山東濰坊實驗中學(xué)質(zhì)檢 如圖11所示 質(zhì)量為m的球置于斜面上 被一個豎直擋板擋住 現(xiàn)用一個力F拉斜面 使斜面在水平面上做加速度為a的勻加速直線運動 忽略一切摩擦 以下說法正確的是 A 若加速度足夠小 豎直擋板對球的彈力可能為零B 若加速度足夠大 斜面對球的彈力可能為零C 斜面和擋板對球的彈力的合力等于maD 斜面對球的彈力不僅有 而且是一個定值 圖11 解析小球受到重力mg 斜面的支持力FN2 豎直擋板的水平彈力FN1 設(shè)斜面的傾斜角為 則豎直方向有FN2cos mg 因為mg和 不變 所以無論加速度如何變化 FN2不變且不可能為零 選項B錯誤 D正確 水平方向有FN1 FN2sin ma 因為FN2sin 0 所以即使加速度足夠小 豎直擋板的水平彈力也不可能為零 選項A錯誤 斜面和擋板對球的彈力的合力即為豎直方向的分力FN2cos 與水平方向的合力ma的合成 因此大于ma 選項C錯誤 答案D 整體法 隔離法求解連接體問題 題源 人教版必修1 P77 科學(xué)漫步 在探索測定軌道中人造天體的質(zhì)量的方法過程中做了這樣的一個實驗 用已知質(zhì)量為m1的宇宙飛船去接觸正在軌道上運行的火箭組m2 后者的發(fā)動機已熄火 接觸后 開動宇宙飛船的推進(jìn)器 使飛船和火箭組共同加速 如圖12所示 推進(jìn)器的平均推力為F 推進(jìn)器開動時間為t 測出飛船和火箭組的速度變化是 v 求火箭組的質(zhì)量m2 圖12 答案見解析 拓展1如圖13所示 兩個質(zhì)量分別為m1 3kg m2 2kg的物體置于光滑的水平面上 中間用輕質(zhì)彈簧測力計連接 兩個大小分別為F1 30N F2 20N的水平拉力分別作用在m1 m2上 則 A 彈簧測力計的示數(shù)是50NB 彈簧測力計的示數(shù)是24NC 在突然撤去F2的瞬間 m2的加速度大小為4m s2D 在突然撤去F2的瞬間 m1的加速度大小為10m s2 圖13 答案B 解析設(shè)掛鉤P Q西邊有n節(jié)車廂 每節(jié)車廂的質(zhì)量為m 則掛鉤P Q西邊車廂的質(zhì)量為nm 以西邊這些車廂為研究對象 有F nma P Q東邊有k節(jié)車廂 以東邊這些車廂為研究對象 有 聯(lián)立 得3n 2k 總車廂數(shù)為N n k 由此式可知n只能取偶數(shù) 當(dāng)n 2時 k 3 總節(jié)數(shù)為N 5當(dāng)n 4時 k 6 總節(jié)數(shù)為N 10當(dāng)n 6時 k 9 總節(jié)數(shù)為N 15當(dāng)n 8時 k 12 總節(jié)數(shù)為N 20 故選項B C正確 答案BC