物理三 牛顿运动定律 第3讲 牛顿运动定律的运用 .ppt

第3讲牛顿运动定律的运用超重和失重1.超重和失重定义(1)超重：物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)_物体所受重力的现象.大于(2)失重：物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)_物体所受重力的现象.小于零(3)完全失重：物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)为_的现象.2.发生超重或失重现象的条件上加速减速(1)发生超重现象的条件：具有向_的加速度.如物体向上做_运动或向下做_运动.(2)发生失重现象的条件：具有向_的加速度.如物体向上做_运动或向下做_运动.(3)拓展：运动在水平和竖直方向正交分解时，只要加速度具有向上的分量，物体就处于超重状态；只要加速度具有向下的分量，物体就处于失重状态.下减速加速【基础检测】(2015 年广东惠东高级中学检测)小敏随着十几个人一起乘电梯上五楼，走进电梯时电梯没有显示超载，但电梯刚启动时报警器却响了起来.对这一现象的解释，下列说法正确的是()A.刚启动时，物体的加速度向下，人处于超重状态B.刚启动时，人所受的重力变大了C.刚启动时，人对电梯底板的压力大于底板对人的支持力D.刚启动时，人对电梯底板的压力变大了解析：人随电梯一起加速上升，电梯刚启动时报警器却响了起来，说明人和电梯的加速度向上，合外力向上，电梯和人处于超重的状态.所以人对电梯底板的压力变大了，故 D 正确.答案：D考点 1 超重和失重重点归纳1.不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变.2.物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的根本所在.3.当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生 ag的加速度效果，不再有其他效果.此时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、液体不再产生压强和浮力等.典例剖析例 1：(多选)如图 3-3-1 所示，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，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大了，这一现象表明()A.电梯一定是在下降B.电梯可能是在上升C.电梯的加速度方向一定向下D.乘客一定处在超重状态图 3-3-1思维点拨：弹簧的伸长量变大，说明弹簧的弹力变大，从而判断出小铁球所受的合外力向上、加速度方向向上.解析：电梯静止时，弹簧的拉力和小铁球所受重力相等.现在，弹簧的伸长量变大，则弹簧的拉力变大，小铁球所受的合外力方向向上，加速度方向向上，小铁球处于超重状态.但电梯可能是加速向上运动，也可能是减速向下运动.答案：BD备考策略：超重和失重现象是生产和生活中常见的现象，近年高考比较注重对本部分的考查.解决此类问题的实质是牛顿第二定律的应用.注意，判断物体处于超重或失重状态是看加速度方向如何，而不是看速度方向如何.【考点练透】1.(2015 年甘肃一模)将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，v-t 图象如图 3-3-2 所示，以下判断正确的是()图 3-3-2A.前 3 s 内货物处于失重状态B.最后 2 s 内货物只受重力作用C.前 3 s 内平均速度小于最后 2 s 内的平均速度D.最后 2 s 的过程中货物的机械能增加答案：D2.(2014 年北京卷)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入.例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出.对此现象分析正确的有()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：手托物体抛出的过程，必有一段加速过程，其后可以减速，可以匀速，当手和物体匀速运动时，物体既不超重也不失重；当手和物体减速运动时，物体处于失重状态，选项 A错误；物体从静止到运动，必有一段加速过程，此过程物体处于超重状态，选项 B 错误；当物体离开手的瞬间，物体只受重力，此时物体的加速度等于重力加速度，选项 C 错误；手和物体分离之前速度相同，分离之后手速度的变化量比物体速度的变化量大，物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度，所以选项 D 正确.答案：D考点 2 动力学多过程分析对一个复杂的物理过程，我们常常分解成几个简单的有规律的子过程，并找出子过程之间的相互联系和制约条件.认清每个子过程的运动性质，再选取合适的物理规律，列方程求解.典例剖析例 2：(2015 年河北正定中学月考)如图 3-3-3 所示，一水平传送带以 2.0 m/s 的速度顺时针传动，水平部分长为 2.0 m.其右端与一倾角为37的光滑斜面平滑相连，斜面长为 0.4 m，一个可视为质点的物块无初速度地放在传送带最左端，已知物块与传送带间动摩擦因数0.2,试问：(1)物块能否到达斜面顶端？若能则说明理由，若不能则求出物块沿斜面上升的最大距离.(2)物块从出发到 9.5 s 末通过的路程.(sin 370.6，g 取10 m/s2)图 3-3-3解：(1)物块在传送带上先做匀加速直线运动mgma1所以在到达传送带右端前物块已匀速物块以 v0 速度滑上斜面mgsin ma2物块速度为零时上升的距离由于 s20.4 m，所以物块未到达斜面的最高点.(2)物块从开始到第一次到达传送带右端所用时间物块在斜面上往返一次时间 物块再次滑到传送带上速度仍为 v0，方向向左mgma3，a32 m/s2向左端发生的最大位移备考策略：多过程问题往往是求解整个过程中的某一个物理量，可能是力学量，也可能是运动学的量，关键是要对物体的受力情况和运动过程有比较清晰的分析，画出运动过程示意图，结合牛顿第二定律建立方程求解.【考点练透】3.如图 3-3-4 甲所示，光滑水平面上的 O 处有一质量为 m2 kg 的物体.物体同时受到两个水平力的作用，F14 N，方向向右，F2 的方向向左，大小如图乙所示.物体从静止开始运动，此时开始计时.求：(1)当 t0.5 s 时物体的加速度大小.(2)物体在 t0 至 t2 s 内何时物体的加速度最大？最大值为多少？(3)物体在 t0 至 t2 s 内何时物体的速度最大？最大值为多少？甲乙图 3-3-4解：(1)当 t0.5 s 时，F2(220.5)N3 NF1F2ma(2)物体所受的合外力为F合F1F24(22t)22t(N)作出 F合-t 图象如图 D15 所示图 D15从图中可以看出，在 02 s 范围内，当 t0 时，物体有最大加速度 a0F合0ma0画出 a-t 图象如图 D16 所示图 D16由图可知 t1 s 时速度最大，最大值等于上方三角形的面积考点 3 牛顿第二定律与图象相结合重点归纳对物理图象分析1.看清坐标轴所表示的物理量及单位，分析图象与横、纵轴交点的意义，图象斜率的意义和图象与横、纵轴所围面积的含义.2.分析图象问题，常常结合横、纵轴物理量间的函数关系来进行分析.典例剖析例 3：(2015年吉林摸底)如图3-3-5甲所示，质量为 M1 kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数10.1，在木板的左端放置一个质量为 m1 kg，大小可忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数20.4，g 取 10 m/s2，试求：(1)若木板长 L1 m，在铁块上加一个水平向右的恒力 F8 N，经过多长时间铁块运动到木板右端.(2)若在铁块上加一个大小从零开始均匀增加的水平向右的力 F，通过分析和计算后，请在图乙中画出铁块受到木板的摩擦力 f2 随拉力 F 大小变化的图象.(设木板足够长)甲乙图 3-3-5设经过时间 t 铁块运动到木板的右端，则有解得 t1 s.(2)当 F1(mgMg)2 N 时，M、m 相对静止且对地静止，f2F.设 FF1 时，M、m 恰保持相对静止，此时系统的加速度 a a22 m/s2以系统为研究对象，根据牛顿第二定律有F11(Mm)g(Mm)a解得 F16 N所以，当 2 NF6 N 时，M、m 相对静止，系统向右做匀加速运动，其加速度以 M 为研究对象，根据牛顿第二定律有f21(Mm)gMa当 F6 N，M、m 发生相对运动，f22mg 4 N故画出 f2 随拉力 F 大小变化的图象如图 3-3-6 所示.图 3-3-6【考点练透】4.如图 3-3-7 甲所示，质量为 m1 kg 的物体置于倾角为 37的固定斜面上(斜面足够长)，对物体施加平行于斜面向上的恒力 F，作用时间 t11 s 时撤去力 F，物体运动的部分 v-t 图象如图乙所示，设物体受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g10 m/s2.求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数.(2)拉力 F 的大小.(3)t4 s 时物体的速度.甲乙图 3-3-7解：(1)根据 v-t 图线知，匀加速直线运动的加速度的大小a120 m/s2 根据牛顿第二定律得 Fmgcos mgsin ma1匀减速直线运动的加速度的大小 a210 m/s2根据牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma2解得 F30 N，0.5.(2)由(1)知，F30 N.(3)在物体运动过程中，设撤去力 F 后物体运动到最高点的时间为 t2v1a2t2解得 t22 s则物体沿斜面下滑的时间为 t3tt1t2 1 s设下滑加速度为 a3，由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma3解得 a32 m/s2所以 t4 s 时物体的速度 va3t3 21 m/s2 m/s，方向沿斜面向下.模型 连接体模型1.连接体概述两个或两个以上的物体以轻绳、轻杆和轻弹簧等连接在一起，或是多个物体直接叠放或是并排在一起的物体系统就是连接体.如图 3-3-8 所示.图 3-3-82.问题分类(1)已知外力求内力(先整体后隔离)如果已知连接体在合外力的作用下一起运动，可以先把连接体系统作为一个整体，根据牛顿第二定律求出它们共同的加速度；再隔离其中的一个物体，求相互作用力.(2)已知内力求外力(先隔离后整体)如果已知连接体物体间的相互作用力，可以先隔离其中一个物体，根据牛顿第二定律求出它们共同的加速度，再把连接体系统看成一个整体，求解外力的大小.例 4：(多选)如图 3-3-9 所示，水平地面上两个完全相同的物体 A 和 B 紧靠在一起，在水平推力 F 的作用下运动，FAB 代表 A、B 间的作用力，则()图 3-3-9审题突破：物体 A、B 在力 F 的作用下一起向右加速运动，具有相同的加速度，故先用整体法求解运动的加速度，再用隔离法求解它们之间的作用力.解析：设物体的质量为 m，且与地面间有摩擦.A、B 加速度相同，以整体为研究对象，由牛顿第二定律得F2mg2ma答案：BD轻绳与轻滑轮间的摩擦不计，绳子不可伸长，如果m M，求：【触类旁通】(2015 年江苏无锡期中)如图 3-3-10 所示的装置叫做阿特伍德机，是阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律.绳子两端的物体下落(上升)的加速度总是小于自由落体的加速度 g，同自由落体相比，下落相同的高度，所花费的时间要长，这使得实验者有足够的时间从容地观测和研究.已知物体 A、B 的质量相等，均为 M，物体 C 的质量为 m，(1)物体 B 从静止开始下落一段距离的时间与其自由落体下落同样的距离所用时间的比值.(2)系统由静止释放后运动过程中物体 C 对 B 的拉力.图 3-3-10解：(1)设物体的加速度为 a，绳子中的张力为 F，对物体A，有 FMgMa对 BC 整体，有(Mm)gF(Mm)a