人教版高三物理总复习 3.3牛顿运动定律的综合应用课件 鲁科.ppt

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1、第三节牛顿运动定律的综合应用第三节牛顿运动定律的综合应用2021/8/9 星期一1基础知识梳理基础知识梳理一、超重和失重一、超重和失重1视视重重：当当物物体体挂挂在在弹弹簧簧测测力力计计下下或或放放在在水水平平台台秤秤上上时时，弹弹簧簧测测力力计计或或台台秤秤的的_称称为为视视重重，视视重重大大小小等等于于测测力力计计所所受受物物体体的的_或或台台秤秤所所受物体的受物体的_2超重、失重和完全失重的比超重、失重和完全失重的比较较示数示数拉力拉力压压力力2021/8/9 星期一2超重超重现现象象失重失重现现象象完全失重完全失重概念概念物体物体对对支持物的支持物的压压力力(或或对悬对悬挂挂物的拉力物

2、的拉力)_ 物体所受重力的物体所受重力的现现象象物体物体对对支持物支持物的的压压力力(或或对悬对悬挂物的拉力挂物的拉力)_物体所物体所受重力的受重力的现现象象物体物体对对支持物支持物压压力力(或或对悬对悬挂物挂物的拉力的拉力)_ 的的现现象象产产生条生条件件物体的加速度方物体的加速度方向向_物体的加速度物体的加速度方向方向_物体的加速度方物体的加速度方向向_，大小等于大小等于g列原理列原理式式Fmgma Fm(ga)mgFmaFm(ga)mgFmaF0运运动动状状态态加速上升、减速加速上升、减速下降下降加速下降、减加速下降、减速上升速上升无阻力的抛体运无阻力的抛体运动动情况情况大于大于竖竖直向

3、上直向上小于小于竖竖直向下直向下等于零等于零竖竖直向下直向下2021/8/9 星期一3二、二、动动力学中的力学中的临临界界问题问题1临临界界问题问题临临界界问问题题是是指指物物体体的的运运动动性性质质发发生生_，要要发发生生而而尚尚未未发发生生改改变变时时的的状状态态此此时时运运动动物物体体的的特特殊条件称殊条件称为为_2常常见临见临界条件界条件本本章章中中常常出出现现的的临临界界条条件件为为：(1)地地面面、绳绳子子或或杆杆的的弹弹力力为为零零；(2)相相对对静静止止的的物物体体间间静静摩摩擦擦力力达达到到最最大大，通通常常在在计计算算中中取取最最大大静静摩摩擦擦力力_滑滑动动摩擦力摩擦力突

4、突变变临临界条件界条件等于等于2021/8/9 星期一4课堂互动讲练课堂互动讲练一、对超重、失重的理解一、对超重、失重的理解1产生条件：物体必须具有竖直方向上的加速度，产生条件：物体必须具有竖直方向上的加速度，而与运动速度的大小和方向无关，只与加速度的大而与运动速度的大小和方向无关，只与加速度的大小和方向有关若加速度方向向上，则处于超重状小和方向有关若加速度方向向上，则处于超重状态；若加速度方向向下，则处于失重状态；若加速态；若加速度方向向下，则处于失重状态；若加速度度ag(即方向向下、大小为即方向向下、大小为9.8 m/s2)，则处于完全，则处于完全失重状态失重状态2深化理解深化理解(1)在

5、重力加速度恒定时，重力是一恒量，超重、失在重力加速度恒定时，重力是一恒量，超重、失重现象只是重现象只是“视重视重”发生变化，而物体所受重力并发生变化，而物体所受重力并不变化不变化2021/8/9 星期一5(2)凡是物体加速度方向与重力加速度方向相反时凡是物体加速度方向与重力加速度方向相反时物体处于超重状态，当物体出现超重状态时，对物体处于超重状态，当物体出现超重状态时，对重物的支持力重物的支持力(或拉力或拉力)的一部分与重物的重力相的一部分与重物的重力相平衡，另一部分提供重物与系统一起做加速运动平衡，另一部分提供重物与系统一起做加速运动所需的力，视重超出物体实际重力的部分一定等所需的力，视重超

6、出物体实际重力的部分一定等于于ma.(3)物体加速度方向与重力加速度方向一致时，处物体加速度方向与重力加速度方向一致时，处于失重状态当出现失重现象时，则重力有一部于失重状态当出现失重现象时，则重力有一部分提供重物加速运动所需要的力，剩余部分的重分提供重物加速运动所需要的力，剩余部分的重力则与支持力力则与支持力(或拉力或拉力)相平衡视重一定比物体相平衡视重一定比物体实际重力小实际重力小ma.2021/8/9 星期一6(4)在失重状态中，如在失重状态中，如ag时，物体处于完全失重状时，物体处于完全失重状态，这时由重力所产生的一切现象消失如：两个态，这时由重力所产生的一切现象消失如：两个物块叠放在一

7、起共同自由落体，上面物块对下面物物块叠放在一起共同自由落体，上面物块对下面物块将不产生压力；单摆停摆、天平无法测量物体质块将不产生压力；单摆停摆、天平无法测量物体质量、浮力消失、液柱不再产生向下的压强等，但物量、浮力消失、液柱不再产生向下的压强等，但物体的重力不会因出现超重或失重而变化体的重力不会因出现超重或失重而变化3重力与视重的区别和联系重力与视重的区别和联系重力是由地球对物体的吸引而产生的，人们通常用重力是由地球对物体的吸引而产生的，人们通常用竖直悬挂的弹簧秤或水平放置的台秤来测量物体的竖直悬挂的弹簧秤或水平放置的台秤来测量物体的重力大小用这种方法测得的重力大小常称为重力大小用这种方法测

8、得的重力大小常称为“视视重重”，其实质是弹簧秤拉物体的力或台秤对物体的，其实质是弹簧秤拉物体的力或台秤对物体的支持力支持力.2021/8/9 星期一7运运动动情况情况超重、失重超重、失重视视重重平衡状平衡状态态不超重、不失不超重、不失重重Fmg具有向上具有向上的加速度的加速度a超重超重Fm(ga)具有向下具有向下的加速度的加速度a失重失重Fm(ga)向下的加向下的加速度速度为为g完全失重完全失重F02021/8/9 星期一8即即时应时应用用1(2011年山东东营模拟年山东东营模拟)在升降电梯内的地面上在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计放一体重计，电梯静止时，晓敏同学

9、站在体重计上，体重计示数为上，体重计示数为50 kg，电梯运动过程中，某一，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图段时间内晓敏同学发现体重计示数如图331所所示在这段时间内下列说法中正确的是示在这段时间内下列说法中正确的是()图图3312021/8/9 星期一9A晓敏同学所受的重力变小了晓敏同学所受的重力变小了B晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力支持力C电梯一定在竖直向下运动电梯一定在竖直向下运动D电梯的加速度大小为电梯的加速度大小为g/5，方向一定竖直向，方向一定竖直向下下2021/8/9 星期一10解解析析：选选D.晓晓敏敏在在这

10、这段段时时间间内内处处于于失失重重状状态态，是是由由于于晓晓敏敏对对体体重重计计的的压压力力变变小小了了，而而晓晓敏敏的的重重力力没没有有改改变变，A错错误误；晓晓敏敏对对体体重重计计的的压压力力与与体体重重计计对对晓晓敏敏的的支支持持力力是是一一对对作作用用力力与与反反作作用用力力，大大小小一一定定相相等等，B错错误误；以以竖竖直直向向下下为为正正方方向向，有有：mgFma，即即50g40g50a，解解得得ag/5，方方向向竖竖直直向向下下，但但速速度度方方向向可可能能是是竖竖直直向向上上，也也可可能能是是竖竖直直向向下下，C错错误误，D正确正确2021/8/9 星期一11二、应用牛顿第二定

11、律的步骤和思维方法二、应用牛顿第二定律的步骤和思维方法1应用牛顿第二定律的解题步骤应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体选出被研究的物体(2)分析物体的受力情况和运动情况画好受力分分析物体的受力情况和运动情况画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程析图，明确物体的运动性质和运动过程(3)选取正方向或建立坐标系通常以加速度的方选取正方向或建立坐标系通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向向(4)求合外力求合外力F合合2021/8/9 星期一1

12、2(5)根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F合合ma列方程求解，必要时列方程求解，必要时还要对结果进行讨论还要对结果进行讨论特别提醒：特别提醒：(1)物体的运动情况是由所受的力及物体物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定的运动的初始状态共同决定的(2)无论是哪种情况，加速度都是联系力和运动的无论是哪种情况，加速度都是联系力和运动的“桥梁桥梁”2应用牛顿第二定律解题的思维方法应用牛顿第二定律解题的思维方法(1)整体法和隔离法整体法和隔离法确定研究对象的最常用方法是整体法和隔离法，整确定研究对象的最常用方法是整体法和隔离法，整体法是把系统中的几个物体作为一个物体来处理，体法是把系统中

13、的几个物体作为一个物体来处理，而隔离法是把一个系统而隔离法是把一个系统(或一个物体或一个物体)分为几个部分分为几个部分来处理来处理2021/8/9 星期一13通常情况下，当把该定律应用于单一物体，或者是通常情况下，当把该定律应用于单一物体，或者是各个部分加速度完全相同的某系统时，定律的含义各个部分加速度完全相同的某系统时，定律的含义并不难理解：并不难理解：m为物体或系统的质量，为物体或系统的质量，F为物体或为物体或系统所受到的所有外力的矢量和，而系统所受到的所有外力的矢量和，而a则为物体或则为物体或系统的加速度系统的加速度若将定律直接应用于各个部分加速度并不完全相同若将定律直接应用于各个部分加

14、速度并不完全相同的某系统时，定律的表现形式为的某系统时，定律的表现形式为Fimiai；mi为为系统各部分的质量，系统各部分的质量，Fi为系统各部分所受到的来为系统各部分所受到的来自系统外部物体所施加的力的矢量和，而自系统外部物体所施加的力的矢量和，而ai则分别则分别为系统各部分的不尽相同的加速度为系统各部分的不尽相同的加速度(2)合成法、分解法与正交分解法合成法、分解法与正交分解法2021/8/9 星期一14若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动，若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动，一般根据平行四边形定则一般根据平行四边形定则(或三角形定则或三角形定则)用合成用合成法或分解法解题法

15、或分解法解题若研究对象在不共线的三个以上的力作用下做加若研究对象在不共线的三个以上的力作用下做加速运动，一般用正交分解法解题通常有两种方速运动，一般用正交分解法解题通常有两种方法：法：分解力而不分解加速度通常以加速度分解力而不分解加速度通常以加速度a的方向的方向为为x轴正方向建立直角坐标系，将物体所受的各个轴正方向建立直角坐标系，将物体所受的各个力分解在力分解在x轴和轴和y轴上，分别求得轴上，分别求得x轴和轴和y轴上的合轴上的合力力Fx合合和和Fy合合各个方向上的力分别产生各自的加各个方向上的力分别产生各自的加速度，列方程组求解速度，列方程组求解2021/8/9 星期一15分解加速度若物体受几

16、个互相垂直的力作用，分解加速度若物体受几个互相垂直的力作用，应用牛顿运动定律求解时，若分解的力太多，可应用牛顿运动定律求解时，若分解的力太多，可根据物体受力情况，使尽可能多的力位于两坐标根据物体受力情况，使尽可能多的力位于两坐标轴上而分解加速度轴上而分解加速度a，得，得ax和和ay，根据牛顿第二定，根据牛顿第二定律列方程组求解律列方程组求解(3)分段法分段法当研究对象在研究过程的不同阶段受力情况有变当研究对象在研究过程的不同阶段受力情况有变化时，那就必须分阶段进行受力分析，分阶段列化时，那就必须分阶段进行受力分析，分阶段列方程求解方程求解2021/8/9 星期一16即即时应时应用用2如图如图3

17、32所示，在箱内倾角为所示，在箱内倾角为的固定光滑的固定光滑斜面上用平行于斜面的细线固定一质量为斜面上用平行于斜面的细线固定一质量为m的木块的木块求：求：(1)箱以加速度箱以加速度a匀加速上升；匀加速上升；(2)箱以加速度箱以加速度a向左匀加速运动时，线对木块的拉力向左匀加速运动时，线对木块的拉力F1和斜面对和斜面对木块的支持力木块的支持力F2各为多大？各为多大？图图3322021/8/9 星期一17解解析析：(1)a向向上上时时，由由于于木木块块受受的的合合外外力力竖竖直直向向上上，重重力力竖竖直直向向下下，所所以以F1、F2的的合合力力F必必然然竖竖直直向向上上如如图图甲甲所所示示，由由牛

18、牛顿顿第第二二定定律律得得Fmgma，则则Fm(ga)再再由由F1Fsin和和F2Fcos求求解解，得得到到F1m(ga)sin，F2m(ga)cos.2021/8/9 星期一18(2)a向左时，木块受到的三个力都不和加速度在一向左时，木块受到的三个力都不和加速度在一条直线上，必须用正交分解法可选择沿斜面方向条直线上，必须用正交分解法可选择沿斜面方向和垂直于斜面方向进行正交分解和垂直于斜面方向进行正交分解(同时正交分解同时正交分解a)，如图乙所示，然后分别沿如图乙所示，然后分别沿x、y轴列方程求轴列方程求F1、F2.F1m(gsinacos)，F2m(gcosasin)答案：见解析答案：见解析

19、2021/8/9 星期一19经典题型探究经典题型探究题型一题型一超重和失重现象的考查超重和失重现象的考查 (2011年三明质检年三明质检)某位同学为了研究超重某位同学为了研究超重和失重现象，将重为和失重现象，将重为50 N的物体带到电梯中，并的物体带到电梯中，并将它放在水平放置的传感器上，电梯由启动到停将它放在水平放置的传感器上，电梯由启动到停止的过程中，测得重物的压力随时间变化的图象止的过程中，测得重物的压力随时间变化的图象如图如图333所示设在所示设在t12 s和和t28 s时电梯的时电梯的速度分别为速度分别为v1和和v2，下列判断正确的是，下列判断正确的是()例例例例1 12021/8/

20、9 星期一20图图3332021/8/9 星期一21A电电梯上升了，梯上升了，v1v2B电电梯上升了，梯上升了，v2v1C电电梯下降了，梯下降了，v1v2 D电电梯下降了，梯下降了，v2v1【思思路路点点拨拨】根根据据F-t图图象象的的信信息息，结结合合运运动动过过程的程的v-t图图象分析象分析2021/8/9 星期一22【解解析析】由由图图象象可可知知，物物体体先先处处于于超超重重状状态态(加加速速上上升升或或减减速速下下降降)，考考虑虑到到电电梯梯由由启启动动开开始始，故故可可以以判判断断电电梯梯加加速速上上升升；由由压压力力随随时时间间变变化化的的图图象可知其象可知其v-t图图象如象如图

21、图334所示，可知所示，可知v2v1.图图3342021/8/9 星期一23【答案答案】B【规规律律总总结结】研研究究超超重重、失失重重问问题题要要注注意意区区分分“视视重重”和和“实实重重”两两个个概概念念，涉涉及及物物体体速速度度、位位移移等等问问题题时时可可借借助助v-t图图象象或或运运动动学学方方程程分分析析2021/8/9 星期一24例例例例2 2题型二题型二动力学的极值、临界问题动力学的极值、临界问题 (2011年福建调研年福建调研)一个质量为一个质量为0.2 kg的小球用的小球用细绳吊在底角细绳吊在底角53的斜面顶端，如图的斜面顶端，如图335所所示斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳

22、与斜面平行，示斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以不计摩擦，当斜面以10 m/s2的加速度向左做加速运的加速度向左做加速运动时，求绳子的拉力及斜面对小球的弹力动时，求绳子的拉力及斜面对小球的弹力(g取取10 m/s2)2021/8/9 星期一25图图3352021/8/9 星期一26【思思路路点点拨拨】当当斜斜面面向向左左做做加加速速运运动动时时，若若加加速速度度较较小小，可可能能会会出出现现什什么么情情况况？若若加加速速度度较较大大，可可能能会会出出现现什什么么情情况况？若若加加速速度度较较适适中中时时，又又会会出出现现什么情况？什么情况？【解解析析】令令小小球球处处

23、在在离离开开斜斜面面的的临临界界状状态态(N刚刚好好为为零零)时时，斜斜面面向向左左的的加加速速度度为为a0，此此时时对对小小球球进进行受力分析，有行受力分析，有mgcotma0所以所以a0gcot7.5 m/s2因为因为a10 m/s2a0，所以小球离开斜面，所以小球离开斜面(如图如图336所示所示)而向左加速而向左加速2021/8/9 星期一27图图3362021/8/9 星期一28【答案答案】2.83 N0【规规律律总总结结】解解决决临临界界和和极极值值问问题题时时，首首先先做做好好受受力力分分析析，利利用用极极限限法法将将某某一一物物理理量量推推到到极极大大或或极极小小，找找出出临临界

24、界状状态态，再再根根据据牛牛顿顿运运动动定律分析求解定律分析求解2021/8/9 星期一29 (满分样板满分样板14分分)一名消防员在模拟演习训一名消防员在模拟演习训练中，沿着长为练中，沿着长为12 m的竖直立在地面上的钢管往的竖直立在地面上的钢管往下滑，这名消防员质量为下滑，这名消防员质量为60 kg，他从钢管顶端由，他从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑，滑到地面时速静止开始先匀加速再匀减速下滑，滑到地面时速度恰好为零，如果加速下滑时加速度的大小是减度恰好为零，如果加速下滑时加速度的大小是减速下滑时加速度大小的两倍，下滑的总时间是速下滑时加速度大小的两倍，下滑的总时间是3 s，取，取g

25、10 m/s2.求：求：(1)该消防员下滑过程中的最大速度为多少？该消防员下滑过程中的最大速度为多少？(2)加速下滑和减速下滑时消防队员与钢管间的摩加速下滑和减速下滑时消防队员与钢管间的摩擦力擦力f1与与f2之比？之比？例例例例3 3题型三题型三动力学的多过程问题动力学的多过程问题2021/8/9 星期一30【思路点思路点拨拨】解决此解决此题题关关键键是以下两点：是以下两点：(1)消防消防员员的运的运动动分几个分几个阶阶段段(2)加速下滑和减速下滑的受力及加速度情况加速下滑和减速下滑的受力及加速度情况解解题样题样板板(1)根根据据题题意意，作作出出消消防防员员下下滑滑过过程程的的v-t图图象象

26、如如图图337所示所示图图3372021/8/9 星期一312021/8/9 星期一32【答案答案】(1)8 m/s(2)1 72021/8/9 星期一33【规规律律总总结结】对对于于物物体体运运动动的的多多过过程程题题目目，在在分分析析物物体体的的运运动动过过程程中中，一一定定弄弄清清整整个个运运动动过过程程中中物物体体的的加加速速度度是是否否相相同同，若若不不同同，必必须须分分段段处处理理，加加速速度度改改变变时时的的瞬瞬时时速速度度即即是是前前后后过过程程的的联联系系量量分分析析受受力力时时要要注注意意前前后后过过程程中中哪些力哪些力发发生了生了变变化，哪些力没化，哪些力没发发生生变变化化2021/8/9 星期一342021/8/9 星期一35