物理三 牛顿运动定律 第3讲 牛顿运动定律的应用.ppt

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1、第3讲牛顿运动定律的应用项目超重失重完全失重定义物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于_的状态产生条件物体有_的加速度物体有_的加速度a_，方向竖直向_考点超重和失重大于小于0竖直向下g下竖直向上项目超重失重完全失重运动状态加速上升或减速下降加速下降或减速上升以 ag 加速下降或减速上升原理式FmgmamgFmamgFmgFm(g_)Fm(g_)F_(续表aa0【基础自测】1.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上，体重计示数为 50 kg，电梯运动

2、过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图 3-3-1 所示，在这段时间内下列说法正确的是()图 3-3-1A.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支持力C.电梯一定在竖直向下运动答案：D时间t0t1t2t3体重秤示数/kg45.050.040.045.02.(2017 年上海静安区高三质检)某同学把一体重秤放在电梯的地板上，他站在体重秤上随电梯运动，并在下表中记录了几个特定时刻体重秤的示数(表内时刻不存在先后顺序)，若已知 t0 时刻电梯处于静止状态，则()A.t1 时刻该同学的质量并没有变化，但所受重力发生变化B.t2 时刻电梯可能向上做减速运动C.t1 和

3、 t2 时刻电梯运动的方向相反D.t3 时刻电梯处于静止状态答案：B3.(2017 年湖南邵阳高三第二次大联考)学校“身边的物理”社团小组利用传感器研究物体的运动.在一小球内部装上无线传感器，并将小球竖直向上抛出，通过与地面上接收装置相连的计算机描绘出小球上抛后运动规律的相关图象.已知小球在运动过程中受到的空气阻力随速度的增大而增大，则下列图象可能是计算机正确描绘的是(已知 v、t 分别表示小球速度的大小、运动的时间)()ABCD答案：D4.(2013 年新课标卷)一物块静止在粗糙的水平桌面上.从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用.假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，以 a

4、 表示物块的加速度大小，F 表示水平拉力的大小.能正确描述 F 与 a 之间关系的图象是()ABCD解析：设物体所受滑动摩擦力为 f，在水平拉力 F 作用下，物体做匀加速直线运动，由牛顿第二定律，Ffma，Fmaf，所以能正确描述 F 与 a 之间关系的图象是 C，选项 C 正确.答案：C热点 1超重与失重现象热点归纳1.超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了.在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化(即“视重”发生变化).2.只要物体有向上或向下的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动

5、还是向下运动无关.3.尽管物体的加速度不是在竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态.4.物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于 ma.考向 1对超重与失重现象的理解及判断【典题 1】(多选)如图 3-3-2 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.电梯可能是在上升图 3-3-2C.电梯的加速度方向一定是向下D.乘客一定处在超重状态解析：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

6、的拉力变大，小铁球的合力方向向上，加速度方向向上，小铁球处于超重状态.但电梯可以是加速向上运动或减速向下运动.答案：BD考向 2超重与失重的图象问题【典题 2】(多选，2015 年江苏卷)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度 a 随时间 t 变化的图线如图 3-3-3 所示，以)竖直向上为 a 的正方向，则人对地板的压力(图 3-3-3A.t2 s 时最大C.t8.5 s 时最大B.t2 s 时最小D.t8.5 s 时最小解析：人受重力 mg 和支持力FN的作用，由牛顿第二定律得FN mgma.由牛顿第三定律得人对地板的压力 FN FN mgma.当 t2 s 时 a 有最大值，FN 最大；

7、当 t8.5 s 时，a有最小值，FN 最小，选项 A、D 正确.答案：AD考向 3关于超重与失重的计算【典题 3】小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象.他在地面上用台秤称得其体重为 500 N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从 t0 时由静止开始运动到 t11 s 时停止，得到台秤的示数 F 随时间 t 变化的图象如图 3-3-4 所示，g 取10 m/s2.求：图 3-3-4(1)小明在 02 s 内加速度 a1 的大小，并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态.(2)在 1011 s 内，台秤的示数 F3.(3)小明运动的总位移 x.解：(1)由图象可知，在 02 s 内，台秤

8、对小明的支持力F1450 N由牛顿第二定律，得 mgF1ma1解得 a11 m/s2加速度方向竖直向下，故小明处于失重状态.(2)设在 1011 s 内小明的加速度为 a3，时间为 t3，02 s的时间为 t1，则 a1t1a3t3解得a32 m/s2由牛顿第二定律，有 F3mgma3解得 F3600 N.210 s内位移x2a1t1t216 m小明运动的总位移xx1x2x319 m.热点 2牛顿第二定律与图象结合的问题热点归纳常见的动力学图象：v-t 图象、a-t 图象、F-t 图象、F-a 图象等.(1)分清图象的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图象所反映的物

9、理过程，会分析临界点.(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标轴的交点，图线的转折点，两图线的交点等.(3)明确能从图象中获得哪些信息：把图象与具体的题意、情境结合起来，再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义，确定从图象中反馈出来的有用信息，这些信息往往是解题的突破口或关键点.考向 1由 v-t 图象分析物体的受力情况【典题 4】(多选，2015 年新课标卷)如图 3-3-5 甲所示，一物块在 t0 时刻滑上一固定斜面，其运动的 v-t 图线如图乙所示.若重力加速度及图中的 v0、v1、t1 均为已知量，则可求出()甲乙图 3-3-5A.斜面的倾角B.物块的质量C.物块与斜

10、面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度答案：ACD考向 2由 F-t 图象分析物体的运动情况【典题 5】质量为 2 kg 的物体静止在足够大的水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为 0.2，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等.从 t0 时刻开始，物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力 F 的作用，F 随时间 t 的变化规律如图3-3-6所示.重力加速度 g 取 10 m/s2，则物体在 t0 至 t12 s 这段时间的位移大小为()图 3-3-6A.18 mB.54 mC.72 mD.198 m解析：拉力 F 只有大于最大静摩擦力 f maxmg0.2210 N4 N 时，物

11、体才会由静止开始运动.03 s 时：Ff max，物体保持静止，s10；36 s 时：Ff max，物体由静止开始做匀加速直线运动.由题意知，滑动摩擦力 ff max，69 s 时：Ff，物体做匀速直线运动，s3vt63 m18 m；912 s 时：Ff，物体以 6 m/s 为初速度，以 2 m/s2为加速度做匀加速直线运动，所以012 s内物体的位移为ss1s2s3s454 m，选项 B 正确.答案：B考向 3a-F 图象【典题 6】(2017 年甘肃兰州实战考试)用一水平力 F 拉静止在水平面上的物体，在 F 从零开始逐渐增大的过程中，加速度 a 随外力 F 变化的图象如图 3-3-7 所

12、示，g 取 10 m/s2，水平滑动摩擦力)()A.物体与水平面间的滑动摩擦力B.物体与水平面间的动摩擦因数C.外力 F 为 12 N 时物体的速度D.物体的质量图 3-3-7答案：C方法技巧：解决图象综合问题的关键：图象反映了两个变量之间的函数关系，必要时需要根据物理规律进行推导，得到函数关系后结合图线的斜率、截距、面积、交点坐标、拐点的物理意义对图象及运动过程进行分析.热点 3动力学中的临界极值问题热点归纳动力学中的典型临界条件：(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是弹力 FN 0.(2)相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑动的临

13、界条件是静摩擦力达到最大值.(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的拉力是有限度的，绳子断与不断的临界条件是绳中拉力等于它所能承受的最大拉力，绳子松弛的临界条件是 FT0.(4)加速度变化时，速度达到最值的临界条件：当加速度变为零时.考向 1动力学中的临界问题【典题 7】一斜面放在水平地面上，倾角为45，一个质量为 m0.2 kg 的小球用细绳吊在斜面顶端，如图 3-3-8 所示.斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计斜面与水平面的摩擦.下列说法正确的是()图 3-3-8A.当斜面以向右的加速度 a m/s2 运动时，斜面对小球的弹力为零B.斜面向右的加速度超过 a10 m/s2

14、 时，球与斜面脱离C.无论斜面做什么运动，绳子拉力的竖直分力一定等于球的重力D.无论斜面做什么运动，绳子拉力与斜面弹力的合力一定竖直向上解析：设小球刚刚脱离斜面时，斜面向右的加速度为 a0，此时斜面对小球的支持力恰好为零，小球只受重力和细绳的拉力，且细绳仍然与斜面平行，小球受力如图 3-3-9 所示.由牛顿第二定律得：mgcot ma0，解得临界加速度 a0gcot 10 m/s2，故 A 错误，B 正确；斜面对小球的弹力不为零时，斜面对小球的弹力与绳子拉力在竖直向上方向上的合力大小等于重力，C 错误；当球与斜面脱离时，斜面对球的弹力为零，拉力与弹力的合图 3-3-9力不在竖直方向上，D 错误

15、.答案：B【迁移拓展】如图 3-3-10 所示，质量为 m1 kg 的物块放在倾角为37的斜面体上，斜面体的质量为 M2 kg，斜面与物块间的动摩擦因数为0.2，地面光滑.现对斜面体施加一水平推力 F，要使物块相对斜面静止，试确定推力 F 的取值范围.(g 取 10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)图 3-3-10解：假设水平推力 F 较小，物块相对斜面具有下滑趋势，当刚要下滑时，推力 F 具有最小值，设大小为 F1，此时物块受力如图 D19 甲所示，取加速度方向为 x 轴正方向，对物块分析，在水平方向，有FNsin FNcos ma1在竖直方向，有FNcos FNsin m

16、g0对整体，有 F1(Mm)a1联立以上各式解得 a14.8 m/s2，F114.4 N甲乙图 D19假设水平推力 F 较大，物块相对斜面具有上滑趋势，当刚要上滑时，推力 F 具有最大值，设大小为 F2，此时物块受力如图乙所示，对物块分析，在水平方向，有FNsin FNcos ma2在竖直方向，有FNcos FNsin mg0对整体有F2(Mm)a2联立以上各式解得 a211.2 m/s2，F233.6 N综上所述可知推力 F 的取值范围为：14.4 NF33.6 N.考向 2动力学中的极值问题【典题 8】如图 3-3-11 所示，一质量 m0.4 kg 的小物块，以 v02 m/s 的初速度

17、在与斜面成某一夹角的拉力 F 作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经 t2 s 的时间物块由 A 点运动到 B点，A、B 之间的距离 L10 m.已知斜面倾角30，物块与斜面之间的动摩擦因数.重力加速度 g 取 10 m/s2.(1)求物块加速度的大小及到达 B 点时速度的大小.(2)拉力 F 与斜面夹角为多大时，拉力 F 最小？拉力 F 的最小值是多少？图 3-3-11解：(1)设物块加速度的大小为 a，到达 B 点时速度的大小为 v，由运动学公式得联立式，代入数据得a3 m/s2v8 m/s.vv0at(2)设物块所受支持力为 FN，所受摩擦力为 Ff，拉力与斜面间的夹角为，受力分析如图 3-3-12 所示，由牛顿第二定律得图 3-3-12Fcos mgsin Ffma Fsin FNmgcos 0 又FfFN 联立式得