高三物理總復(fù)習(xí) 3.3牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用課件 魯科版.ppt

第三節(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 一 超重和失重1 視重 當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí) 彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的 稱(chēng)為視重 視重大小等于測(cè)力計(jì)所受物體的 或臺(tái)秤所受物體的 2 超重 失重和完全失重的比較 示數(shù) 拉力 壓力 大于 豎直向上 小于 豎直向下 等于零 豎直向下 二 動(dòng)力學(xué)中的臨界問(wèn)題1 臨界問(wèn)題臨界問(wèn)題是指物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)發(fā)生 要發(fā)生而尚未發(fā)生改變時(shí)的狀態(tài) 此時(shí)運(yùn)動(dòng)物體的特殊條件稱(chēng)為 2 常見(jiàn)臨界條件本章中常出現(xiàn)的臨界條件為 1 地面 繩子或桿的彈力為零 2 相對(duì)靜止的物體間靜摩擦力達(dá)到最大 通常在計(jì)算中取最大靜摩擦力 滑動(dòng)摩擦力 突變 臨界條件 等于 課堂互動(dòng)講練 一 對(duì)超重 失重的理解1 產(chǎn)生條件 物體必須具有豎直方向上的加速度 而與運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向無(wú)關(guān) 只與加速度的大小和方向有關(guān) 若加速度方向向上 則處于超重狀態(tài) 若加速度方向向下 則處于失重狀態(tài) 若加速度a g 即方向向下 大小為9 8m s2 則處于完全失重狀態(tài) 2 深化理解 1 在重力加速度恒定時(shí) 重力是一恒量 超重 失重現(xiàn)象只是 視重 發(fā)生變化 而物體所受重力并不變化 2 凡是物體加速度方向與重力加速度方向相反時(shí)物體處于超重狀態(tài) 當(dāng)物體出現(xiàn)超重狀態(tài)時(shí) 對(duì)重物的支持力 或拉力 的一部分與重物的重力相平衡 另一部分提供重物與系統(tǒng)一起做加速運(yùn)動(dòng)所需的力 視重超出物體實(shí)際重力的部分一定等于ma 3 物體加速度方向與重力加速度方向一致時(shí) 處于失重狀態(tài) 當(dāng)出現(xiàn)失重現(xiàn)象時(shí) 則重力有一部分提供重物加速運(yùn)動(dòng)所需要的力 剩余部分的重力則與支持力 或拉力 相平衡 視重一定比物體實(shí)際重力小ma 4 在失重狀態(tài)中 如a g時(shí) 物體處于完全失重狀態(tài) 這時(shí)由重力所產(chǎn)生的一切現(xiàn)象消失 如 兩個(gè)物塊疊放在一起共同自由落體 上面物塊對(duì)下面物塊將不產(chǎn)生壓力 單擺停擺 天平無(wú)法測(cè)量物體質(zhì)量 浮力消失 液柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等 但物體的重力不會(huì)因出現(xiàn)超重或失重而變化 3 重力與視重的區(qū)別和聯(lián)系重力是由地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的 人們通常用豎直懸掛的彈簧秤或水平放置的臺(tái)秤來(lái)測(cè)量物體的重力大小 用這種方法測(cè)得的重力大小常稱(chēng)為 視重 其實(shí)質(zhì)是彈簧秤拉物體的力或臺(tái)秤對(duì)物體的支持力 即時(shí)應(yīng)用1 2011年山東東營(yíng)模擬 在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計(jì) 電梯靜止時(shí) 曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上 體重計(jì)示數(shù)為50kg 電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖3 3 1所示 在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是 圖3 3 1 a 曉敏同學(xué)所受的重力變小了b 曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力c 電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)d 電梯的加速度大小為g 5 方向一定豎直向下 解析 選d 曉敏在這段時(shí)間內(nèi)處于失重狀態(tài) 是由于曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力變小了 而曉敏的重力沒(méi)有改變 a錯(cuò)誤 曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力是一對(duì)作用力與反作用力 大小一定相等 b錯(cuò)誤 以豎直向下為正方向 有 mg f ma 即50g 40g 50a 解得a g 5 方向豎直向下 但速度方向可能是豎直向上 也可能是豎直向下 c錯(cuò)誤 d正確 二 應(yīng)用牛頓第二定律的步驟和思維方法1 應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟 1 明確研究對(duì)象 根據(jù)問(wèn)題的需要和解題的方便 選出被研究的物體 2 分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 畫(huà)好受力分析圖 明確物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程 3 選取正方向或建立坐標(biāo)系 通常以加速度的方向?yàn)檎较蚧蛞约铀俣确较驗(yàn)槟骋蛔鴺?biāo)軸的正方向 4 求合外力f合 5 根據(jù)牛頓第二定律f合 ma列方程求解 必要時(shí)還要對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論 特別提醒 1 物體的運(yùn)動(dòng)情況是由所受的力及物體運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)共同決定的 2 無(wú)論是哪種情況 加速度都是聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的 橋梁 2 應(yīng)用牛頓第二定律解題的思維方法 1 整體法和隔離法確定研究對(duì)象的最常用方法是整體法和隔離法 整體法是把系統(tǒng)中的幾個(gè)物體作為一個(gè)物體來(lái)處理 而隔離法是把一個(gè)系統(tǒng) 或一個(gè)物體 分為幾個(gè)部分來(lái)處理 通常情況下 當(dāng)把該定律應(yīng)用于單一物體 或者是各個(gè)部分加速度完全相同的某系統(tǒng)時(shí) 定律的含義并不難理解 m為物體或系統(tǒng)的質(zhì)量 f為物體或系統(tǒng)所受到的所有外力的矢量和 而a則為物體或系統(tǒng)的加速度 若將定律直接應(yīng)用于各個(gè)部分加速度并不完全相同的某系統(tǒng)時(shí) 定律的表現(xiàn)形式為 fi miai mi為系統(tǒng)各部分的質(zhì)量 fi為系統(tǒng)各部分所受到的來(lái)自系統(tǒng)外部物體所施加的力的矢量和 而ai則分別為系統(tǒng)各部分的不盡相同的加速度 2 合成法 分解法與正交分解法 若研究對(duì)象在不共線(xiàn)的兩個(gè)力作用下做加速運(yùn)動(dòng) 一般根據(jù)平行四邊形定則 或三角形定則 用合成法或分解法解題 若研究對(duì)象在不共線(xiàn)的三個(gè)以上的力作用下做加速運(yùn)動(dòng) 一般用正交分解法解題 通常有兩種方法 分解力而不分解加速度 通常以加速度a的方向?yàn)閤軸正方向建立直角坐標(biāo)系 將物體所受的各個(gè)力分解在x軸和y軸上 分別求得x軸和y軸上的合力fx合和fy合 各個(gè)方向上的力分別產(chǎn)生各自的加速度 列方程組求解 分解加速度 若物體受幾個(gè)互相垂直的力作用 應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解時(shí) 若分解的力太多 可根據(jù)物體受力情況 使盡可能多的力位于兩坐標(biāo)軸上而分解加速度a 得ax和ay 根據(jù)牛頓第二定律列方程組求解 3 分段法當(dāng)研究對(duì)象在研究過(guò)程的不同階段受力情況有變化時(shí) 那就必須分階段進(jìn)行受力分析 分階段列方程求解 即時(shí)應(yīng)用2 如圖3 3 2所示 在箱內(nèi)傾角為 的固定光滑斜面上用平行于斜面的細(xì)線(xiàn)固定一質(zhì)量為m的木塊 求 1 箱以加速度a勻加速上升 2 箱以加速度a向左勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 線(xiàn)對(duì)木塊的拉力f1和斜面對(duì)木塊的支持力f2各為多大 圖3 3 2 解析 1 a向上時(shí) 由于木塊受的合外力豎直向上 重力豎直向下 所以f1 f2的合力f必然豎直向上 如圖甲所示 由牛頓第二定律得f mg ma 則f m g a 再由f1 fsin 和f2 fcos 求解 得到f1 m g a sin f2 m g a cos 2 a向左時(shí) 木塊受到的三個(gè)力都不和加速度在一條直線(xiàn)上 必須用正交分解法 可選擇沿斜面方向和垂直于斜面方向進(jìn)行正交分解 同時(shí)正交分解a 如圖乙所示 然后分別沿x y軸列方程求f1 f2 f1 m gsin acos f2 m gcos asin 答案 見(jiàn)解析 經(jīng)典題型探究 2011年三明質(zhì)檢 某位同學(xué)為了研究超重和失重現(xiàn)象 將重為50n的物體帶到電梯中 并將它放在水平放置的傳感器上 電梯由啟動(dòng)到停止的過(guò)程中 測(cè)得重物的壓力隨時(shí)間變化的圖象如圖3 3 3所示 設(shè)在t1 2s和t2 8s時(shí)電梯的速度分別為v1和v2 下列判斷正確的是 圖3 3 3 a 電梯上升了 v1 v2b 電梯上升了 v2 v1c 電梯下降了 v1 v2d 電梯下降了 v2 v1 思路點(diǎn)撥 根據(jù)f t圖象的信息 結(jié)合運(yùn)動(dòng)過(guò)程的v t圖象分析 解析 由圖象可知 物體先處于超重狀態(tài) 加速上升或減速下降 考慮到電梯由啟動(dòng)開(kāi)始 故可以判斷電梯加速上升 由壓力隨時(shí)間變化的圖象可知其v t圖象如圖3 3 4所示 可知v2 v1 圖3 3 4 答案 b 規(guī)律總結(jié) 研究超重 失重問(wèn)題要注意區(qū)分 視重 和 實(shí)重 兩個(gè)概念 涉及物體速度 位移等問(wèn)題時(shí)可借助v t圖象或運(yùn)動(dòng)學(xué)方程分析 2011年福建調(diào)研 一個(gè)質(zhì)量為0 2kg的小球用細(xì)繩吊在底角 53 的斜面頂端 如圖3 3 5所示 斜面靜止時(shí) 球緊靠在斜面上 繩與斜面平行 不計(jì)摩擦 當(dāng)斜面以10m s2的加速度向左做加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 求繩子的拉力及斜面對(duì)小球的彈力 g取10m s2 圖3 3 5 思路點(diǎn)撥 當(dāng)斜面向左做加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 若加速度較小 可能會(huì)出現(xiàn)什么情況 若加速度較大 可能會(huì)出現(xiàn)什么情況 若加速度較適中時(shí) 又會(huì)出現(xiàn)什么情況 解析 令小球處在離開(kāi)斜面的臨界狀態(tài) n剛好為零 時(shí) 斜面向左的加速度為a0 此時(shí)對(duì)小球進(jìn)行受力分析 有mgcot ma0所以a0 gcot 7 5m s2因?yàn)閍 10m s2 a0 所以小球離開(kāi)斜面 如圖3 3 6所示 而向左加速 圖3 3 6 答案 2 83n0 規(guī)律總結(jié) 解決臨界和極值問(wèn)題時(shí) 首先做好受力分析 利用極限法將某一物理量推到極大或極小 找出臨界狀態(tài) 再根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析求解 滿(mǎn)分樣板14分 一名消防員在模擬演習(xí)訓(xùn)練中 沿著長(zhǎng)為12m的豎直立在地面上的鋼管往下滑 這名消防員質(zhì)量為60kg 他從鋼管頂端由靜止開(kāi)始先勻加速再勻減速下滑 滑到地面時(shí)速度恰好為零 如果加速下滑時(shí)加速度的大小是減速下滑時(shí)加速度大小的兩倍 下滑的總時(shí)間是3s 取g 10m s2 求 1 該消防員下滑過(guò)程中的最大速度為多少 2 加速下滑和減速下滑時(shí)消防隊(duì)員與鋼管間的摩擦力f1與f2之比 思路點(diǎn)撥 解決此題關(guān)鍵是以下兩點(diǎn) 1 消防員的運(yùn)動(dòng)分幾個(gè)階段 2 加速下滑