高考物理總復(fù)習(xí) 專題三 第3講 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用配套課件.ppt

第3講 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 考點(diǎn)1 動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題 1 第一類問題 已知物體的受力情況 求物體的運(yùn)動(dòng)情況 如物體運(yùn)動(dòng)的速度 時(shí)間 位移等 2 第二類問題 已知物體的運(yùn)動(dòng)情況 求物體的受力情況 如所受某個(gè)力的大小和方向 3 動(dòng)力學(xué)兩類基本問題的分析流程 如圖3 3 1所示 圖3 3 1 4 應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的一般步驟 1 明確研究對(duì)象 根據(jù)問題的需要和解題的方便 確定某 一物體或幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象 2 分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 畫好受力示意圖 明 確物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程 3 利用牛頓第二定律 在受力情況已知時(shí) 或結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公 式 在運(yùn)動(dòng)情況已知時(shí) 進(jìn)行求解 4 必要時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論 處理動(dòng)力學(xué)問題一般以加速度為 橋梁 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程聯(lián)立求解 自主檢測(cè) 1 一物體初速度v0 5m s 沿著傾角37 的斜面勻加速向下運(yùn)動(dòng) 若物體和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0 25 則物體3s末的 速度為 斜面足夠長(zhǎng) 取g 10m s2 a 12m s b 15m s c 17m s d 20m s 答案 c 2 用一水平恒力將質(zhì)量為250kg的木箱由靜止開始沿水平地面推行50m 歷時(shí)10s 若物體受到的阻力是物重的0 1倍 則外加的推力多大 取g 10m s2 設(shè)水平恒力為f 根據(jù)牛頓第二定律 有f f ma又f 0 1mg由以上式子解得f 500n 考點(diǎn)2 超重和失重 大于 小于 0 豎直向下 下 a 豎直向上 g a 0 超重和失重在本質(zhì)上并不是物體受到的重力 實(shí)重 發(fā)生了變化 而是物體在豎直方向有加速度時(shí) 物體對(duì)支持物的壓力或?qū)依K的拉力 視重 發(fā)生了變化 即看起來好像物體的重力變了 但實(shí)際上物體的重力并沒有發(fā)生變化 自主檢測(cè) 3 下列關(guān)于超重和失重的說法中 正確的是 a 物體處于超重狀態(tài)時(shí) 其重力增加了b 物體處于完全失重狀態(tài)時(shí) 其重力為零c 物體處于超重或者失重狀態(tài)時(shí) 其慣性比物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)增加或減小了d 物體處于超重或者失重狀態(tài)時(shí) 其質(zhì)量和受到的重力都沒有發(fā)生變化答案 d 熱點(diǎn)1 用整體法和隔離法解決連接體問題 方法簡(jiǎn)介 利用牛頓第二定律處理連接體問題時(shí) 常用的方法是整體法和隔離法 1 整體法 當(dāng)系統(tǒng)中各物體的加速度都相同時(shí) 我們可以把系統(tǒng)中所有物體看成一個(gè)整體 可先分析整體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 然后根據(jù)牛頓第二定律 求出整體所受外力的某一未知力或加速度 2 隔離法 為解題方便 當(dāng)求系統(tǒng)內(nèi)物體間相互作用力時(shí) 常將某個(gè)研究對(duì)象從系統(tǒng)中 隔離 出來 進(jìn)行受力分析 應(yīng)用相應(yīng)的定律來分析求解 處理連接體問題時(shí) 整體法和隔離法在解題中往往是交替使用 一般的思路是先用整體法求加速度 再用隔離法求物體間的作用力 例1 雙選 如圖3 3 2所示 水平地面上兩個(gè)完全相同的物體a和b緊靠在一起 在水平推力f的作用下運(yùn)動(dòng) fab 代表a b間的作用力 則 圖3 3 2a 若地面完全光滑 則fab f b 若地面完全光滑 則fab f2 c 若地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 則fab f d 若地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 則fab f2 思路導(dǎo)引 物體a b在力f的作用下一起向右做加速運(yùn)動(dòng) 具有相同的加速度 故先用整體法求解運(yùn)動(dòng)的加速度 再用隔離法求解它們之間的作用力 解析 設(shè)物體的質(zhì)量為m 且與地面間有摩擦 a b加速度相同 以整體為研究對(duì)象 由牛頓第二定律得f 2 mg 2ma 答案 bd方法技巧 正確地選取研究對(duì)象是解題的首要環(huán)節(jié) 弄清各個(gè)物體之間哪些屬于連接體 哪些物體應(yīng)該單獨(dú)分析 分別確定它們的加速度 然后根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解 觸類旁通 1 2014年汕頭一模 如圖3 3 3所示 物塊p和m疊放在一起 且質(zhì)量mp mm 讓它們從靜止開始釋放 不計(jì)空氣阻力 圖3 3 3 重力加速度為g 則在它們的下落過程中 a m下落的速度較大b p對(duì)m的壓力為零c p對(duì)m的壓力等于mpgd p對(duì)m的壓力大于0而小于mpg答案 b 熱點(diǎn)2 超重和失重 例2 雙選 廣東六校2011屆高三聯(lián)考 如圖3 3 4所示 輕質(zhì)彈簧的上端固定在電梯的天花板上 彈簧下端懸掛一個(gè)小鐵球 在電梯運(yùn)行時(shí) 乘客發(fā)現(xiàn)彈簧的伸長(zhǎng)量比電梯靜止時(shí)的 伸長(zhǎng)量大了 這一現(xiàn)象表明 a 電梯一定是在下降b 電梯可能是在上升c 電梯的加速度方向一定是向下 d 乘客一定處在超重狀態(tài) 圖3 3 4 思路導(dǎo)引 彈簧的伸長(zhǎng)量變大 說明彈簧的彈力變大 從 而判斷出小鐵球的合外力向上和加速度向上 解析 電梯靜止時(shí) 彈簧的拉力和小鐵球所受重力相等 現(xiàn)在 彈簧的伸長(zhǎng)量變大 則彈簧的拉力變大 小鐵球的合力方向向上 加速度方向向上 小鐵球處于超重狀態(tài) 但電梯可以是加速向上運(yùn)動(dòng)或減速向下運(yùn)動(dòng) 答案 bd 拓展提升 超重和失重現(xiàn)象是生產(chǎn)和生活中常見的現(xiàn)象 近年高考比較注重對(duì)本部分的考查 解決此類問題的實(shí)質(zhì)是牛頓第二定律的應(yīng)用 注意 我們判斷物體處于超重或失重狀態(tài)是看加速度方向如何 而不是看速度方向 觸類旁通 2 廣州越秀區(qū)2013屆摸底 建筑工人用圖3 3 5所示的定滑輪裝置運(yùn)送建筑材料 質(zhì)量為70 0kg的工人站在地面上 通過定滑輪將20 0kg的建筑材料以0 50m s2的加速度拉升 忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦 則繩子對(duì)人的拉力大 圖3 3 5 小為 g取10m s2 a 210nb 190nc 700nd 200n答案 a 熱點(diǎn)3 傳送帶問題 模型簡(jiǎn)介 傳送帶問題包括水平傳送帶問題和傾斜傳送帶問題 1 水平傳送帶問題 求解的關(guān)鍵在于對(duì)物體所受的摩擦力進(jìn)行正確的分析判斷 判斷摩擦力時(shí)要注意比較物體的運(yùn)動(dòng)速度與傳送帶的速度 也就是分析物體在運(yùn)動(dòng)位移x 對(duì)地 的過程中速度是否和傳送帶速度相等 物體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時(shí)刻 這樣就可以確定物體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律 然后根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行求解 2 傾斜傳送帶問題 求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體與傳送帶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況 從而確定是否受到滑動(dòng)摩擦力作用 如果受到滑動(dòng)摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大小和方向 然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況 當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時(shí) 物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變 例3 如圖3 3 6所示 有一水平傳送帶以2m s的速度勻速運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)將一物體輕輕放在傳送帶上 若物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0 5 取g 10m s2 則傳送帶將該物體傳送10m的距離所需時(shí)間為多少 圖3 3 6 易錯(cuò)提醒 對(duì)物理過程認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤 錯(cuò)誤地認(rèn)為物體一直加速運(yùn)動(dòng) 會(huì)有如下解法 由于物體輕放在傳送帶上 所以初速度v0 0 物體在豎直方向合外力為零 在水平方向受到滑動(dòng)摩擦力 傳送帶施加 做初速度v0 0的勻加速運(yùn)動(dòng) 位移為10m 據(jù)牛頓第二定律f ma有f mg maa g 5m s2根據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)位移公式 正確解析 以物體為研究對(duì)象 如圖3 3 7所示 在豎直方向受重力和支持力 在水平方向受滑動(dòng)摩擦力 做初速度v0 0的勻加速運(yùn)動(dòng) 圖3 3 7 根據(jù)牛頓第二定律f ma有水平方向 f ma 豎直方向 n mg 0 f n 由式 解得a 5m s2 設(shè)經(jīng)時(shí)間t1 物體速度達(dá)到傳送帶的速度 據(jù)勻加速直線 運(yùn)動(dòng)的速度公式 vt v0 at 解得t1 0 4s 時(shí)間t1內(nèi)物體位移 物體位移為0 4m時(shí) 物體的速度與傳送帶的速度相同 物體0 4s后無摩擦力 開始做勻速運(yùn)動(dòng) 設(shè)勻速運(yùn)動(dòng)的位移為s2 有s2 v2t2 因?yàn)閟2 s s1 10 0 4 m 9 6m v2 2m s代入式 式解得t2 4 8s則傳送10m所需時(shí)間為 t t1 t2 0 4 4 8 s 5 2s 方法技巧 對(duì)物體準(zhǔn)確進(jìn)行受力分析 是求解此類問題的關(guān)鍵 判斷兩者什么時(shí)候達(dá)到共同速度 是解題的突破口 觸類旁通 3 傳送帶與水平面夾角為37 皮帶以12m s的速率沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) 如圖3 3 8所示 今在傳送帶上端a處無初速度地放上一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊 它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0 75 若傳送帶a到b的長(zhǎng)度為24m g取10m s2 則小物塊從a運(yùn)動(dòng)到b的時(shí)間為多少 圖3 3 8 解 開始階段 由牛頓第二定律得mgsin mgcos ma1a1 gsin gcos 12m s2物體加速至與傳送帶速度相等時(shí)需要的時(shí)間 l x1 由題知 tan 物體相對(duì)于傳送帶靜止 物體接著做勻速 運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2 v12 s 1 5s 故小物塊從a運(yùn)動(dòng)到b的時(shí)間為t t1 t2 2 5s 圖d14 24 6 熱點(diǎn)4 用極限法分析臨界問題 物理學(xué)中的極限思維方法 是針對(duì)物理對(duì)象的過程和狀態(tài)的變化 按照物理過程的變化趨勢(shì)合理外推到極端的情況 研究物理問題時(shí) 通常是將狀態(tài)參量的一般變化 推到極限值 相關(guān)物理量存在制約關(guān)系 其中當(dāng)物理現(xiàn)象變化到某一狀態(tài)出現(xiàn)極限或轉(zhuǎn)折 如 最大 最小 剛好 等詞語(yǔ) 時(shí) 都會(huì)出現(xiàn)臨界現(xiàn)象 此時(shí)要用極限法 看物體加速度不同時(shí) 會(huì)有哪些現(xiàn)象發(fā)生 找出臨界點(diǎn) 求出臨界條件 臨界問題一般都具有一定的隱蔽性 審題時(shí)應(yīng)盡量還原物理情境 利用變化的觀點(diǎn)分析物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 利用極限法確定臨界點(diǎn) 抓住臨界狀態(tài)的特征 找到正確的解題方向 例4 雙選 如圖3 3 9所示 物體a和b疊放在光滑的水平面上 a b的質(zhì)量分別為ma 2kg mb 6kg 為了保持a與b相對(duì)靜止在水平面上做加速運(yùn)動(dòng) 作用在b上的水平拉力f不能超過4n 如果將此水平拉力作用在物體a上 則可 能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況是 圖3 3 9 a a b仍相對(duì)靜止一起加速運(yùn)動(dòng)b a b將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) c a做勻速運(yùn)動(dòng) b做加速運(yùn)動(dòng)d a b一起做勻速運(yùn)動(dòng) 思路導(dǎo)引 靜摩擦力是被動(dòng)力 其存在及大小 方向取決于物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 而且靜摩擦力存在最大值 存在靜摩擦的連接系統(tǒng) 相對(duì)滑動(dòng)與相對(duì)靜止的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值 解析 設(shè)a和b之間最大靜摩擦力為fmax 當(dāng)水平拉力f作用在b上時(shí) 則f ma mb a fmax maa所以fmax 1n當(dāng)水平拉力作用在a上時(shí) a b不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度和拉力的最大值分別為 所以當(dāng)fmax f 4n時(shí) a b將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) a b都做加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)f fmax時(shí) a b仍相對(duì)靜止都做加速運(yùn)動(dòng) 故選項(xiàng)a b正確 答案 ab 拓展提升 解決摩擦力發(fā)生突變時(shí)的臨界問題重在形成清晰的物理圖景 分析清楚物理過程 從而找出臨界條件或達(dá)到極值的條件 靜摩擦力為零的狀態(tài) 是方向變化的臨界狀態(tài) 靜摩擦力到達(dá)最大值 是物體恰好保持相對(duì)靜止的臨界狀態(tài) 觸類旁通 4 如圖3 3 10所示 質(zhì)量為m 8kg的小車b放在光滑的水平面上 在小車右端加一個(gè)水平向右的恒力f 8n 當(dāng)小車向右運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到v0 1 5m s時(shí) 在小車右端輕輕地放上一個(gè)大小不計(jì) 質(zhì)量m 2kg的小物塊a 物塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 2 小車足夠長(zhǎng) g 10m s2 求從a放