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2012届高考物理第一轮知识点总复习课件26


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

基础知识梳理

课堂互动讲练
经典题型探究 知能优化演练

基础知识梳理

一、超重和失重 1.超重 (1)物体对水平支持物的压力(或对竖直悬线的拉力 )_____物体所受重力的情况称为超重现象. 大于 向上 (2)产生条件:物体具有_____的加速度. 2.失重 (1)物体对水平支持物的压力(或对竖直悬线的拉力 小于 )_____物体所受重力的情况称为失重现象. 向下 (2)产生条件:物体具有_____的加速度.

3.完全失重

物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)
为零 _____的情况称为完全失重现象.

4.视重
当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹 簧测力计或台秤的示数称为视重.视重大小等于秤 所受的拉力或压力.

特别提示:(1)物体超重或失重时,所受重力并没有 变化. (2)物体是处于超重状态还是失重状态,与物体的速 度没有关系.

二、整体法与隔离法 1.整体法 加速度 当系统中各物体的_______相同时,我们可以把系 统内的所有物体看成一个整体,这个整体的质量等 于各物体的_________,当整体受到的外力已知时 质量之和 ,可用_____________求出整体的加速度. 牛顿第二定律 2.隔离法 从研究的方便出发,当求解系统内物体间 相互作用力 ___________时,常把物体从系统中“_____”出来 隔离 ,进行分析,依据牛顿第二定律列方程.

3.外力和内力 如果以物体系统为研究对象,受到系统之外的物体 的作用力,这些力是该系统受到的______,而系统 外力 内各物体间的相互作用力为______.应用牛顿第二 内力 定律列方程时不考虑内力.如果把某物体隔离出来

内力 外力 作为研究对象,则______将转换为隔离体的______


课堂互动讲练

一、对超重和失重的理解 1.当物体处于超重和失重状态时,物体受到的重 力并没有变化.所谓“超”和“失”,是指视重, “超”和“失”的大小取决于物体的质量和物体在 竖直方向的加速度. 2.物体是处于超重状态还是失重状态,不在于物 体向上运动还是向下运动,而是取决于加速度方向 是向上还是向下.

3.完全失重状态不仅仅只限于自由落体运动,只 要物体具有竖直向下的等于g的加速度就处于完全 失重状态.例如:不计空气阻力的各种抛体运动, 环绕地球做匀速圆周运动的卫星等,都处于完全失 重状态. 在完全失重状态下,由于重力产生的一切现象都不 存在了.例如,物体对水平支持面没有压力,对竖 直悬线没有拉力,不能用天平测物体的质量,液柱 不产生压强,在液体中的物体不受浮力等等.

特别提醒:(1)由物体处于失重或超重状态,可判断 加速度的方向为向下或向上,但并不能确定物体的 速度方向. (2)当物体出现超重或失重时,物体的加速度不一定 沿竖直方向,但加速度一定有竖直方向的分量. (3)如果系统内有的物体向上加速,有的物体向下加 速,此时可考虑整体质心加速度的方向,来判断系 统是处于失重还是超重.

即时应用(即时突破,小试牛刀) 1. (2011年广东深圳模拟)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小,这一现象表明( )

图3-3-1

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是向上 D.乘客一定处在失重状态 解析:选BD.电梯静止时,弹簧的拉力和重力相等 .现在,弹簧的伸长量变小,则弹簧的拉力减小, 小铁球的合力方向向下,加速度向下,小铁球处于 失重状态.但是电梯的运动方向可能向上也可能向 下,故选B、D.

二、整体法与隔离法选取的原则 系统问题是指在外力作用下几个物体连在一起运动 的问题,系统内物体的加速度可以相同,也可以不 相同,对该类问题处理方法如下: 1.隔离法的选取 (1)适用情况:若系统内各物体的加速度不相同,且 需要求物体之间的作用力. (2)处理方法:把物体从系统中隔离出来,将内力转 化为外力,分析物体的受力情况和运动情况,并分 别应用牛顿第二定律列方程求解,隔离法是受力分 析的基础,应重点掌握.

2.整体法的选取 (1)适用情况:若系统内各物体具有相同的加速度, 且不需要求物体之间的作用力. (2)处理方法:把系统内各物体看成一个整体(当成 一个质点)来分析整体受到的外力,应用牛顿第二 定律求出加速度(或其他未知量). 3.整体法、隔离法交替运用原则:若系统内各物 体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时 ,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选 取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力. 即“先整体求加速度,后隔离求内力”.

特别提醒:运用整体法分析问题时,系统内各物体 的加速度的大小和方向均应相同,如果系统内各物 体的加速度仅大小相同,如通过滑轮连接的物体, 应采用隔离法求解.

即时应用(即时突破,小试牛刀) 2. (2011年黑龙江适应性测试)如图3-3-2所示,一 个箱子中放有一物体,已知静止时物体对下底面的 压力等于物体的重力,且物体与箱子上表面刚好接 触.现将箱子以初速度v0竖直向上抛出,已知箱子 所受空气阻力与箱子运动的速率成正比,且箱子运 动过程中始终保持图示姿态.则下列说法正确的是 ( ) 图3-3-2

A.上升过程中,物体对箱子的下底面有压力,且 压力越来越小 B.上升过程中,物体对箱子的上底面有压力,且 压力越来越大 C.下降过程中,物体对箱子的下底面有压力,且 压力可能越来越大 D.下降过程中,物体对箱子的上底面有压力,且 压力可能越来越小

解析:选 C.对箱子和物体整体受力分析,如图所示: kv 由牛顿第二定律可知,Mg+kv=Ma,则 a=g+ M 又整体向上做减速运动 v 减小,所以 a 减小;再对物 体单独受力分析 因 a>g 所以物体受到箱子上底向下的弹力 FN,由牛 顿第二定律可知,

mg+FN=ma,则FN=ma-mg,而a减小,则FN减 小,所以上升过程中物体对箱子上底面有压力且压 力越来越小;同理,当箱子和物体下降时,物体对 箱子下底面有压力且压力越来越大.故本题选C.

经典题型探究

超、失重现象的分析 (2009年高考广东卷)某人在地面上用弹簧测 力计称得其体重为490 N.他将弹簧测力计移至电 梯内称其体重,t0至t3时间段内,弹簧测力计的示数 如图3-3-3所示,电梯运行的v-t图可能是(取电 梯向上运动的方向为正)( )
例1

图3-3-3

图3-3-4
【解析】 由 G-t 图象知:t0~t1 时间内失重,具 有向下的加速度,t1~t2 时间内匀速或静止,t2~t3 时间内超重具有向上的加速度, 因此其运动情况可
?向上减速,静止,向上加速 能是:0~t3 时间内? t , ?向下加速,匀速,向下减速

故 A、D 正确.

【答案】 AD 变式训练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,电梯运动过程中,某一段时间内晓敏同学 发现体重计示数如图3-3-5所示.在这段时间内 下列说法中正确的是( )

图3-3-5

A.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 D.电梯的加速度大小为g/5,方向一定竖直向下 解析:选D.体重计示数变小了,说明该同学处于失 重状态,但所受重力并不变小,A错;压力与支持 力是一对相互作用力,大小相等,B错;电梯的加 速度一定向下,但不一定向下运动,C错;由牛顿 第二定律可知D对.

连接体的求解方法
例2 (2011年连云港模拟)如图3-3-6所示,质量

为M的木板可沿倾角为θ的光滑斜面下滑,木板上 站着一个质量为m的人,问:

图3-3-6

(1)为了保持木板与斜面相对静止,计算人运动的加 速度? (2)为了保持人与斜面相对静止,木板运动的加速度 是多少? 【解析】 (1)为了使木板与斜面保持相对静止,必 须满足木板在斜面上的合力为零,所以人施于木板 的摩擦力F应沿斜面向上,故人应加速向下跑.现 分别对人和木板应用牛顿第二定律: 对木板受力分析如图3-3-7所示: 图3-3-7

沿斜面方向有:Mgsinθ-F=0 对人受力分析如图3-3-8所示:

图3-3-8

mgsinθ+F=ma 人(a 人为人相对斜面的加速度) M+m 解得 a 人= m gsinθ,方向沿斜面向下. (2)为了使人与斜面保持相对静止,必须满足人在 木板上所受合力为零,所以木板施于人的摩擦力 应沿斜面向上,故人相对木板向上跑,木板相对 斜面向下滑,但人相对斜面静止不动.现分别对 人和木板应用牛顿第二定律,设木板对斜面的加 速度为 a 木,则:

对人:mgsinθ=F′, 对木板:Mgsinθ+F′=Ma 木, M+m 解得 a 木= M gsinθ,方向沿斜面向下,即人 相对木板向上加速跑动,而木板沿斜面向下滑 动,此时人相对斜面静止不动.

【答案】

见解析 加速度相同的连接体问题,即可以

【规律总结】

用隔离法也可以用整体法解决;加速度不同的连接 体问题只能用隔离法来研究.

变式训练2在粗糙水平面上放着一个三角形木块abc ,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的 两个物体,m1>m2,如图3-3-9所示,若三角形木 块和两物体都是静止的,则粗糙水平面对三角形木 块( )

图3-3-9

A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右 B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左 C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能确定, 因m1、m2、θ1、θ2的数值均未给出 D.以上结论都不对 解析:选D.采用整体法.因为三个物体均处于静止 状态,所以a=0,因此三角形木块在水平方向上不 受力.故选D.

动力学中的临界问题分析 16分)如图3-3-10所示,质量m =1 kg的物块放在倾角为θ的斜面上,斜面体质量M =2 kg,斜面与物块间的动摩擦因数μ=0.2,地面 光滑,θ=37°.现对斜面体施加一水平推力F,要 使物块相对斜面静止,力F应为多大?(设物块与斜 面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2) 图3-3-10
例3 (满分样板

【思路点拨】

用极限法把F推向两个极端来分析

:当F较小(趋近于0)时,由于μ<tanθ,因此,物块

将沿斜面加速下滑;若F较大(足够大)时,物块将
相对斜面向上滑.因此F不能太小,也不能太大,

F的取值有一个范围.

解题样板规范步骤,该得的分一分不丢! (1)设物块处于相对斜面下滑的临界状态(物块恰好 不下滑)时推力为F1.此时物块受力如图3-3-11甲 所示.取加速度a1方向为x轴正方向,对m有:

图3-3-11

x方向:FN1sinθ-μFN1cosθ=ma1①(2分) y方向:FN1cosθ+μFN1sinθ-mg=0②(2分) 解①②两式得:a1≈4.78 m/s2(2分) 对整体有:F1=(M+m)a1,得F1=14.34 N.(2分) (2)设物块处于相对斜面向上滑的临界状态(物块恰 好不上滑)时推力为F2,此时物块受力如图乙所示 . 取加速度a2方向为x轴正方向,对m有:

x 方向:FN2sinθ+μFN2cosθ=ma2③(2 分) y 方向:FN2cosθ-μFN2sinθ-mg=0④(2 分) 解③④两式得:a2=11.18 m/s2(2 分) 对整体有:F2=(M+m)a2,得 F2=33.54 N.(2 分) 所以 F 的范围为 14.34 N≤F≤33.54 N.

【答案】

14.34 N≤F≤33.54 N

【规律总结】

题中出现“最大”、“最小”、“

刚好”等词语时,往往会出现临界现象,此时要采

用极限分析法,看物体有不同的加速度时,会有哪
些现象发生,从而找出临界点,求出临界条件.

知能优化演练

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