2019版高考物理一輪復習 專題三 牛頓運動定律 第3講 牛頓運動定律的應用課件.ppt

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第3講牛頓運動定律的應用 考點 超重和失重 大于 小于 0 豎直向下 g 下 豎直向上 續(xù)表 a a 0 基礎自測 1 在升降電梯內的地面上放一體重計 電梯靜止時 曉敏同學站在體重計上 體重計示數(shù)為50kg 電梯運動過程中 某一段時間內曉敏同學發(fā)現(xiàn)體重計示數(shù)如圖3 3 1所示 在這段 時間內下列說法正確的是 圖3 3 1 A 曉敏同學所受的重力變小了 B 曉敏對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力C 電梯一定在豎直向下運動 答案 D 2 2017年上海靜安區(qū)高三質檢 某同學把一體重秤放在電梯的地板上 他站在體重秤上隨電梯運動 并在下表中記錄了幾個特定時刻體重秤的示數(shù) 表內時刻不存在先后順序 若已 知t0時刻電梯處于靜止狀態(tài) 則 A t1時刻該同學的質量并沒有變化 但所受重力發(fā)生變化B t2時刻電梯可能向上做減速運動C t1和t2時刻電梯運動的方向相反D t3時刻電梯處于靜止狀態(tài)答案 B 3 2017年湖南邵陽高三第二次大聯(lián)考 學校 身邊的物理 社團小組利用傳感器研究物體的運動 在一小球內部裝上無線傳感器 并將小球豎直向上拋出 通過與地面上接收裝置相連的計算機描繪出小球上拋后運動規(guī)律的相關圖象 已知小球在運動過程中受到的空氣阻力隨速度的增大而增大 則下列圖象可能是計算機正確描繪的是 已知v t分別表示小球速度的 大小 運動的時間 A B C D 答案 D 4 2013年新課標 卷 一物塊靜止在粗糙的水平桌面上 從某時刻開始 物塊受到一方向不變的水平拉力作用 假設物塊與桌面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 以a表示物塊的加速度大小 F表示水平拉力的大小 能正確描述F與a之間關系的 圖象是 A B C D 解析 設物體所受滑動摩擦力為f 在水平拉力F作用下 物體做勻加速直線運動 由牛頓第二定律 F f ma F ma f 所以能正確描述F與a之間關系的圖象是C 選項C正確 答案 C 熱點1 超重與失重現(xiàn)象 熱點歸納 1 超重并不是重力增加了 失重并不是重力減小了 完全失重也不是重力完全消失了 在發(fā)生這些現(xiàn)象時 物體的重力依然存在 且不發(fā)生變化 只是物體對支持物的壓力 或對懸掛物的拉力 發(fā)生了變化 即 視重 發(fā)生變化 2 只要物體有向上或向下的加速度 物體就處于超重或失 重狀態(tài) 與物體向上運動還是向下運動無關 3 盡管物體的加速度不是在豎直方向 但只要其加速度在 豎直方向上有分量 物體就會處于超重或失重狀態(tài) 4 物體超重或失重的多少是由物體的質量和豎直加速度共 同決定的 其大小等于ma 考向1 對超重與失重現(xiàn)象的理解及判斷 典題1 多選 如圖3 3 2所示 輕質彈簧的上端固定在電梯的天花板上 彈簧下端懸掛一個小鐵球 在電梯運行時 乘客發(fā)現(xiàn)彈簧的伸長量比電梯靜止時的伸長量大了 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 圖3 3 2 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) 解析 電梯靜止時 彈簧的拉力和小鐵球所受重力相等 現(xiàn)在 彈簧的伸長量變大 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動或減速向下運動 答案 BD 考向2 超重與失重的圖象問題 典題2 多選 2015年江蘇卷 一人乘電梯上樓 在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖3 3 3所示 以 豎直向上為a的正方向 則人對地板的壓力 圖3 3 3 A t 2s時最大C t 8 5s時最大 B t 2s時最小D t 8 5s時最小 解析 人受重力mg和支持力FN的作用 由牛頓第二定律得FN mg ma 由牛頓第三定律得人對地板的壓力FN FN mg ma 當t 2s時a有最大值 FN 最大 當t 8 5s時 a有最小值 FN 最小 選項A D正確 答案 AD 考向3 關于超重與失重的計算 典題3 小明用臺秤研究人在升降電梯中的超重與失重現(xiàn)象 他在地面上用臺秤稱得其體重為500N 再將臺秤移至電梯內稱其體重 電梯從t 0時由靜止開始運動到t 11s時停止 得到臺秤的示數(shù)F隨時間t變化的圖象如圖3 3 4所示 g取10m s2 求 圖3 3 4 1 小明在0 2s內加速度a1的大小 并判斷在這段時間內 他處于超重還是失重狀態(tài) 2 在10 11s內 臺秤的示數(shù)F3 3 小明運動的總位移x 解 1 由圖象可知 在0 2s內 臺秤對小明的支持力 F1 450N 由牛頓第二定律 得mg F1 ma1解得a1 1m s2 加速度方向豎直向下 故小明處于失重狀態(tài) 2 設在10 11s內小明的加速度為a3 時間為t3 0 2s 的時間為t1 則a1t1 a3t3 解得a3 2m s2 由牛頓第二定律 有F3 mg ma3解得F3 600N 2 10s內位移x2 a1t1t2 16m 小明運動的總位移x x1 x2 x3 19m 熱點2 牛頓第二定律與圖象結合的問題 熱點歸納 常見的動力學圖象 v t圖象 a t圖象 F t圖象 F a圖象等 1 分清圖象的類別 即分清橫 縱坐標所代表的物理量 明確其物理意義 掌握物理圖象所反映的物理過程 會分析臨界點 2 注意圖線中的一些特殊點所表示的物理意義 圖線與橫 縱坐標軸的交點 圖線的轉折點 兩圖線的交點等 3 明確能從圖象中獲得哪些信息 把圖象與具體的題意 情境結合起來 再結合斜率 特殊點 面積等的物理意義 確定從圖象中反饋出來的有用信息 這些信息往往是解題的突破口或關鍵點 考向1 由v t圖象分析物體的受力情況 典題4 多選 2015年新課標 卷 如圖3 3 5甲所示 一物塊在t 0時刻滑上一固定斜面 其運動的v t圖線如圖乙所示 若重力加速度及圖中的v0 v1 t1均為已知量 則可求出 甲 乙 圖3 3 5 A 斜面的傾角B 物塊的質量 C 物塊與斜面間的動摩擦因數(shù) D 物塊沿斜面向上滑行的最大高度 答案 ACD 考向2 由F t圖象分析物體的運動情況 典題5 質量為2kg的物體靜止在足夠大的水平地面上 物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0 2 最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小視為相等 從t 0時刻開始 物體受到方向不變 大小呈周期性變化的水平拉力F的作用 F隨時間t的變化規(guī)律如圖3 3 6所示 重力加速度g取10m s2 則物體在t 0至t 12s這段時 間的位移大小為 圖3 3 6 A 18m B 54m C 72m D 198m 解析 拉力F只有大于最大靜摩擦力fmax mg 0 2 2 10N 4N時 物體才會由靜止開始運動 0 3s時 F fmax 物體保持靜止 s1 0 3 6s時 F fmax 物體由靜止開始做勻加速直線運動 由題意知 滑動摩擦力f fmax 6 9s時 F f 物體做勻速直線運動 s3 vt 6 3m 18m 9 12s時 F f 物體以6m s為初速度 以2m s2為加速度做勻加速直線運動 所以0 12s內物體的位移為s s1 s2 s3 s4 54m 選項B正確 答案 B 考向3 a F圖象 典題6 2017年甘肅蘭州實戰(zhàn)考試 用一水平力F拉靜止在水平面上的物體 在F從零開始逐漸增大的過程中 加速度a隨外力F變化的圖象如圖3 3 7所示 g取10m s2 水平 滑動摩擦力 A 物體與水平面間的滑動摩擦力B 物體與水平面間的動摩擦因數(shù)C 外力F為12N時物體的速度 D 物體的質量 圖3 3 7 答案 C 方法技巧 解決圖象綜合問題的關鍵 圖象反映了兩個變量之間的函數(shù)關系 必要時需要根據物理規(guī)律進行推導 得到函數(shù)關系后結合圖線的斜率 截距 面積 交點坐標 拐點的物理意義對圖象及運動過程進行分析 熱點3 動力學中的臨界極值問題 熱點歸納 動力學中的典型臨界條件 1 接觸與脫離的臨界條件 兩物體相接觸或脫離 臨界條件是彈力FN 0 2 相對滑動的臨界條件 兩物體相接觸且處于相對靜止時 常存在著靜摩擦力 則相對滑動的臨界條件是靜摩擦力達到最大值 3 繩子斷裂與松弛的臨界條件 繩子所能承受的拉力是有限度的 繩子斷與不斷的臨界條件是繩中拉力等于它所能承受的最大拉力 繩子松弛的臨界條件是FT 0 4 加速度變化時 速度達到最值的臨界條件 當加速度變 為零時 考向1 動力學中的臨界問題 典題7 一斜面放在水平地面上 傾角為 45 一個質量為m 0 2kg的小球用細繩吊在斜面頂端 如圖3 3 8所示 斜面靜止時 球緊靠在斜面上 繩與斜面平行 不計斜面與水 平面的摩擦 下列說法正確的是 圖3 3 8 A 當斜面以向右的加速度a m s2運動時 斜面對小 球的彈力為零B 斜面向右的加速度超過a 10m s2時 球與斜面脫離C 無論斜面做什么運動 繩子拉力的豎直分力一定等于球的重力D 無論斜面做什么運動 繩子拉力與斜面彈力的合力一定豎直向上 解析 設小球剛剛脫離斜面時 斜面向右的加速度為a0 此時斜面對小球的支持力恰好為零 小球只受重力和細繩的拉力 且細繩仍然與斜面平行 小球受力如圖3 3 9所示 由牛頓第二定律得 mgcot ma0 解得臨界加速度a0 gcot 10m s2 故A錯誤 B正確 斜面對小球的彈力不為零時 斜面對小球的彈力與繩子拉力在豎直向上方向上的合力大小等于重力 C錯誤 當球與斜面脫離時 斜面對球的彈力為零 拉力與彈力的合 圖3 3 9 力不在豎直方向上 D錯誤 答案 B 遷移拓展 如圖3 3 10所示 質量為m 1kg的物塊放在傾角為 37 的斜面體上 斜面體的質量為M 2kg 斜面與物塊間的動摩擦因數(shù)為 0 2 地面光滑 現(xiàn)對斜面體施加一水平推力F 要使物塊相對斜面靜止 試確定推力F的取值范圍 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 圖3 3 10 解 假設水平推力F較小 物塊相對斜面具有下滑趨勢 當剛要下滑時 推力F具有最小值 設大小為F1 此時物塊受力如圖D19甲所示 取加速度方向為x軸正方向 對物塊分析 在水平方向 有 FNsin FNcos ma1在豎直方向 有 FNcos FNsin mg 0對整體 有F1 M m a1 聯(lián)立以上各式解得a1 4 8m s2 F1 14 4N 甲 乙 圖D19假設水平推力F較大 物塊相對斜面具有上滑趨勢 當剛要上滑時 推力F具有最大值 設大小為F2 此時物塊受力如圖乙所示 對物塊分析 在水平方向 有FN sin FN cos ma2 在豎直方向 有 FN cos FN sin mg 0對整體有 F2 M m a2 聯(lián)立以上各式解得a2 11 2m s2 F2 33 6N 綜上所述可知推力F的取值范圍為 14 4N F 33 6N 考向2 動力學中的極值問題 典題8 如圖3 3 11所示 一質量m 0 4kg的小物塊 以v0 2m s的初速度在與斜面成某一夾角的拉力F作用下 沿斜面向上做勻加速運動 經t 2s的時間物塊由A點運動到B點 A B之間的距離L 10m 已知斜面傾角 30 物塊與 斜面之間的動摩擦因數(shù) 重力加速度g取10m s2 1 求物塊加速度的大小及到達B點時速度的大小 2 拉力F與斜面夾角為多大時 拉力F最 小 拉力F的最小值是多少 圖3 3 11 解 1 設物塊加速度的大小為a 到達B點時速度的大小為v 由運動學公式得 聯(lián)立 式 代入數(shù)據得 a 3m s2v 8m s v v0 at 2 設物塊所受支持力為FN 所受摩擦力為Ff 拉力與斜面間的夾角為 受力分析如圖3 3 12所示 由牛頓第二定律得圖3 3 12 Fcos mgsin Ff ma Fsin FN mgcos 0 又Ff FN 聯(lián)立 式得