2014年物理《复习方略》课件(鲁科版)必修1 第三章 第3讲牛顿运动定律的综合应用

第3讲牛顿运动定律的综合应用知识点1超重和失重Ⅰ1.视重(1)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_____称为视重。(2)视重大小等于弹簧测力计所受物体的_____或台秤所受物体的_____。示数拉力压力2.超重、失重和完全失重的比较超重现象失重现象完全失重现象概念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)_____零的现象产生条件物体的加速度方向_________物体的加速度方向_________物体的加速度方向_________,大小____大于小于等于竖直向上竖直向下竖直向下a=g超重现象失重现象完全失重现象原理方程F-mg=maF=_______mg-F=maF=_______mg-F=maF=0运动状态_____上升或_____下降_____下降或_____上升以a=g_____下降或_____上升m(g+a)m(g-a)加速减速加速减速加速减速知识点2牛顿定律的应用Ⅱ1.整体法和隔离法(1)整体法当连接体内(即系统内)各物体的_______相同时,可以把系统内的所有物体看成一个_____,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对_____列方程求解的方法。加速度整体整体(2)隔离法当求系统内物体间相互作用的_____时,常把某个物体从系统中_____出来,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对_____出来的物体列方程求解的方法。内力隔离隔离2.动力学图像(1)三种图像:v-t图像、a-t图像、F-t图像。(2)图像间的联系:加速度是联系v-t图像与F-t图像的桥梁。(3)三种应用:①已知物体的运动图像,通过加速度分析物体的受力情况。②已知物体受力图像,分析物体的运动情况。③通过图像对物体的受力与运动情况进行分析。(4)解题策略:①弄清图像斜率、截距、交点、拐点的物理意义。②应用物理规律列出与图像对应的函数方程式。【思考辨析】(1)超重就是物体的重力变大的现象。()(2)减速上升的升降机内的物体,物体对地板的压力大于重力。()(3)加速上升的物体处于超重状态。()(4)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。()(5)处于完全失重状态的物体,重力并没有发生变化。()(6)超重和失重现象与物体运动的速度大小和方向无关。()(7)站在台秤上的人下蹲过程,台秤的示数保持不变。()分析:超重是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体重力的现象,物体的重力并没有发生变化,故(1)错;减速上升的升降机具有向下的加速度,物体处于失重状态,对地板的压力小于物体的重力,故(2)错;加速上升的物体具有向上的加速度,处于超重状态,故(3)对;加速度竖直向下且等于g时,物体处于完全失重状态,但物体在其他方向的加速度等于g时,如水平方向加速度a=g时,则不是处于完全失重状态,故(4)错;处于完全失重状态的物体,其加速度方向竖直向下,大小等于g,物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力等于零,物体的重力没有发生变化,故(5)对;超重和失重现象只与物体的加速度方向有关,物体的加速度方向向上,超重;物体的加速度方向向下,失重。超重和失重与物体运动的速度大小和方向无关,故(6)对;站在台秤上的人下蹲过程,人先加速下降,后减速下降,故人先处于失重状态,后处于超重状态,台秤的示数先小后大,故(7)错。考点1对超重和失重的理解(三年3考)深化理解【考点解读】(1)不管物体的加速度是不是竖直方向,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。(2)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)发生变化。(3)在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。【典例透析1】(2013·杭州模拟)某人乘电梯从24楼到1楼的v-t图像如图,下列说法正确的是()A.0～4s内物体做匀加速直线运动,加速度为1m/s2B.4～16s内物体做匀速直线运动,速度保持4m/s不变,处于完全失重状态C.16～24s内,物体做匀减速直线运动,速度由4m/s减至0,处于失重状态D.0～24s内,此人经过的位移为72m【解题探究】(1)v-t图像的斜率以及图像与时间轴围成的面积的意义是什么?提示:v-t图像的斜率表示物体的加速度,其大小表示加速度的大小,正负表示加速度的方向;图像与时间轴围成的面积表示物体发生的位移。(2)超重、失重现象与加速度存在怎样的关系?提示:物体加速度方向向上处于超重状态,加速度方向向下处于失重状态,加速度等于重力加速度,方向竖直向下,处于完全失重状态。【解析】选A、D。0～4s内物体的速度均匀增加,物体做匀加速直线运动,其加速度a=m/s2=1m/s2,选项A正确;4～16s内物体速度保持4m/s不变,做匀速直线运动,处于平衡状态,选项B错误;16～24s内,物体速度由4m/s均匀减至0,做匀减速直线运动,加速度竖直向上,处于超重状态,选项C错误;v-t图像与时间轴围成的面积表示位移,故0～24s内,此人经过的位移s==72m,选项D正确。v4t412244m2【总结提升】判断超重和失重现象的三个技巧1.从受力的角度判断当物体受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。2.从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。3.从速度变化角度判断(1)物体向上加速或向下减速时,超重;(2)物体向下加速或向上减速时,失重。【变式训练】如图所示,小球的密度小于杯中水的密度,弹簧两端分别固定在杯底和小球上。静止时弹簧伸长Δx。若全套装置自由下落,则在下落过程中弹簧的伸长量将()A.仍为ΔxB.大于ΔxC.小于Δx,大于零D.等于零【解析】选D。当全套装置自由下落时,系统处于完全失重状态,弹簧与连接物之间无相互作用力,即弹簧恢复到原长,故选项D正确。考点2动力学图像问题(三年10考)拓展延伸【考点解读】1.图像的类型(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况。(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况。2.问题的实质是力与运动的关系问题,求解这类问题的关键是理解图像的物理意义,理解图像的轴、点、线、截、斜、面六大功能。【典例透析2】(2013·梅州模拟)质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图像如图所示。g取10m/s2,求:(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ;(2)水平推力F的大小;(3)0～10s内物体运动位移的大小。【解题探究】(1)物体在水平面内做何种运动?提示:由v-t图像可知,物体在0～6s内做匀加速直线运动,6～10s内做匀减速直线运动。(2)请画出物体运动过程的受力分析图。提示:【解析】(1)设物体做匀减速直线运动的时间为Δt2,初速度为v20,末速度为v2t,加速度为a2,则a2==-2m/s2①设物体所受的摩擦力为f,由牛顿第二定律得:f=ma2②f=-μmg③联立②③式,代入数据得μ=0.2④2t202vvt(2)设物体做匀加速直线运动的时间为Δt1,初速度为v10,末速度为v1t,加速度为a1,则a1==1m/s2⑤根据牛顿第二定律,有F+f=ma1⑥联立各式,代入数据得F=6N(3)v-t图像与时间轴围成的面积等于位移的大小,则:s=×(2+8)×6m+×8×4m=46m答案:(1)0.2(2)6N(3)46m1t101vvt1212【总结提升】数图结合解决动力学问题(1)物理公式与物理图像的结合是一种重要题型。对于已知图像求解相关物理量的问题,往往是结合物理过程从分析图像的横、纵坐标轴所对应的物理量的函数入手,分析图线的斜率、截距所代表的物理意义得出所求结果。(2)解决这类问题的核心是分析图像,尤其应特别关注v-t图像的斜率(即加速度)和力的图线与运动的对应关系。【变式训练】(2013·汕头模拟)雨滴从空中由静止落下,若雨滴下落时空气对其阻力随雨滴下落速度的增大而增大,如图所示的图像能正确反映雨滴下落运动情况的是()【解析】选C。雨滴速度增大时,阻力也增大,由牛顿第二定律得故加速度逐渐减小,最终雨滴做匀速运动。mgfam，【变式备选】如图甲所示,用同种材料制成的倾角为30°的斜面和长水平面,斜面和水平面之间由光滑圆弧连接,斜面长为2.4m且固定。一小物块从斜面顶端以沿斜面向下的初速度v0开始自由下滑。当v0=2m/s时,经过0.8s后小物块停在斜面上。多次改变v0的大小,记录下小物块从开始运动到最终停下的时间t,作出t-v0图像如图乙所示,g取10m/s2,则()A.小物块与该种材料间的动摩擦因数为0.25B.小物块与该种材料间的动摩擦因数为C.若小物块初速度为1m/s,则根据图像可知小物块运动时间为0.4sD.若小物块初速度为4m/s,则根据图像可知小物块运动时间为1.6s32【解析】选B、C。由t-v0图像可得对小物块应用牛顿第二定律有μmgcos30°－mgsin30°＝ma，解得则A项错，B项对。若v0＝1m/s，小物块仍在斜面上运动，由图像可知小物块运动时间为0.4s，C项对。若v0＝4m/s，由小物块已运动到水平面上，图像对小物块已不再成立，故D项错。220v2am/s2.5m/st0.8＝＝＝。32＝，2200v16v2axxm3.2m2.4m2a22.5＝得＝＝，考点3应用牛顿定律解决多过程问题(三年5考)解题技巧【考点解读】1.多过程问题很多动力学问题中涉及物体两个或多个连续的运动过程,在物体不同的运动阶段,物体的运动情况和受力情况都发生了变化,这类问题称为牛顿定律中的多过程问题。2.解题策略有些题目中这些过程是彼此独立的,也有的题目中相邻的过程之间也可能存在一些联系,解决这类问题时,既要将每个过程独立分析清楚,又要关注它们之间的联系。3.类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题。【典例透析3】(2011·江苏高考)如图所示,长为L,内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置,将一质量为m的小球固定在管底,用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连,小物块悬挂于管口,现将小球释放,一段时间后,小物块落地静止不动,小球继续向上运动,通过管口的转向装置后做平抛运动,小球的转向过程中速率不变(重力加速度为g)。(1)求小物块下落过程中的加速度大小;(2)求小球从管口抛出时的速度大小;(3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于2L2。【解题探究】(1)小物块落地前,小物块和小球各做何种运动?小物块落地后,小球做何种运动?提示:小物块落地前,小物块和小球都做匀加速直线运动,其加速度大小相同;小物块落地后,小球做匀减速直线运动。(2)请画出小物块落地前、后,小物块和小球的受力分析图。提示:(3)小球做平抛运动,如何分解?提示:将平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。【解析】(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律Mg-T=MaT-mgsin30°=ma且M=km联立解得2k1ag2k1(2)设M落地时的速度大小为v,m射出管口时速度大小为v0,M落地后m的加速度大小为a0,根据牛顿第二定律-mgsin30°=ma0由匀变速直线运动规律知v2=2aLsin30°v02-v2=2a0L(1-sin30°)联立解得0k2vgLk22k1(3)由平抛运动规律x=v0t,Lsin30°=gt2答案:(3)见解析12k2xL2k12xL2解得则，得证。2k1k