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1、专题3 牛顿运动定律的综合应用,-2-,一、超重和失重 1.实重和视重 (1)实重 物体实际所受的重力,与物体的运动状态无关。 (2)视重 弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。当物体在竖直方向上有加速度时,物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不再等于物体的重力。,-3-,2.超重、失重和完全失重的比较,-4-,二、牛顿运动定律的应用 1.整体法和隔离法 (1)整体法 当连接体内(即系统内)各物体的加速度 相同时,可以把系统内的所有物体看成一个整体 ,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对整体 列方程求解的方法。 (2)隔离法 当求系统内物体间相互作用的内力 时,常把某个物体从系统中隔离
2、出来,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对隔离 出来的物体列方程求解的方法。,-5-,2.动力学图象 (1)三种图象:v-t图象、a-t图象、F-t图象。 (2)图象间的联系:加速度是联系v-t图象与F-t图象的桥梁。 (3)三种应用: 已知物体的运动图象,通过加速度分析物体的受力情况。 已知物体受力图象,分析物体的运动情况。 通过图象对物体的受力与运动情况进行分析。 (4)解题策略: 弄清图象斜率、截距、交点、拐点的物理意义。 应用物理规律列出与图象对应的函数方程式。,-6-,-7-,1.(多选)质量为m的物体放置在升降机内的台秤上,现在升降机以加速度a在竖直方向上做匀变速直线运动,若物
3、体处于失重状态,则( ) A.升降机加速度方向竖直向下 B.台秤示数减少ma C.升降机一定向上运动 D.升降机一定做加速运动,答案,解析,-8-,2.如图所示,A、B两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力)。下列说法正确的是( ) A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力,答案,解析,-9-,3.一个木块以某一水平初速度自由滑上粗糙的水平面,在水平面上运动的v-t图象如图所示。已知重力加速度为g,则根据图象不能求出的物理量是(
4、) A.木块的位移 B.木块的加速度 C.木块所受摩擦力 D.木块与桌面间的动摩擦因数,答案,解析,-10-,4.如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀加速直线运动(m1在光滑地面上,m2在空中)。已知力F与水平方向的夹角为,则m1的加速度大小为( ),答案,解析,-11-,5.(多选)如图所示,小车的质量为m0,人的质量为m,人用恒力F拉绳,若人与车保持相对静止,且地面为光滑的,又不计滑轮与绳的质量,则车对人的摩擦力可能是( ),答案,解析,-12-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,对超重、失重的理解 1.不论超重、失重或完全失重,
5、物体的重力不会变,只是“视重”改变。 2.物体是否处于超重或失重状态,不在于物体是向上运动还是向下运动,而在于物体是有向上的加速度还是有向下的加速度。 3.当物体处于完全失重状态时,重力只产生使物体具有a=g的加速度效果,不再产生其他效果。此时,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、液柱不再产生向下的压强等。,-13-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,4.处于超重和失重状态下的液体的浮力公式分别为 超重状态下:F浮=V排(g+a); 失重状态下:F浮=V排(g-a)。 处于完全失重状态下的液体的浮力F浮=0,即液体对浸在液体中的物体不再产生浮
6、力。,-14-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,应用物理知识分析生活中的常见现象,可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体,由静止开始竖直向上运动,直至将物体抛出。对此现象分析正确的是( ) A.手托物体向上运动的过程中,物体始终处于超重状态 B.手托物体向上运动的过程中,物体始终处于失重状态 C.在物体离开手的瞬间,物体的加速度大于重力加速度 D.在物体离开手的瞬间,手的加速度大于重力加速度,解题探究:超重和失重现象分析的依据是什么? 什么情况下物体处于完全失重状态?,提示:依据加速度的方向进行判断。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。,提示:物体
7、加速度大小等于重力加速度的大小且方向竖直向下时处于完全失重状态。,答案,解析,-15-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考点三,规律总结:判断物体处于超重状态还是失重状态的方法 (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 物体向上加速或向下减速时,超重; 物体向下加速或向上减速时,失重。,-16-,考点一,考点二,例1,对点训练1,考
8、点三,(2015湖南株洲质检)某同学将一台载有重物的电子台秤置于直升式电梯内,从1楼直升到达10楼下电梯,在进入电梯到下电梯的全过程中他用相机拍摄了如图所示的四幅照片,若电梯静止时,电子台秤指针恰好指到盘面示数为“9”的位置,据此下列判断正确的是( ) A.甲应为电梯减速时所拍摄的 B.乙表明了电梯处于失重状态 C.丙应为电梯匀速时所拍摄的 D.丁应为电梯减速时所拍摄的,答案,解析,-17-,考点一,考点二,例2,对点训练2,考点三,动力学图象问题 1.图象的类型 (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
9、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象的物理意义,理解图象的轴、点、线、截距、斜率、面积六大方面。,-18-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,(2015广东梅州模拟)质量为2 kg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图象如图所示。g取 10 m/s2,求: (1)物体与水平面间的动摩擦因数; (2)水平推力F的大小; (3)010 s内物体运动位移的大小。,答案:(1)0.2 (2)6 N (3)46 m,-19-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,解析:(1)设物体做匀减
10、速直线运动的时间为t2,初速度为v20,末速度为v2t,加速度为a2,则 设物体所受的摩擦力为Ff,由牛顿第二定律得 Ff=ma2 Ff=-mg 联立式,代入数据得=0.2。 根据牛顿第二定律,有F+Ff=ma1 联立各式,代入数据得F=6 N。,-20-,例2,对点训练2,考点一,考点二,考点三,(3)v-t图象与时间轴围成的面积等于位移的大小,则,特别提醒:分析图象问题常见的四个误区 (1)没有看清纵、横坐标所表示的物理量及单位。 (2)不注意坐标原点是否从零开始。 (3)不清楚图线的点、斜率、面积等的物理意义。 (4)忽视对物体的受力情况和运动情况的分析。,-21-,例2,对点训练2,考
11、点一,考点二,考点三,(多选)(2015河南安阳质检)如图甲所示,倾角为的粗糙斜面体固定在水平面上,初速度为v0=10 m/s、质量为m=1 kg的小木块沿斜面上滑,若从此时开始计时,整个过程中小木块速度的二次方随路程变化的关系图象如图乙所示,g取10 m/s2,下列说法正确的是( ) A.05 s内小木块做匀减速运动 B.在t=1 s时,摩擦力反向 C.斜面倾角=37 D.小木块与斜面间的动摩擦因数为0.5,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,动力学中的临界值和极值问题 临界值或极值条件的标志 (1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的过程存
12、在着临界点; (2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语,表明题述的过程存在着“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态; (3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点; (4)若题目要求“最终加速度”“稳定加速度”等,即是求收尾加速度或收尾速度。,例4,-23-,考点一,考点二,考点三,(多选)如图所示,在光滑水平面上叠放着A、B两物体,已知mA=6 kg、mB=2 kg,A、B间动摩擦因数=0.2,在物体A上系一细线,细线所能承受的最大拉力是20 N,现水平向右拉细线,g取10 m/s2,则( ) A.当拉力F12
13、 N时,A相对B滑动 C.当拉力F=16 N时,B受A的摩擦力等于4 N D.在拉力允许的范围内,无论拉力F多大,A相对B始终静止,解题探究:A对B的摩擦力使B产生的最大加速度多大?,例3,对点训练3,例4,答案,解析,-24-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,例4,如图所示,一质量m=0.4 kg的小物块,以v0=2 m/s的初速度,在与斜面成某一夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2 s的时间物块由A点运动到B点,A、B之间的距离 l=10 m。已知斜面倾角=30,物块与斜面之间的动摩擦因数 。重力加速度g取10 m/s2。 (1)求物块加速度的大小及到达B点时速度
14、的大小。 (2)拉力F与斜面夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少?,-25-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,例4,解题探究:在第(1)问中,物块由A到B做何种运动? 假设F与斜面的夹角为时,拉力最小,画出物块的受力示意图,并平行斜面和垂直斜面列牛顿第二定律表达式。,提示:匀加速直线运动。,提示: Fcos -mgsin -Ff=ma Fsin +FN-mgcos =0。,-26-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,例4,解析:(1)设物块加速度的大小为a,到达B点时速度的大小为v,由运动学公式得 v=v0+at 联立式,代入数据得a=3 m/s2 v=8 m/s。,
15、-27-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,例4,(2)设物块所受支持力为FN,所受摩擦力为Ff,拉力与斜面间的夹角为,受力分析如图所示,由牛顿第二定律得 Fcos -mgsin -Ff=ma Fsin +FN-mgcos =0 又Ff=FN 联立式得,由数学知识得,由式可知对应最小F的夹角=30 联立式,代入数据得F的最小值为,-28-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,例4,规律总结:动力学中的“四种”典型临界条件 (1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是弹力FN=0。 (2)相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的
16、临界条件是静摩擦力达到最大值。 (3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是FT=0。 (4)加速度变化时,速度达到最值的临界条件:当加速度变为零时。,-29-,考点一,考点二,考点三,例3,对点训练3,例4,一个质量为 0.2 kg 的小球用细绳吊在倾角为=53的斜面顶端,如图所示,斜面静止时,球紧靠在斜面上,绳与斜面平行,不计摩擦,当斜面以 10 m/s2 的加速度向右做加速运动时,求绳子的拉力及斜面对小球的弹力。(sin 53=0.8,cos 53=0.6,g取10 m/s2),答案:绳子的拉力为2.83 N,斜面对小球的弹力为零,解析:先分析物理现象,用极限法把加速度a推到两个极端来分析:当a较小(a0)时,小球受三个力(重力、绳拉力和斜面的支持力)作用,此时绳平行于
