高三物理一轮复习课件：3.3牛顿运动定律的综合应用

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1、第3讲 牛顿运动定律的综合应用,考点1 超重和失重,1.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、失重和完全失重比较,大于,小于,等于,竖直向上,竖直向下,竖直向下,a=g,减速下降,减速上升,1.尽管物体的加速度不是竖直方向，但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

2、)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.,电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了 一个重物，电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的 示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测 力计的示数变为8 N，关于电梯的运动(如图所示)， 以下说法正确的是(g取10 m/s2)( ),A.电梯可能向上加速运动, 加速度大小为4 m/s2 B.电梯可能向下加速运动, 加速度大小为4 m/s2 C.电梯可能向上减速运动, 加速度大小为2 m/s2 D.电梯可能向下减速运动, 加速度大小为2 m/s2 【解析】

3、选C.电梯匀速运动时，对重物由平衡条件得mg=F, m=1 kg，当弹簧测力计的示数变为8 N时，对重物由牛顿第二定律得mg-F=ma，得a=2 m/s2,加速度方向向下，其运动情况可能向上减速或向下加速，故只有C正确.,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_，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 2.隔离法：当求系统内物体间_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,考点2 牛顿运动定律的应用,一个整体,整体,相互作用的内力,隔离,隔离,加速度,1.整体法的选取

4、原则 若连接体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,可以把它们看成一个整体，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). 2.隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.,3.整体法、隔离法的交替运用技巧 若连接体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”.,(2012泉州模拟)如图所示，水平地面上 有两块完全相同的木块A、B，在

5、水平推力 F的作用下运动，用FAB代表A、B间的相互作用力，则( ) A.若地面是完全光滑的，FAB=F B.若地面是完全光滑的，FAB= C.若地面是有摩擦的，FAB=F D.若地面是有摩擦的，FAB,【解析】选B.地面光滑时，对A、B整体有:F=2ma 对B有：FAB=ma 由以上两式得:FAB= ,A错误，B正确. 地面有摩擦时，对A、B整体有：F-2mg=2ma 对B有：FAB-mg=ma 由以上两式得：FAB= ，C、D错误.,超重、失重的应用 【例证1】在升降电梯内的地板上放一体重计，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

6、体重计示数如图所示，在这段时间内下列说法中正确的是( ),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,【解题指南】解答本题时，应把握以下两点： (1)体重计的示数等于其受到的压力所对应的质量，但并不一定是人的质量. (2)仅根据加速度的大小和方向无法判断物体的运动性质.,【自主解答】选D.由题知体重计的示数为40 kg时，人对体重计 的压力小于人的重力，故处于失重状态，实际人受到的重力并 没有变化，A错；由牛顿第三定律知B错；电梯具有向下的加速 度，但不一定是向下运动，C错；由牛顿第二

7、定律mgNma， 可知a= ，方向竖直向下,D对.,【互动探究】在【例证1】中，如果某一段时间内晓敏同学发现体重计的指针指向“60”，请判断电梯的运动情况.(g=10 m/s2),【解析】体重计指针指向“60”可知人对体重计的压力大于人的重力，所以人一定处于超重状态，故电梯具有向上的加速度. 对人,由牛顿第二定律得N-mg=ma 代入数据，解得a=2 m/s2,方向向上. 所以电梯的运动情况有两种可能，可能是以2 m/s2的加速度向上匀加速运动，也可能是以2 m/s2的加速度向下匀减速运动. 答案：见解析,【总结提升】超重和失重现象的判断三技巧 1.从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支

8、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.,整体法、隔离法的灵活应用 【例证2】在2008年北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚韧不拔的意志与自强不息的精神.为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用力,可将此过程简化为一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊

9、椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示,设运动员的质量为65 kg,吊椅的质量为15 kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦,重力加速度取g=10 m/s2,当运动员与吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升时,试求:,(1)运动员竖直向下拉绳的力； (2)运动员对吊椅的压力大小.,【解题指南】解答本题可以整体法与隔离法交叉运用,也可选用隔离法,利用牛顿运动定律列方程求解.,【自主解答】解法一:(整体法与隔离法的交叉运用) (1)设运动员受到绳向上的拉力为F,由于跨过定滑 轮的两段绳子拉力相等,吊椅受到绳的拉力也是F, 对运动员和吊椅整体进行受力分析如图甲所示,则 有: 2F-(m人+m椅)g=(

10、m人+m椅)a 得F=440 N 由牛顿第三定律,运动员竖直向下拉绳的力F=F=440 N.,(2)设吊椅对运动员的支持力为N,对运动员进行受力分析如图乙所示,则有: F+N-m人g=m人a N=275 N 由牛顿第三定律,运动员对吊椅的压力为 N=N=275 N,解法二:(隔离法) 设运动员和吊椅的质量分别为M和m,绳对运动员的拉力大小为F,吊椅对运动员的支持力为N,运动员对吊椅的压力大小为N,分别以运动员和吊椅为研究对象,根据牛顿第二定律有 F+N-Mg=Ma F-N-mg=ma 根据牛顿第三定律有N=N 解得F=440 N,N=275 N 根据牛顿第三定律,运动员竖直向下的拉力为F=F=

11、440 N. 答案：(1)440 N (2)275 N,【总结提升】整体法与隔离法常涉及的问题类型 1.涉及隔离法与整体法的具体问题类型 (1)涉及滑轮的问题. 若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法.本例中,绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同，故采用隔离法.,(2)水平面上的连接体问题. 这类问题一般多是连接体(系统)各物体保持相对静止，即具有相同的加速度.解题时，一般采用先整体、后隔离的方法.建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度. (3)斜面体与上面物体组成的连接体的问题. 当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止

12、时，解题时一般采用隔离法分析.,2.解决这类问题的关键 正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各个物体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析，分别确定出它们的加速度,然后根据牛顿运动定律列方程求解.,【变式训练】(2011新课标全国卷) 如图，在光滑水平面上有一质量为m1 的足够长的木板，其上叠放一质量为 m2的木块.假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等.现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt(k是常数)，木板和木块加速度的大小分别为a1和a2，下列反映a1和a2变化的图线中正确的是( ),【解析】选A.开始运动时F较小，两物体之间为静摩擦力，不会 相对滑动，由牛顿第二定律

13、有，kt=(m1m2)a，解得 在a -t图象中是一条直线，设木板与木块之间的动摩擦因数为 ，木板的最大加速度 使木块与木板保持相对静止的 最大外力 当外力FF0时，两物体开始相对滑 动，此时两物体之间为滑动摩擦力，对木板应用牛顿第二定律 有，m2g=m1a1，解得 为定值，在a -t图象中是一条平 行于t轴的直线，对木块应用牛顿第二定律有，kt-m2g=m2a2， 解得 由于 则相对滑动后在a-t图象中a2 的斜率更大，故B、C、D错，A正确.,【变式备选】如图所示，质量分别为m1、 m2的两个物块间用一轻弹簧连接，放在 倾角为的粗糙斜面上，物块与斜面间 的动摩擦因数均为.平行于斜面、大小

14、为F的拉力作用在m1上，使m1、m2一起向上做匀加速运动，斜面始终静止在水平地面上，则( ) A弹簧的弹力为 B弹簧的弹力为 C地面对斜面的摩擦力水平向左 D地面对斜面的摩擦力水平向右,【解析】选C.对m1、m2整体分析：F(m1m2)gsin(m1 m2)gcos(m1m2)a 对m2：F2m2gsinm2gcosm2a 由得 A、B错.对斜面受力分析如图，F压为m1、 m2对斜面的压力，f为m1、m2对斜面的摩擦力，斜面静止，则地 面对斜面的摩擦力水平向左,C对,D错.,应用牛顿运动定律解决多过程问题 【例证3】(2011江苏高考)(16分)如图所示，长为L，内壁光滑的直管与水平地面成30

15、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,【解题指南】解答本题时可按以下思路分析： (1)明确小物块的受力情况，由牛顿第二定律列方程. (2)结合牛顿第二定律和运动学公式求小球速度. (3)根据平抛运动的规律进行分析.,【规范解答】(1)设细线中的张力为T,根据牛顿第二定律: Mg-T=Ma (2分) T-mgsin30=ma (2分) 且M=km 联立解得 (1分),(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 (2分) 由匀变速直线运动规律知v2=2aLsin30 (1分) (2分) 联立解得 (2分),(3)由平抛运动规律 x=v0t,Lsin30= gt2 (2分) 解得 (1分) 则x 得证 (1分) 答案： (3)见规范解答,【总结提升】处理多过程问题时应注意的两个问题 1.任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的小过程构成，上一过程的末是下一