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1、1 第第 7 7 讲讲 牛顿第二定律的应用牛顿第二定律的应用 1 1 一 动力学的两类基本问题 1 由物体的受力情况求解运动情况的基本思路 先求出几个力的合力 由牛顿第二定律 F合 ma 求出 再由运动学的有关公式求出有 关的运动量 2 由物体的运动情况求解受力情况的基本思路 已知加速度或根据运动规律求出 再由牛顿第二定律求出合力 从而确定未知力 说明 牛顿第二定律是联系运动问题与受力问题的桥梁 加速度是解题的关键 二 超重和失重 1 超重与失重 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 物体所受重力的情况称为超重 现象 物体所受重力的情况称为失重现象 2 完全失重 物体对水平支持物的压力
2、 或对竖直悬挂物的拉力 的情况称为完全失重现象 辨别明理 1 放置于水平桌面上的物块受到的重力是物块的内力 2 系统的内力不会影响系统整体的运动效果 3 运动物体的加速度可根据运动速度 位移 时间等信息求解 所以加速度由运动情况决定 4 物体处于超重状态时 物体的重力大于mg 5 物体处于完全失重状态时其重力消失 6 物体处于超重还是失重状态 由加速度的方向决定 与速度方向无关 7 减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于重力 考点一 动力学的两类基本问题 解决动力学两类问题的基本思路 2 考向一 已知受力求运动 例 1 9 分 2018 浙江 4 月选考 可爱的企鹅喜欢在冰面上玩游戏 如图
3、7 1 所示 有一企鹅 在倾角为 37 的倾斜冰面上 先以加速度a 0 5m s2从冰面底部由静止开始沿直线向上 奔 跑 t 8s 时 突然卧倒以肚皮贴着冰面向前滑行 最后退滑到出发点 完成一次游戏 企鹅在 滑动过程中姿势保持不变 若企鹅肚皮与冰面间的动摩擦因数 0 25 已知 sin37 0 6 cos37 0 8 g取 10m s2 求 图 7 1 1 企鹅向上 奔跑 的位移大小 2 企鹅在冰面滑动的加速度大小 3 企鹅退滑到出发点时的速度大小 计算结果可用根式表示 规范步骤 1 向上 奔跑 过程的位移x 2 分 2 上滑过程的加速度大小a1 2 分 下滑过程的加速度大小a2 2 分 3
4、上滑过程的位移x1 1 分 设退滑到出发点的速度为v 则 1 分 解得v 1 分 变式题 2018 呼和浩特模拟 滑沙运动中 滑板相对沙地的速度大小会影响沙地对滑板的动 摩擦因数 假设滑沙者的速度超过 8m s 时 滑板与沙地间的动摩擦因数就会由 1 0 5 变为 2 0 25 如图7 2所示 一滑沙者从倾角 37 的坡顶A处由静止开始下滑 滑至坡底B B 处为一平滑小圆弧 后又滑上一段水平地面 最后停在C处 已知滑板与水平地面间的动摩擦 3 因数恒为 3 0 4 AB坡长L 20 5m sin37 0 6 cos37 0 8 g取 10m s2 不计空气阻力 求 1 滑沙者到B处时的速度大小
5、 2 滑沙者在水平地面上运动的最大距离 3 滑沙者在AB段下滑与在BC段滑动的时间之比 图 7 2 考向二 已知运动求受力 例 2 2018 杭州六校联考 我国第五代制空战机歼 20 具备高隐身性 高机动性能力 为防止 极速提速过程中飞行员因缺氧晕厥 歼 20 新型的抗荷服能帮助飞行员承受最大为 9g的加速 度 假设某次垂直飞行测试实验中 歼 20 以 50m s 的初速度离地 开始竖直向上飞行 该飞机 在 10s 内匀加速到 3060km h 匀速飞行一段时间后达到最大飞行高度 18 1km 假设加速阶段 所受阻力恒为重力的 已知该歼 20 质量为 20t g取 10m s2 忽略战机因油耗
6、等导致的质量 1 5 变化 1 请通过计算说明在加速阶段飞行员是否晕厥 2 求本次飞行测试中歼 20 匀速飞行的时间 3 求本次飞行测试中在加速阶段歼 20 发动机提供的推力大小 图 7 3 变式题 地球脉动 2 是 BBC 制作的大型纪录片 该片为了环保采用热气球进行拍摄 若气球 在空中停留一段时间后 摄影师扔掉一些压舱物使气球竖直向上做匀加速运动 假设此过程 中气球所受空气作用力与停留阶段相等 摄影师在4s时间内发现气球上升了4m 然后保持质 4 量不变 通过减小空气作用力使气球速度再上升 2m 过程中随时间均匀减小到零 已知气球 座舱 压舱物 摄影器材和人员的总质量为 1050kg 重力
7、加速度g取 10m s2 求 1 匀加速阶段的加速度大小 2 扔掉的压舱物质量 3 气球速度均匀减小过程中所受空气作用力的大小 图 7 4 考点二 牛顿第二定律与图像综合问题 1 常见的动力学图像 v t图像 a t图像 F t图像 F a图像等 2 解题策略 1 动力学图像问题实质是求解力与运动的关系 解题关键在于弄清图像斜率 截距 交点 拐点 面积的物理意义 2 应用物理规律列出与图像对应的函数关系式 进而明确 图像与公式 图像与物体 间 的关系 以便对有关物理问题进行准确判断 图 7 5 例3 2018 全国卷 如图7 5所示 轻弹簧的下端固定在水平桌面上 上端放有物块P 系统 处于静止
8、状态 现用一竖直向上的力F作用在P上 使其向上做匀加速直线运动 以x表示P 离开静止位置的位移 在弹簧恢复原长前 如图7 6所示表示F和x之间关系的图像可能正确 的是 图 7 6 5 变式题 1 如图 7 7 甲所示 一个质量为 3kg 的物体放在粗糙水平地面上 从零时刻起 物体在 水平力F作用下由静止开始做直线运动 在0 3s时间内物体的加速度a随时间t的变化规律 如图乙所示 则 图 7 7 A F的最大值为 12N B 0 1s 内和 2 3s 内物体加速度的方向相反 C 3s 末物体的速度最大 最大速度为 8m s D 0 1s 内物体做匀加速运动 2 3s 内物体做匀减速运动 变式题
9、2 多选 如图 7 8 甲所示 一物块在t 0 时刻滑上一固定斜面 其运动的v t图线如图 乙所示 若重力加速度及图中的v0 v1 t1均为已知量 则可求出 甲 乙 图 7 8 A 斜面的倾角 B 物块的质量 C 物块与斜面间的动摩擦因数 D 物块沿斜面向上滑行的最大高度 要点总结 解决图像综合问题的关键 1 分清图像的类别 即分清横 纵坐标所代表的物理量 明确其物理意义 掌握物理图像所反 映的物理过程 会分析临界点 6 2 明确能从图像中获得哪些信息 把图像与具体的题意 情境结合起来 再结合斜率 特殊 点 面积等的物理意义 确定从图像中反馈出来的有用信息 这些信息往往是解题的突破口或 关键点
10、 考点三 超重与失重问题 例 4 人教版必修 1 改编 如图 7 9 所示 小芳在体重计上完成下蹲动作 反映体重计示数随时 间变化的F t图像可能正确的是图 7 10 中的 图 7 9 图 7 10 题根分析 本题通过受力分析和牛顿第二定律 考查运动过程中的超重 失重问题 对超重 失重问题的 分析应注意 1 超重 失重现象的实质是物体的重力的作用效果发生了变化 重力的作用效果增强 则物 体处于超重状态 重力的作用效果减弱 则物体处于失重状态 重力的作用效果体现在物体对 水平面的压力 物体对竖直悬线的拉力等方面 在超重 失重现象中物体的重力并没有发生 变化 2 物体是处于超重状态还是失重状态 取
11、决于加速度的方向 而不是速度的方向 只要加速 度有竖直向上的分量 物体就处于超重状态 只要加速度有竖直向下的分量 物体就处于失重 状态 当物体的加速度等于重力加速度时 竖直向下 物体就处于完全失重状态 3 在完全失重的状态下 一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如天平不能测量物体的 质量 浸在水中的物体不再受浮力 液体柱不再产生向下的压强等 7 变式网络 变式题 1 多选 某人乘电梯上楼 在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图 7 11 所示 以竖直向上为a的正方向 则人对地板的压力 图 7 11 A t 2s 时最大 B t 2s 时最小 C t 8 5s 时最大 D t 8 5s
12、 时最小 变式题2 多选 如图7 12甲所示为一条倾斜的传送轨道 B是传送货物的平台 可以沿着斜面 上的直轨道运送物体 某次传送平台B沿轨道将货物A向下传送到斜面轨道下端 运动过程可 用如图乙所示的速度 时间图像表示 下列分析中不正确的是 图 7 12 A 0 t1时间内 B对A的支持力小于重力 摩擦力水平向右 B t1 t2时间内 B对A的支持力等于重力 摩擦力水平向左 C t2 t3时间内 B对A的支持力大于重力 摩擦力水平向右 D 0 t1时间内出现失重现象 t2 t3时间内出现超重现象 变式题3 多选 飞船绕地球做匀速圆周运动 宇航员处于完全失重状态时 下列说法正确的是 A 宇航员不受任何力作用 B 宇航员处于平衡状态 C 地球对宇航员的引力全部用来提供向心力 D 正立和倒立时宇航员感觉一样 8
