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1、专题三 牛顿运动定律,1.牛顿运动定律、牛顿定律的应用 2.超重和失重 ,1.理解牛顿第一定律、牛顿第三定律，认识惯性和作用力、反作用力的特点. 2.熟练掌握牛顿第二定律，会用牛顿运动定律分析解决两类典型的动力学问题. 3.牛顿运动定律是高中物理的基础，特别是两类动力学问题，超、失重问题，牛顿运动定律与曲线运动、电磁学相结合的问题更成为高考考查的热点.,牛顿第三定律的应用 【典例1】(2011浙江高考)如图所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”.两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢.若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法正确的是( ),A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
2、B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力 C.若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利 D.若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利 【审题视角】解答本题时应注意以下三点： 【关键点】 (1)作用力与反作用力等大、反向、异体. (2)平衡力等大、反向、同体. (3)比赛的胜负取决于甲、乙两人的加速度.,【精讲精析】甲对绳的拉力与绳对甲的拉力的受力物体分别是绳子和甲，是一对作用力和反作用力,A错误；甲对绳的拉力与乙对绳的拉力都作用在绳子上，是一对平衡力,B错误；比赛的胜负取决于两人的加速度大小，由于冰面光滑，而两人所受绳的拉力大小相等，若甲的质量比乙大，由牛顿第二定律可知
3、甲的加速度小于乙的加速度，乙运动得比甲快，故乙先到达分界线，所以甲能赢得比赛，C正确、D错误. 答案：C,【命题人揭秘】应用牛顿第三定律应注意的问题 (1)定律中的“总是”表明在任何条件下牛顿第三定律都是成立的. (2)牛顿第三定律只对相互作用的两个物体成立，因为大小相等、方向相反、作用在两个物体上且作用在同一条直线上的两个力，不一定是作用力和反作用力. (3)牛顿第三定律揭示了作用力和反作用力具有同时性，若一个力产生或消失，则另一个力必然同时产生或消失.,对牛顿第二定律瞬时性的理解 【典例2】(2010全国卷)如图所示，轻 弹簧上端与一质量为m的木块1相连，下端 与另一质量为M的木块2相连，
4、整个系统置于 水平放置的光滑木板上，并处于静止状态. 现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大小分别为a1、a2.重力加速度大小为g，则有( ),【审题视角】解答本题时应明确在木板抽出前后木块1和2的受力情况有何变化，弹簧的弹力是否变化，根据合力求加速度.,【精讲精析】抽出木板的瞬间，弹簧的弹力未变，故木块1所 受合力仍为零，其加速度为a1=0.对于木块2受弹簧的弹力F1=mg 和重力Mg作用，根据牛顿第二定律得 因 此选项C正确. 答案：C,【命题人揭秘】瞬时加速度的求解与两种基本模型 分析物体的瞬时问题，关键是分析瞬时前后的受力情况和运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬
5、时加速度，此类问题应注意两种基本模型的建立: (1)弹簧(或橡皮绳)：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成不变.,(2)刚性绳(或接触面)：认为是一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，若剪断(或脱离)后，其弹力立即消失，不需要形变恢复的时间.一般题目中所给细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理.,整体法和隔离法的应用 【典例3】(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
6、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( ),【审题视角】解答本题时可按以下思路分析： 开始时F较小，两物体一起以相同的加速度运动，当F增大到某一值时，两物体相对滑动，m1水平方向仅受滑动摩擦力作用，加速度不变，m2水平方向所受合力增大，加速度增大，因此两物体加速度变化不同.,【精讲精析】该题解析过程如下: 答案：A,【命题人揭秘】整体法与隔离法的应用技巧 (1)运用整体法分析问题时，系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同. (2)对于连接体各部分加速度相同时，一般的思维方法是先用整体法求出加速度，再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律
7、求作用力.即“先整体求加速度，后隔离求内力”. (3)当求各部分之间的作用力时，一定要用隔离法.考虑解题的方便有以下两个原则： 选出的隔离体应包含所求的未知量；在独立方程的个数等于未知量的个数前提下，隔离体的数目应尽可能地少.,牛顿运动定律与运动图象问题 【典例4】(2012安徽高考)质量为0.1 kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下落， 该下落过程对应的v-t图象如图所示.球与 水平地面相碰后离开地面时的速度大小为 碰撞前的3/4.设球受到的空气阻力大小恒为f，取g=10 m/s2，求： (1)弹性球受到的空气阻力f的大小. (2)弹性球第一次碰撞后反弹的高度h.,【审题视角】解答本题时可
8、按以下思路分析：,【精讲精析】(1)由v-t图象可知，弹性球第一次下落过程中的加速度为： 由牛顿第二定律得：mg-f=ma1 则有：f=mg-ma1=(0.110-0.18) N=0.2 N,(2)弹性球第一次碰撞后反弹时的速度为 由牛顿第二定律得：mg+f=ma 则： 则反弹的高度为： 答案:(1)0.2 N (2)0.375 m,【命题人揭秘】 (1)本题以物体的v-t图象为背景，体现了高考以能力立意为主，重在培养学生读图能力和理解能力.主要考查v-t图象、牛顿第二定律、匀变速直线运动规律、匀速直线运动等知识点. (2)物体的运动情况由所受的力及物体运动的初始状态共同决定，无论哪种情况，联
9、系力和运动的“桥梁”是加速度.,超重和失重问题 【典例5】(2012山东高考)将地面上静 止的货物竖直向上吊起，货物由地面运 动至最高点的过程中，v-t图象如图所示. 以下判断正确的是( ) A.前3 s内货物处于超重状态 B.最后2 s内货物只受重力作用 C.前3 s内与最后2 s内货物的平均速度相同 D.第3 s末至第5 s末的过程中，货物的机械能守恒,【审题视角】解答本题应把握以下四点： 【关键点】 (1)根据加速度的方向判断货物是超重还是失重. (2)根据加速度的大小判断货物是否只受重力作用. (3)利用运动学公式求平均速度的大小. (4)利用动能和势能的变化分析货物的机械能是否守恒.
10、,【精讲精析】由货物运动的v-t图象可知，前3 s内货物向上做 匀加速直线运动，货物处于超重状态，A正确；最后2 s内货物 向上做匀减速直线运动，加速度为-3 m/s2，说明货物除受重 力外，还受其他力的作用，B错误；由平均速度公式 得，前3秒内与最后2 s内货物的平均速度都为3 m/s，C对；第 3 s末至第5 s末的过程中，货物的速度不变，动能不变，重力 势能增加，故机械能增加，D错误. 答案:A、C,【命题人揭秘】超重与失重状态的判断方法 (1)拉力(或支持力)的角度：当物体受到的向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；当拉力(或支持力)小于重力时，物体处于失重状态；当拉力(
11、或支持力)为零时，物体处于完全失重状态. (2)加速度的角度：当物体具有向上的加速度(或加速度分量)时，处于超重状态；当具有向下的加速度(或加速度分量)时，处于失重状态；当具有向下的加速度且加速度a=g时，处于完全失重状态.,用牛顿第二定律解决动力学问题 【典例6】(2011上海高考)如图，质量m=2 kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L=20 m.用大小为30 N，沿水平方向的外力拉此物体，经t0=2 s拉至B处.(已知cos37=0.8, sin37=0.6.取g=10 m/s2) (1)求物体与地面间的动摩擦因数； (2)用大小为30 N，与水平方向成37的力斜向上拉此物体，使物
12、体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t.,【审题视角】要使物体到达B处时间最短，物体应该先加速，然后减速，到达B处速度恰为0，中间没有匀速运动.,【精讲精析】(1)物体做匀加速运动 解得： 对物体由牛顿第二定律得： F-mg=ma0 解得：,(2)设F作用的最短时间为t，物体先以大小为a的加速度匀加速时间t，撤去外力后，以大小为a的加速度匀减速时间t到达B处，速度恰为0，对物体由牛顿第二定律得： Fcos37-(mg-Fsin37)=ma 解得：,由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度，因此有： at=at 解得： 解得： 答案：(1)0.5 (2)1.03 s,【命
13、题人揭秘】解决动力学两类问题的基本思路 (1)由受力情况求运动情况,解题思路: (2)由运动情况求受力情况,解题思路:,相对运动在牛顿运动定律中的应用 【典例7】(2010海南高考)图1中，质量为m的物块叠放在质量为2m的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为=0.2.在木板上施加一水平向右的拉力F，在03 s内F的变化如图2所示，图中F以mg为单位，重力加速度g=10 m/s2.整个系统开始时静止.,(1)求1 s、1.5 s、2 s、3 s末木板的速度以及 2 s、3 s末物块的速度； (2)在同一坐标系中画出03 s内木板和物块的v-t图象，据此求0
14、3 s内物块相对于木板滑过的距离. 【审题视角】解答本题时要首先分析出在各个阶段木板和物块的受力情况，根据牛顿第二定律求出各自的加速度.再根据运动学公式可以求出各个时刻的速度，由v-t图象确定相对位移.,【精讲精析】(1)设木板和物块的加速度分别为a和a，在t时刻木板和物块的速度分别为vt和vt，木板和物块之间摩擦力的大小为Ff，依据牛顿第二定律、运动学公式和摩擦力公式得：Ff=ma Ff=mg，当vtvt vt2=vt1+a(t2-t1) F-Ff=2ma vt2=vt1+a(t2-t1) ,结合题给条件得： v1=4 m/s,v1.5=4.5 m/s, v2=4 m/s,v2=4 m/s
15、2 s末木板和物块达到共同速度，此后两物体一起做匀速直线运动，故v3=4 m/s,v3=4 m/s ,(2)由上述公式得到物块与木板运动的 v-t图象，如图所示.在03 s内物块相 对于木板的距离s等于木板和物块v-t 图线下的面积之差，即图中带阴影的四 边形面积，该四边形由两个三角形组成， 上面的三角形面积为0.25 m，下面的三角形面积为2 m，因此s=2.25 m. 答案：(1)4 m/s 4.5 m/s 4 m/s 4 m/s 4 m/s 4 m/s (2)图见精讲精析 2.25 m,【命题人揭秘】 (1)本题以F-t图象为背景，考查牛顿运动定律以及相对运动知识，明确运动情景与物体受力
16、的对应关系是解决问题的关键. (2)本题用F-t图象间接地给出了物体的受力情况，立意新；同时将物体间的相对运动的距离和v-t图象的“面积”结合起来，使复杂问题变得直观、形象，但对学生的能力也提出了较高的要求.,牛顿运动定律的综合应用 【典例8】(2011山东高考)如图 所示，在高出水平地面h=1.8 m 的 光滑平台上放置一质量M=2 kg、由 两种不同材料连接成一体的薄板A， 其右段长度l1=0.2 m且表面光滑，左段表面粗糙.在A最右端放有可视为质点的物块B，其质量m=1 kg.B与A左段间动摩擦因数=0.4.开始时二者均静止，先对A施加F=20 N 水平向右的恒力，待B脱离A(A尚未露出平台)后，将A取走.B离开平台后的落地点与
