第三章 专题提升(三)　牛顿运动定律的综合应用—2021届高中物理一轮复习课件(共70张PPT)

专题提升(三) 牛顿运动定律的综合应用 分类研析·拓展提升 真题试做·模拟演练 分类研析·拓展提升 类型一 1.实重和视重 (1)实重:物体实际所受的重力,它与物体的运动状态无关. (2)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 压力将不等于物体的重力.此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重. 2.对超重、失重的理解 (1)不论超重、失重或完全失重,物体的重力都不变,只是“视重”改变. 超重与失重现象 (2)物体是否处于超重或失重状态,不在于物体向上运动还是向下运动,而在于 物体的加速度方向,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. (3)当物体处于完全失重状态时,重力只有使物体产生a=g的加速度效果,不再 有其他效果. 角度1 超重失重的判断 [例1] 在教室里某同学站在体重计上研究超重与失重.她由稳定的站姿变化到稳 定的蹲姿称为“下蹲”过程;由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程. 关于她的实验现象,下列说法中正确的是(   ) A.只有“起立”过程,才能出现失重现象 B.只有“下蹲”过程,才能出现超重现象 C.“下蹲”的过程,先出现超重现象后出现失重现象 D.“起立”“下蹲”的过程,都能出现超重和失重现象 D 审题指导:人下蹲过程中的运动特点:先向下做加速运动,后向下做减速运动; 而起立的过程则是先向上加速后向上减速. 解析:下蹲过程中,人先向下做加速运动,后向下做减速运动,所以先处于失重 状态后处于超重状态;人从下蹲状态站起来的过程中,先向上做加速运动,后 向上做减速运动,最后回到静止状态,人先处于超重状态后处于失重状态,故 A,B,C错误,D正确. 规律总结 超重和失重现象判断的“两”角度 角度2 超重失重的计算 [例2] 某人在地面上最多可举起50 kg的物体,当他在竖直向上运动的电梯中最 多举起了60 kg的物体时,电梯加速度的大小和方向为(g=10 m/s2)(   )D 审题指导:解此题关键有两点: (1)人的“举力”无论在何种状态下总是不变; (2)人的“举力”与物体重力的合力提供加速度. 题组训练 1.在一个封闭装置中,用弹簧测力计测一物体的重力,根据读数与物体实际重力 之间的关系,判断以下说法中正确的是(   ) A.读数偏大,表明装置加速上升 B.读数偏小,表明装置加速下降 C.读数为0,表明装置运动的加速度等于重力加速度,但无法判断是向上运动还是 向下运动 D.读数准确,表明装置匀速上升或下降 C 解析:读数偏大,表明装置处于超重状态,其加速度方向向上,可能的运动情况 是加速上升或减速下降,故A项错误,同理知B项也错误.弹簧测力计读数为0, 即完全失重,这表明整个装置运动的加速度等于重力加速度g.但是,a=g,速度 方向有可能向上,也有可能向下,故C项正确.读数准确,装置可能静止,也可能 正在向任意一个方向做匀速直线运动,故D项错误. 2.将金属块用压缩的轻弹簧卡在一个箱子中,上顶板和下底板装有压力传感器. 当箱子随电梯以a=4.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动,上顶板的传感器 显示的压力为4.0 N,下底板显示的压力为10.0 N.取g=10 m/s2,若上顶板示数 是下底板示数的一半,则电梯的运动状态可能是(   ) B A.匀加速上升,加速度为5 m/s2 B.匀加速下降,加速度为5 m/s2 C.匀速上升 D.静止状态 类型二 1.连接体的类型 (1)物体叠放连接体 动力学中的连接体问题 (2)弹簧连接体 (3)轻绳(杆)连接体 2.连接体的运动特点 (1)轻绳——在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度总是相等. (2)轻杆——平动时,连接体具有相同的平动速度;转动时,连接体具有相同的 角速度,而线速度与转动半径成正比. (3)轻弹簧——在发生形变的过程中,两端连接体的速度不一定相等;在弹簧形 变最大时,两端连接体的速率相等. 3.处理连接体问题的方法:整体法、隔离法或“先整体求加速度,后隔离求连 接体之间作用力”. 角度1 物体叠放连接体 [例3] 如图所示,质量为m2的物块B放在光滑的水平桌面上,其上放置质量为m1 的物块A,用通过光滑定滑轮的细线将A与质量为M的物块C连接,释放C,A和B一 起以加速度a从静止开始运动,已知A,B间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小 为g.细线中的拉力大小为(   ) A.Mg B.M(g+a) C.(m1+m2)a D.m1a+μm1g C 解析:以C为研究对象,有Mg-T=Ma,解得T=Mg-Ma,故A,B错误;以A,B整体为 研究对象,根据牛顿第二定律可知T=(m1+m2)a,故C正确;A,B间为静摩擦力, 大小为m2a,故D错误. 角度2 弹簧连接体 [例4] (多选)如图所示,2 019个质量均为m的小球通过完全相同的轻质弹簧(在弹性限度 内)相连,在水平拉力F的作用下,一起沿光滑水平面以加速度a向右做匀加速运动,设1和2 之间弹簧的弹力为F1—2 ,2和3间弹簧的弹力为F2—3 ,2 018和2 019间弹簧的弹力为 F2 018—2 019,则下列结论正确的是(   ) AD 审题指导:对于连接体,要分析求解小球之间的作用力,需要隔离与该力相关 的小球列方程解答. 解析:隔离小球1,由牛顿运动定律,F1-2=ma,把小球1和2看作整体隔离,由牛顿 运动定律,F2-3=2ma,把小球1,2和3看作整体隔离,由牛顿运动定律,F3-4=3ma, 把小球1,2,3和4看作整体隔离,由牛顿运动定律,F4-5=4ma,……把小球1到2 018看作整体隔离,由牛顿运动定律,F2 018-2 019=2 018ma,联立解得:F1-2∶F2- 3∶F3-4∶F4-5∶F5-6…F2 018-2 019=1∶2∶3∶4∶5∶…∶2018,选项A正确;由于 弹簧长度等于弹簧原长加弹簧伸长量,弹簧伸长量与弹簧弹力成正比,所以选 项B错误;如果突然撤去拉力F,撤去F的瞬间, 角度3 轻绳(杆)连接体 [例5] 如图(甲)所示,质量为m0的小车放在光滑水平面上,小车上用细线悬吊 一质量为m的小球,m0>m,用一力F水平向右拉小球,使小球和车一起以加速度a 向右运动时,细线与竖直方向成α角,细线的拉力为FT.若用一力F′水平向左 拉小车,使小球和车一起以加速度a′向左运动时,细线与竖直方向也成α角, 如图(乙)所示,细线的拉力为FT′.则(   ) A.F′=F,FT′=FT B.F′>F,FT′=FT C.F′FT D.F′a.对小球与车组成的整体,由牛顿第二定律得F=(m0+m)a,F′= (m0+m)a′,所以F′>F,选项B正确. 方法技巧 连接体问题的处理思路 整体法与隔离法往往交叉使用,一般思路是: (1)求内力时,先用整体法求加速度,再用隔离法求物体间的作用力. (2)求外力时,先用隔离法求加速度,再用整体法求整体受到的外力. 题组训练 1.如图所示,光滑的水平地面上有两块材料完全相同的木块A,B,质量均为m,A,B 之间用轻质细绳水平连接.现沿细绳所在直线施加一水平恒力F作用在A上,A,B开 始一起做匀加速运动,在运动过程中把和木块A,B完全相同的木块C放在某一木块 上面,系统仍加速运动,且A,B间始终没有相对滑动,则在放上C并达到稳定后,下 列说法正确的是(   ) C 2.如图所示,bc为固定在小车上的水平横杆,物块M串在杆上,靠摩擦力保持相对 杆静止,M又通过轻细线悬吊着一个小球m,此时小车正以大小为a的加速度向右做 匀加速运动,而M,m均相对小车静止,细线与竖直方向的夹角为θ.小车的加速度 逐渐增加,M始终和小车保持相对静止,当加速度增加到2a时(   ) A.横杆对M的摩擦力增加到原来的2倍 B.横杆对M的弹力增加到原来的2倍 C.细线与竖直方向的夹角增加到原来的2倍 D.细线的拉力增加到原来的2倍 A 类型三 1.常见四类动力学图象及解题办法 动力学中的图象问题 v-t图 象 根据图象的斜率判断加速度的大小和方向,进而 根据牛顿第二定律求解合外力 F-a图 象 对物体进行受力分析,然后根据牛顿第二定律推 导出两个量间的函数关系式,根据函数关系式结 合图象,明确图象的斜率、截距或面积的意义, 从而求出未知量 a-t图 象 要注意加速度的正负,正确分析每一段的运动情 况,然后结合物体受力情况根据牛顿第二定律列 方程 F-t图 象 要结合物体受到的力,根据牛顿第二定律求出加 速度,分析每一时间段的运动性质 2.解题策略 (1)解题的关键在于弄清图象斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义. (2)应用物理规律列出与图象对应的函数方程式,进而明确“图象与公式 ”“图象与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断. 角度1 图象的选取 [例6] 如图所示,物体沿斜面由静止滑下,在水平面上滑行一段距离后停止,物 体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同,斜面与水平面平滑连接.下图中v,a,f 和s分别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程.下图中正确的是 (   ) C 角度2 图象的转换 [例7] 在图(甲)所示的水平面上,用水平力F拉物块,若F按图(乙)所示的规律 变化.设F的方向为正方向,则物块的速度—时间图象可能正确的是(   )A 角度3 图象信息的应用 [例8] 如图(甲)所示,一物块放在粗糙的水平面上,从t=0时刻开始,以一定的 初速度向左运动,同时在物块上加一斜向右上的恒力F的作用,F与水平方向的 夹角θ=37°,物块的质量为2 kg,物块与地面间的动摩擦因数μ=0.5,物块向 左运动的v-t图象如图(乙)所示(已知cos 37°=0.8,sin 37°=0.6,g取10 m/s2),求: (1)拉力F的大小; (2)物块再回到t=0时刻的位置时的速度v1大小; (3)若在t=0.5 s时拉力的方向不变,大小改变,要使物块再回到t=0时刻的位置 时速度大小和t=0时刻的速度大小相等,则拉力F′应变为多少?(结果保留两位 小数) (3)要使物块回到t=0时刻位置的速度大小和t=0时刻的速度大小相等,向右运 动时的加速度大小 a3=a1=12 m/s2. 由牛顿第二定律 F′cos θ-μ(mg-F′sin θ)=ma3 求得F′=30.91 N. 误区警示 图象信息应用问题的常见误区 (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)忽视对物体实际过程中的受力情况和运动情况的分析.  题组训练 C 2.(2019·黑龙江大庆期中)某运动员做跳伞训练,他从悬停在空中的直升机上 由静止跳下,跳离飞机一段时间后打开降落伞做减速下落.他打开降落伞后的速 度图线如图(甲).降落伞用8根对称的绳悬挂运动员,每根绳与中轴线的夹角均 为37°,如图(乙).已知人的质量为 50 kg,降落伞质量也为 50 kg,不计人所受 的阻力,打开伞后伞所受阻力f与速率v成正比,即f=kv(g取10 m/s2,sin 53°= 0.8,cos 53°=0.6).求: (1)打开降落伞前人下落的距离为多大. 答案:(1)20 m  (2)求阻力系数k和打开伞瞬间的加速度a的大小和方向. 解析:(2)当人和降落伞的速度v2=5 m/s时做匀速运动, 则kv2=2mg, 解得k=200 N·s/m. 设打开降落伞瞬间的加速度为a,由牛顿第二定律 对整体:kv1-2mg=2ma, 代入数据解得a=30 m/s2,方向竖直向上. 答案:(2)200 N·s/m 30 m/s2 方向竖直向上 (3)悬绳能够承受的拉力至少为多少. 解析:(3)设每根绳最大拉力为T,加速度最大时绳子的拉力最大,以运动员为 研究对象有8Tcos 37°-mg=ma, 代入数据解得T=312.5 N. 答案:(3)312.5 N 类型四 1.“四种”典型临界条件 (1)接触与脱离的临界条件:弹力FN=0. (2)相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大值. (3)绳子断裂与松弛的临界条件: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,绳子松弛与拉紧的临界条件是FT=0. (4)加速度变化时,速度达到最值的临界条件:加速度变为0. 动力学中的临界与极值问题 2.“三种”典型的常用方法 极限法 把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界 现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问 题的目的 假设法 临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两 种可能时,或变化过程中可能出现临界条件 ,也可能不出现临界条件时,往往用假设法 解决问题 数学法 将物理过程转化为数学表达式,根据数学表 达式解出临界条件或极值  BCD 方法技巧 叠加体系统临界问题的求解思路 角度2 极值问题 [例10] 木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变,当θ=30°时,可视为质点的 一小物块恰好能沿着木板匀速下滑,如图(甲)所示.若让该小物块从木板的底端 以大小恒定的速度v0=10 m/s沿木板向上运动,如图(乙)所示,随着θ的改变,小 物块沿木板滑行的最大距离x将发生变化.重力加速度g取10 m/s2. (1)求小物块与木板间的动摩擦因数; (2)当θ满足什么条件时,小物块沿木板滑行的最大距离最小,并求出此最小值. 审题指导:根据动力学知识写出数学表达式,进而讨论出极值. 题组训练 1.(多选)如图所示,在光滑平面上有一静止小车,小车质量为M=5 kg,小车上静 止地放置着质量为m=1 kg的木块,木块和小车间的动摩擦因数为μ=0.2,用水 平恒力F拉动小车.下列关于木块的加速度am和小车的加速度aM,可能正确的有 (g=10 m/s2)(   ) A.am=1 m/s2,aM=1 m/s2 B.am=1 m/s2,aM=2 m/s2 C.am=2 m/s2,aM=4 m/s2 D.am=3 m/s2,aM=5 m/s2 AC 解析:隔离木块,分析受力,木块和小车恰不发生相对滑动时,它们有相同的加 速度,由牛顿第二定律有μmg=mam,解得am=2 m/s2.木块和小车不发生相对滑 动时,二者加速度相等,A符合条件,木块和小车发生相对滑动时,am=2 m/s2,小 车的加速度aM为大于2 m/s2的任意值.C符合条件. 2.如图所示,静止在光滑水平面上的斜面体,质量为M,倾角为α.其斜面上有一 静止的滑块,质量为m,两者之间的动摩擦因数为μ,滑块受到的最大静摩擦力 等于滑动摩擦力,重力加速度为g.现给斜面体施加水平向右的力F使斜面体加 速运动. (1)若要使滑块与斜面体一起加速运动,求力F的最大值. 解析:(1)当滑块与斜面体一起向右加速运动时,力F越大,加速度越大,当F最 大时,斜面体对滑块的静摩擦力达到最大值Ffm,隔离滑块并受力如图所示: (2)若要使滑块做自由落体运动,求力F的最小值. 真题试做·模拟演练 1.(2018·全国Ⅰ卷,15)如图,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,下列表示F和x之间 关系的图象可能正确的是(   ) A 解析:设弹簧的原长为l,物块P静止时,弹簧的长度为l0,对其受力分析如图 所示. 根据牛顿第二定律, 得F+k(l-l0-x)-mg=ma, 又k(l-l0)=mg,故F=kx+ma,A正确. 2.(2017·海南卷,9)(多选)如图,水平地面上有三个靠在一起的物块P,Q和R,质 量分别为m,2m和3m,物块与地面间的动摩擦因数都为μ.用大小为F的水平外力推 动物块P,记R和Q之间相互作用力与Q与P之间相互作用力大小之比为k.下列判断 正确的是(   ) BD 3.(2019·全国Ⅲ卷,20)(多选)如图(a),物块和木板叠放在实验台上,物块用 一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平.t=0时,木板 开始受到水平外力F的作用,在 t=4 s时撤去外力.细绳对物块的拉力f随时间t 变化的关系如图(b)所示,木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示.木板与实 验台之间的摩擦可以忽略.重力加速度取10 m/s2.由题给数据可以得出(   ) A.木板的质量为1 kg B.2～4 s内,力F的大小为0.4 N C.0～2 s内,力F的大小保持不变 D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2 AB 4.(2019·广东深圳模拟)两个质量均为m的相同的物块叠放在一个轻弹簧上面, 处于静止状态.弹簧的下端固定于地面上,弹簧的劲度系数为k.t=0时刻,给A物 块一个竖直向上的作用力F,使得两物块以0.5g的加速度匀加速上升,下列说法 正确的是(   ) C