2017届高三物理一轮复习课件：第三章 牛顿运动定律 第4节

第四章牛顿运动定律二、牛顿运动定律应用：1、应用类型：①已知受力状态→a→求运动情况（S、V、t）2、常规解题步骤：垂直a：平衡方程②已知运动情况→a→求受力状态①已知条件、受力分析、画力图（不分解）②建坐标（沿a、垂直a），分解力③列方程：④列其他运动学公式方程沿a：原始牛二方程⑤代入数据，解方程，讨论。斜面倾角回避45度N=mg.cosθf=μmg.cosθ①、斜面匀速或者静止：②、斜面有水平或竖直加速度a：▲斜面问题：fθmgNfθmgN物块沿斜面上滑或者下滑坐标轴（加速度）沿斜面fθamgNafθmgNF▲物块不受外力F或者F沿斜面▲若物块所受外力F不沿斜面N≠mg.cosθf≠μmg.cosθ物块相对斜面静止坐标轴（加速度）沿水平面N≠mg.cosθf≠μmg.cosθFθmgNff≤μN▲三角函数解临界极值问题：hθLmgN光滑斜面上物体的下滑运动F合=mgsinθ=maa=gsinθ讨论：①、斜面高h一定：倾角θ↗，a↗，s↘，t↘当θ=90°，物块自由落体，下落时间最短。2at21S讨论：②、斜面底L一定：cosθLSθθgLθgθLaStcossin24sin1cos222θgL2sin4当θ=45°，物块下滑时间最短。▲弦运动的等时性：物体沿光滑弦轨道下滑运动F合=mgsinθ=maa=gsinθ2at21S讨论：①、物体从最高点下滑：θθ最高点2RS◆物体从最高点沿任意光滑弦下滑到圆周上，时间都相等。S=2RsinθgRgRaSt4sinsin422θθ最低点2RS◆物体从圆周上任意任意点沿光滑弦下滑到最低点，时间都相等。同理例：如下图，倾角为θ的斜面体上空有一个点O，现要在O点与斜面间架起一条光滑的导轨，要使O点静止释放的小球沿导轨下滑至斜面的时间最短，问，这条导轨要如何架设？θOα▲传送带问题：（V为传送带速度）1、物块轻轻放在运动水平传送带一端V先匀加速（a=μg）后匀速（也可一直加速）2、物块轻轻放在运动倾斜传送带底端VθVθ先加速后匀速（也可一直加速）--μ≥tanθ3、物块轻轻放在运动倾斜传送带顶端一直匀加速--μ≤tanθ先加速后匀速（也可一直加速）--μ≥tanθVθVθ先加速再加速（也可一直加速）--μ≤tanθ运算方法：代数方程、V-t图像3、力的独立作用原理：每一个力都可独立产生加速度，物体总加速度由各个分加速度矢量和①条件：大部分力垂直分布，但不沿a或垂直a方向②步骤：在力的垂直分布方向上建坐标，将a分解为ax、ay两坐标上均列牛二方程：▲牛顿定律特殊应用：加速度的分解。。。。。。。。。=max。。。。。。。。。=may◆例：如图，质量为80kg的物体放于安装在小车上的水平磅秤上，沿斜面无摩擦地向下运动，现观察到磅秤示数为600N，则斜面倾角θ为多少？物体对磅秤的静摩擦力为多少?mgNfacosmafsinmgmaN1、超重：T（N）＞mga向上加速上升或减速下降如：受水平方向恒力F三、超重与失重：mgT(N)2、失重：T（N）＜mga向下加速下降或减速上升3、完全失重：T（N）=0a=g抛体运动4、特殊超重：“等效重力”沿任意方向mgFG′22agg①a相同②a大小相同，方向不同③a不同，但有联系四、连接（结）体的运动：1、探讨依据：系统中各物体的加速度存在联系。2、实例分析：BAFFBABABAFAB3、系统的内力与外力：①系统内部的作用力反作用力为内力，内力必成对出现②外界对系统内任何物体的作用力为外力系统（重心）的运动加速度只由外力决定4、系统法（整体与隔离法）：①隔离与整体是相对的，整体法应指明对象，且受力分析时不考虑内力。②一般当各物体加速度（大小方向）相同时，才能用整体法。③涉及系统内力的问题，必须采用隔离法。④隔离法是通用的，故整体法应优先考虑，一般是先整体、后隔离。FMAmμθ例：倾角θ的固定斜面上，质量分别为M、m的两物块用一绳子相连，用沿斜面向上的拉力F拉动物块M，使两物块沿斜面加速运动，已知两物块与斜面摩擦因数μ，求两物块间细绳的张力T。amMgmMgmMF）（sin)(cos)(对于整体：隔离m：mamgmgTsincos①若斜面光滑：T不变FTmMm求得：若θ=0o（即水平面）：T不变若θ=90o（即竖直面）：T不变总拉力F被按质量成比例地分配到两物块上5、系统分离的临界问题：▲临界条件：两物体的速度、加速度相等，但相互间只接触不形变，无弹力。FBA例：如下图，一个弹簧测力计放在水平地面上，其劲度系数k=800N/m，Q为与轻弹簧连接的称盘，其质量为m=1.5kg，盘上有一物块M=10.5kg，系统处于静止状态，现对物块M施加竖直向上的拉力F，使它从静止开始向上匀加速运动，已知在前2s内，F为变力，之后F为恒力，求F的最大值和最小值。▲板块问题：（板长L）M,mFM,mFM,mVM,mVM,mV地面光滑▲脱离条件：受力不平衡加速度不等独立的受力图运动示意图牛二方程相对位移L摩擦生热Q动量守恒弹性碰撞运动图像V---tX√6、特殊整体法：——系统内各物体加速度不同①定性：一动一静两物体，系统重心的速度、加速度方向以动者方向一致左边绳子剪断，哪一端会翘起？▲系统的超重失重：②定量：系统的牛二定律：F合=m1a1+m2a2+m3a3+……例：绝缘光滑水平面固定等质量的三个带电小球ABC，三球成一条直线，若只释放A球，A的瞬间加速度为1m/s2，方向向左；若只释放C，C的瞬间加速度为2m/S2，方向向右；现同时释放三球，求释放瞬间B的加速度。ACB例：物块m沿斜面下滑，加速度为a，斜面M不动，求地面对斜面体的支持力和摩擦力。Mmaaxay竖直：Mg+mg－N=may水平：f=maxMm①物块静止③物块加速下滑或减速上滑④物块减速下滑◆摩擦力方向归纳:（Mm间动摩擦因素为μ，分析地面对斜面体摩擦）②物块匀速下滑-------------无摩擦-------------无摩擦-------------向右-------------向左tantantantan条件：物块m不受其它外力Mm7、全反力法：斜面上的物块受其它外力F的作用，定性分析地面对斜面体的摩擦力全反力R：同一接触面弹力与摩擦力的合力如果物块m受其它外力F，使m发生变速滑动，特殊整体法不再适用！F常称为：M对m的“作用力”22fNR对于静摩擦，对应的全反力的方向（φ）不确定对于动摩擦，当物块滑行方向不变时，对应全反力的方向（φm）不会改变NftanNfRφNftanmm有最大值：∵当弹力N有改变，滑动摩擦力f也随之改变，f与N成正比Mm①物块原来静止于斜面：②物块原来匀速下滑：-------------地面无摩擦（整体法）FMMgNMmgNfRRm再施加向下的力F:等效于mg变大，tan或施加其它方向的力F，m始终不滑动，地面对M的摩擦与F的水平分量平衡（整体法）tan全反力沿竖直方向，地面无摩擦m再施加任意方向的力F，m仍然下滑此时m可以有加速度，全反力大小也可能变化但全反力方向不变，斜面体受力图没有变化，地面仍无摩擦③物块原来加速下滑：④物块原来减速下滑：MMgNMmgNfRRtanfMMgNMmgNfRRf全反力倾斜，地面对M的摩擦向右m再施加任意方向的力F（未画出）m仍然下滑（可以有任意加速度)同理，全反力方向不变，斜面体受力图无变化地面对M的摩擦仍向右tan全反力倾斜，地面对M的摩擦向左m再施加任意方向的力F（未画出）m仍然下滑（可以有任意加速度)同理，全反力方向不变，斜面体受力图无变化地面对M的摩擦仍向左（一）斜面上静止（或相对静止）的物块：-----整体法（二）斜面上自由运动的物块（一动一静）：-----特殊整体法（三）斜面上受外力F的物块沿斜面上滑：-----全反力法（四）斜面的自由物块沿斜面下滑，受外力F后，物块仍沿斜面下滑：-----全反力（同向）法MMgNMmgNfRfR▲小结：-------------地面对斜面体的摩擦向右（如图）▲实验（4）：验证牛顿运动定律：◆原理：控制变量法maFFa一定时，证明当质量mmaF1一定时，证明当拉力mM打点计时器纸带◆实验器材：小车，砝码，小桶，砂,细线，附有定滑轮的长木板（轨道）,垫块，打点计时器（电火花），纸带,天平及砝码，刻度尺。◆实验步骤:1．用天平测出小车的质量M2．安装器材后，小桶里放入适量的砂，用天平测出小桶和砂总质量m，当m＜＜M时，近似认为小车的合力F、即绳子拉力大小等于mg5．数据处理：以加速度a为纵坐标，合力F为横坐标，描点并分析加速度a与合力F的关系（M一定）3．接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，利用纸带计算小车的加速度a。（逐差法）4．保持小车质量不变，改变砂的质量（并用天平称量），重复以上实验5次mM打点计时器纸带7．数据处理：以加速度a为纵坐标，小车质量倒数1/M为横坐标，描点并分析加速度a与质量M的关系（F一定）6．保持小桶及砂的质量m不变，即保持小车合力F不变，在小车上添加钩码改变小车质量（并用天平称量），重复以上实验5次◆注意事项:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态，表明小车受到的阻力跟它的重力下滑分力平衡（可以从纸带打点均匀性判断）1、关于平衡摩擦力——针对小车受到的空气和轨道摩擦阻力2、关于小车的合力mM打点计时器纸带FFmgaMFamFmggamMm得mgFmMM当Mm时，mgFmMM1◆注意事项:3、关于加速度a与质量成反比的证明0aM0aM1◆图像几何意义:0aF0aM1a—F图像斜率表示小车质量倒数a—1/M图像斜率表示砂桶总重力以直代曲◆误差分析:（系统误差OR偶然误差）0Fa0Fa①平衡摩擦力过度②没有平衡摩擦力或木板的倾角过小1、不过原点的直线2、实验数据明显不共线——弯曲图线①轨道粗糙程度不均匀②砂桶总质量没有远小于小车质量0aF§证明：当mM时，a--F图像下弯（斜率变小）FMgam1mMm）（近似认为mgF但实际上当小车质量M恒定：理论上FMa1应该是正比例图像会明显变小较大时），图像斜率较大时（即当m1mMF▲实验改进：某生设计了如下实验方案来探究牛顿第二定律：（1）如图甲所示，将木板有定滑轮的一端垫起，把滑块通过细绳与带夹的重锤相连，然后跨过定滑轮。重锤下夹一纸带，穿过打点计时器。调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动。（2）如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板上靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之由静止开始加速运动。亮点：加速下滑时滑块的合力严格等于之前悬挂的重锤重力