2020届高三物理一轮复习 第三章 第3讲 牛顿运动定律的综合应用课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC学科素养提升4课时作业第3讲牛顿运动定律的综合应用第三章牛顿运动定律一、超重、失重现象超重现象失重现象完全失重现象概念物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)的现象大于小于等于零超重现象失重现象完全失重现象产生条件物体的加速度方向物体的加速度方向物体的加速度方向，大小原理方程F－mg＝mamg－F＝mamg－F＝ma＝mgF＝0运动状态上升或下降下降或上升以a＝g的加速度下降或上升向上向下竖直向下a＝g加速减速加速减速加速减速二、牛顿运动定律的应用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一个，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．3．外力和内力(1)外力：系统外的物体对的作用力．(2)内力：系统内的作用力．加速度整体整体相互作用的内力隔离隔离研究对象物体间■判一判记一记易错易混判一判(1)物体超重时，加速度向上，速度也一定向上．()(2)减速下降的物体处于失重状态．()(3)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态．()(4)超重就是物体的重力增加了，失重就是物体的重力减少了．()××××(5)处于完全失重的物体也可能向上运动．()(6)应用牛顿运动定律进行整体分析时，可以分析内力．()(7)分析物体间相互作用时，要用隔离法．()(8)物体处于超重或失重状态，完全由物体加速度的方向决定，与速度方向无关．()(9)整体法和隔离法是指选取研究对象的方法．()√×√√√规律结论记一记(1)不管物体的加速度是不是竖直方向，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(2)根据物体处于超重还是失重状态，能判定物体在竖直方向的加速度方向，但不能确定其运动的速度方向．(3)整体法与隔离法的选取与所研究的问题及连接体的组成特点有关，如用滑轮连接的两物体加速度大小相同，但运动方向往往不同，常采用隔离法．(4)解题中常用到的二级结论下面几种物理模型，在临界情况下，a＝gtanα.考点一超重、失重现象自主学习型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．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，重力只能使物体产生a＝g的加速度效果，不再有其他效果．1．[超重、失重的判断]如图所示，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．D2.[斜面上超重与失重的判断]为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示．当此车加速上坡时，乘客()A．处于失重状态B．处于超重状态C．受到向后的摩擦力作用D．所受力的合力沿斜面向下当此车加速上坡时，整体的加速度沿斜面向上，乘客具有竖直向上的分加速度，所以乘客处于超重状态，故A错误，B正确；对乘客进行受力分析，乘客受重力、支持力、静摩擦力，乘客加速度沿斜面向上，而静摩擦力必沿水平方向，乘客有水平向右的分加速度，所以受到向前(水平向右)的摩擦力作用，故C错误；由于乘客加速度沿斜面向上，根据牛顿第二定律得所受合力沿斜面向上，故D错误．B3．[超重、失重的计算](2019·吉林松原高三检测)某人在地面上最多可举起50kg的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g取10m/s2)()A．2m/s2竖直向上B.53m/s2竖直向上C．2m/s2竖直向下D.53m/s2竖直向下由题意可知，人的最大举力为Fm＝mg＝500N，在电梯中人能举起60kg物体，物体一定处于失重状态，对60kg的物体，有m′g－Fm＝m′a，即a＝600－50060m/s2＝53m/s2，所以选项D正确．D考点二动力学中整体法与隔离法的应用自主学习型整体法与隔离法的应用适用条件注意事项优点整体法系统内各物体保持相对静止，即各物体具有相同的加速度只分析系统外力，不分析系统内各物体间的相互作用力便于求解系统受到的外力适用条件注意事项优点隔离法(1)系统内各物体加速度不相同(2)要求计算系统内物体间的相互作用力(1)求系统内各物体间的相互作用力时，可先用整体法，再用隔离法(2)加速度大小相同，方向不同的连接体，应采用隔离法分析便于求解系统内各物体间的相互作用力1．[隔离法的应用](多选)在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩连接好的车厢．当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时，连接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着车厢以大小为23a的加速度向西行驶时，P和Q间的拉力大小仍为F.不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为()A．8B．10C．15D．18设挂钩P、Q西边有n节车厢，每节车厢的质量为m，则挂钩P、Q西边车厢的质量为nm，以西边这些车厢为研究对象，有F＝nma①P、Q东边有k节车厢，以东边这些车厢为研究对象，有F＝km·23a②联立①②得3n＝2k，总车厢数为N＝n＋k，由此式可知n只能取偶数，当n＝2时，k＝3，总节数为N＝5当n＝4时，k＝6，总节数为N＝10当n＝6时，k＝9，总节数为N＝15当n＝8时，k＝12，总节数为N＝20，故选项B、C正确．BC2．[先整体后隔离法的应用](多选)(2019·山西省晋城联考)如图所示，质量不等的木块A和B的质量分别为m1和m2，置于光滑的水平面上，当水平力F作用于左端A上，两物体一起做匀加速运动时，A、B间作用力大小为F1.当水平力F作用于右端B上，两物体一起做匀加速运动时，A、B间作用力大小为F2，则()A．在两次作用过程中，物体的加速度的大小相等B．在两次作用过程中，F1＋F2＜FC．在两次作用过程中，F1＋F2＝FD．在两次作用过程中，F1F2＝m1m2对整体分析，整体的加速度都为a＝Fm1＋m2，故A正确．隔离分析，第一种情况，A对B的作用力F1＝m2a＝m2Fm1＋m2，第二种情况，B对A的作用力F2＝m1a＝m1Fm1＋m2，F1＋F2＝F，故B错误，C正确．由以上分析可知F1F2＝m2m1，故D错误．AC3．[先隔离后整体法的应用]如图所示，质量为M的斜面A置于粗糙水平地面上，动摩擦因数为μ，物体B与斜面间无摩擦．在水平向左的推力F作用下，A与B一起做匀加速直线运动，两者无相对滑动．已知斜面的倾角为θ，物体B的质量为m，则它们的加速度a及推力F的大小为()A．a＝gsinθ，F＝(M＋m)g(μ＋sinθ)B．a＝gcosθ，F＝(M＋m)gcosθC．a＝gtanθ，F＝(M＋m)g(μ＋tanθ)D．a＝gcosθ，F＝μ(M＋m)gB向左做匀加速运动，合力水平向左，对B进行受力分析，根据牛顿第二定律求解加速度，再对AB整体运用牛顿第二定律即可求解F.对B进行受力分析，根据牛顿第二定律得a＝F合m＝gtanθ，对AB整体进行受力分析得F－μ(M＋m)g＝(M＋m)a，解得F＝(M＋m)g(μ＋tanθ)，故选项C正确．C[方法总结]相同加速度连接体的处理方法1．处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的思路是先用整体法求加速度，再用隔离法求物体间的作用力．2．隔离法分析物体间的作用力时，一般应选受力个数较少的物体进行分析．考点三动力学中的图象问题师生互动型1．常见的动力学图象v­t图象、a­t图象、F­t图象、F­a图象、、F­x图象等．2．图象类问题的实质是力与运动的关系问题，以牛顿第二定律F＝ma为纽带，理解图象的种类及图象的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义．运用图象解决问题一般包括两个角度：(1)用给定图象解答问题，要掌握物理图象所反映的物理过程，会分析临界点．(2)根据题意作图，用图象解答问题．在实际的应用中要建立物理情景与函数、图象的相互转换关系．[典例](多选)如图甲，一物块在t＝0时刻滑上一固定斜面，其运动的vt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()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[思路点拨]解此题关键是将物块沿斜面的运动和图象提供的信息相对应，并分段研究．[解析]设物块的质量为m、斜面的倾角为θ，物块与斜面间的动摩擦因数为μ，物块沿斜面上滑和下滑时的加速度大小分别为a1和a2，根据牛顿第二定律有mgsinθ＋μmg·cosθ＝ma1，mgsinθ－μmgcosθ＝ma2.再结合vt图线斜率的物理意义有a1＝v0t1，a2＝v1t1.由上述四式可见，无法求出m，可以求出θ、μ，故B错误，A、C均正确.0～t1时间内的vt图线与横轴包围的面积大小等于物块沿斜面上滑的最大距离，θ已求出，故可以求出物块上滑的最大高度，故D正确．[答案]ACD[规律总结]解决图象信息题要抓住两要点(1)读图，要抓住图象的起点、斜率、截距、折点及面积对应的物理意义．(2)建关系，要明确物体运动满足的物理规律和图象函数的相对应关系．1．[由题目条件确定物理量的变化](2018·高考全国卷Ⅰ)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()由牛顿运动定律，F－mg＋F弹＝ma，F弹＝k(x0－x)，kx0＝mg，联立解得F＝ma＋kx，对比题给的四个图象，可能正确的是A.A2．[由图象分析物体的运动](2019·青海西宁二十一中高三月考)质量为2kg的物体静止在足够大的水平面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力和滑动摩擦力大小视为相等．从t＝0时刻开始，物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F的作用，F随时间t的变化规律如图所示．取重力加速度g＝10m/s2，则物体在t＝0到t＝6s这段时间内的位移大小为()A．4mB．8mC．10mD．12m最大静摩擦力Ff＝μmg＝0.2×20N＝4N，当拉力大于最大静摩擦力时，物体才会由静止开始运动，所以在t＝2s时才开始运动；2～4s时F＞Ff，物体由静止开始做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得加速度为a＝F－Ffm＝6－42m/s2＝1m/s2，位移为x1＝12at2＝12×1×4m＝2m,4s末的速度为v＝at＝1×2m/s＝2m/s,4～6s时根据牛顿第二定律可得加速度为a1＝F－Ffm＝2－42m/s2＝－1m/s2，位移为x2＝vt＋12a1t2＝(2×2－12×1×4)m＝2m，则物体的总位移是x＝x1＋x2＝(2＋2)m＝4m，故A正确，B、C、D错误．A3．[由图象分析物体的受力](多选)(2019·安徽高三联合质检)如图甲所示，物体最初静止在倾角θ＝30°的足够长斜面上，受到平行斜面向下的力F的作用，力F随时间变化的图象如图乙所示，开始运动2s后物体以2m/s的速度匀速运动，下列说法正确的是(g取10m