【物理】2018届一轮复习苏教版第3章第3节牛顿运动定律的综合应用教案

【物理】2018届一轮复习苏教版第3章第3节牛顿运动定律的综合应用教案

第3节　牛顿运动定律的综合应用 知识点1　超重和失重 ‎1．实重和视重：‎ ‎(1)实重：物体实际所受的重力，与物体的运动状态无关．‎ ‎(2)视重：‎ ‎①当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重．‎ ‎②视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力．‎ ‎2．超重、失重和完全失重比较 超重现象 失重现象 完全失重 概念 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于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)小于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)等于零的现象 产生 条件 物体的加速度方向向上 物体的加速度方向向下 物体的加速度方向向下，大小a＝g F－mg＝ma mg－F＝ma mg－F＝mg 原理 方程 F＝m(g＋a)‎ F＝m(g－a)‎ F＝0‎ 运动 状态 加速上升、‎ 减速下降 加速下降、‎ 减速上升 无阻力的抛体运动情况；绕地球匀速圆周运动的卫星 知识点2　整体法与隔离法 ‎1．整体法 当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体，分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法．‎ ‎2．隔离法 当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中隔离出来，分析其受力和运动情况，再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法．‎ ‎3．外力和内力 如果以物体系统为研究对象，受到系统之外的物体的作用力，这些力是该系统受到的外力，而系统内各物体间的相互作用力为内力．应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力．如果把某物体隔离出来作为研究对象，则原来的内力将转换为隔离体的外力．‎ ‎1．正误判断 ‎(1)超重说明物体的重力增大了．(×)‎ ‎(2)失重说明物体的重力减小了．(×)‎ ‎(3)物体超重时，加速度向上，速度也一定向上．(×)‎ ‎(4)物体失重时，也可能向上运动．(√)‎ ‎(5)应用牛顿运动定律进行整体分析时，可以分析内力．(×)‎ ‎(6)物体完全失重时，说明物体的重力为零．(×)‎ ‎2．(对超重和失重的理解)(2014·北京高考)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出．对此现象分析正确的是(　　)‎ ‎【导学号：96622047】‎ A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态 B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态 C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度 D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度 ‎【答案】　D ‎3．(完全失重状态的应用)‎ 如图331所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是(　　)‎ 图331‎ A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 ‎【答案】　A ‎4．(整体法与隔离法的应用)两个物体A和B，质量分别为m1和m2，互相接触放在光滑水平面上，如图332所示，对物体A施以水平的推力F，则物体A对物体B的作用力等于(　　)‎ ‎【导学号：96622048】‎ 图332‎ A.F　　　　　　 B.F C．F D.F ‎【答案】　B ‎[核心精讲]‎ ‎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，与物体向上运动还是向下运动无关，决定于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的根本依据所在．‎ ‎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．此时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、液体不再产生压强和浮力等．‎ ‎[题组通关]‎ ‎1．为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯．无人乘坐时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转．一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图333所示．下列说法中正确的是(　　)‎ 图333‎ A．顾客始终受到三个力的作用 B．顾客始终处于超重状态 C．顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下 D．顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方，再竖直向下 C　‎ 当扶梯加速向上运动时，顾客受竖直向下的重力、竖直向上的支持力、水平向右的摩擦力三个力作用，且处于超重状态；当顾客匀速上升时，只受重力和支持力两个力作用，且此时不超重，也不失重，顾客对扶梯作用力竖直向下；加速上升过程中，顾客对扶梯作用力是向下的压力和向左的摩擦力的合力，方向斜向左下方，故C正确，A、B、D均错误．‎ ‎2．(2015·重庆高考)若货物随升降机运动的v t图象如图334所示(竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图象可能是(　　)‎ ‎【导学号：96622049】‎ 图334‎ ‎【答案】　B　根据v t图象可知电梯的运动情况：加速下降→匀速下降→减速下降→加速上升→匀速上升→减速上升，根据牛顿第二定律F－mg＝ma可判断支持力F的变化情况：失重→等于重力→超重→超重→等于重力→失重，故选项B正确．‎ ‎[名师微博]‎ 三个技巧：‎ ‎1．物体向上加速或向下减速时，超重．‎ ‎2．物体向下加速或向上减速时，失重．‎ ‎3．物体的加速度如果不沿竖直方向，只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就处于超重或失重状态．‎ ‎[核心精讲]‎ ‎1．方法概述 ‎(1)整体法是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法．‎ ‎(2)隔离法是指从整个系统中隔离出某一部分物体，进行单独研究的方法．‎ ‎2．涉及隔离法与整体法的具体问题类型 ‎(1)涉及滑轮的问题 图335‎ 若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法．例如，如图335所示，绳跨过定滑轮连接的两物体虽然加速度大小相同，但方向不同，故采用隔离法．‎ ‎(2)水平面上的连接体问题 ‎①这类问题一般多是连接体(系统)各物体保持相对静止，即具有相同的加速度．解题时，一般采用先整体、后隔离的方法．‎ ‎②建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度．‎ ‎3．解题思路 ‎(1)分析所研究的问题适合应用整体法还是隔离法．‎ ‎(2)对整体或隔离体进行受力分析，应用牛顿第二定律确定整体或隔离体的加速度．‎ ‎(3)结合运动学方程解答所求解的未知物理量．‎ ‎[师生共研]‎ ‎●考向1　涉及滑轮的连接体问题 ‎　如图336所示的装置叫做阿特伍德机，是阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．绳子两端的物体下落(上升)的加速度总是小于自由落体的加速度g，同自由落体相比，下落相同的高度．所花费的时间要长，这使得实验者有足够的时间从容的观测、研究．已知物体A、B的质量相等均为M，物体C的质量为m，轻绳与轻滑轮间的摩擦不计，绳子不可伸长，如果m＝M，求：‎ 图336‎ ‎(1)物体B从静止开始下落一段距离的时间与其自由落体下落同样的距离所用时间的比值；‎ ‎(2)系统由静止释放后运动过程中物体C对B的拉力大小．‎ ‎【规范解答】　(1)设物体的加速度为a，绳子中的张力为F，对物体A，F－Mg＝Ma，‎ 对BC整体，(M＋m)g－F＝(M＋m)a，‎ 联立解得：a＝g.‎ 将m＝M，代入得a＝.‎ 物体B从静止开始下落一段距离，h＝at2，‎ 自由落体下落同样的距离，h＝gt，‎ 解得＝＝3.‎ 即物体B从静止开始下落一段距离的时间与其自由落体下落同样的距离所用时间的比值为3.‎ ‎(2)设B对C的拉力为T，对物体C，由牛顿运动定律，mg－T＝ma，解得T ‎＝mg－ma＝mg.‎ 由牛顿第三定律，物体C对B的拉力为mg.‎ ‎【答案】　(1)3　(2)mg ‎●考向2　水平方向上运动的连接体问题 ‎　(多选)(2015·全国卷Ⅱ)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a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．8　　　　　　 B．10‎ C．15 D．18‎ BC　设该列车厢与P相连的部分为P部分，与Q相连的部分为Q部分．设该列车厢有n节，Q部分为n1节，每节车厢质量为m，当加速度为a时，对Q有F＝n1ma；当加速度为a时，对P有F＝(n－n1)ma，联立得2n＝5n1.当n1＝2，n1＝4，n1＝6时，n＝5，n＝10，n＝15，由题中选项得该列车厢节数可能为10或15，选项B、C正确．‎ ‎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．‎ ‎[题组通关]‎ ‎3．如图337所示，在建筑工地，工人用两手对称水平使力将两长方体水泥制品夹紧并以加速度a竖直向上匀加速搬起，其中A的质量为m，B的质量为‎3m，水平作用力为F，A、B之间的动摩擦因数为μ，在此过程中，A、B 间的摩擦力为(　　) 【导学号：96622050】‎ 图337‎ A．μF B．2μF C.m(g＋a) D．m(g＋a)‎ D　由于A、B相对静止，故A、B之间的摩擦力为静摩擦力，A、B错误；设工人对A、B在竖直方向上的摩擦力为f，以A、B整体为研究对象可知在竖直方向上有2Ff－(m＋‎3m)g＝(m＋‎3m)a，设B对A的摩擦力方向向下，大小为Ff′，对A由牛顿第二定律有Ff－Ff′－mg＝ma，解得Ff′＝m(g＋a)，D正确，C错误．‎ ‎4．(多选)(2017·苏州模拟)质量分别为M和m的物块形状大小均相同，将它们通过轻绳和光滑定滑轮连接，如图338甲所示，沿斜面方向的绳子在各处均平行于倾角为α的斜面，M恰好能静止在斜面上，不考虑M、m与斜面之间的摩擦．若互换两物块位置，按图乙放置，然后释放M，斜面仍保持静止．则下列说法正确的是(　　)‎ 甲　　　　　　　　　乙 图‎3-3-8‎ A．轻绳的拉力等于Mg B．轻绳的拉力等于mg C．M运动的加速度大小为(1－sin α)g D．M运动的加速度大小为g BC　按题图甲放置时，M静止，则Mgsin α＝mg，按题图乙放置时，由牛顿第二定律得Mg－mgsin α＝(M＋m)a，联立解得a＝(1－sin α)g.对m由牛顿第二定律得T－mgsin α＝ma，解得T＝mg，故A、D错误，B、C正确．‎ ‎[核心精讲]‎ 临界或极值条件的标志 ‎1．有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界点；‎ ‎2．若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态；‎ ‎3．若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点；‎ ‎4．若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度．‎ ‎[师生共研]‎ ‎　(2014·上海高考)如图339，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面，斜面上放一质量为m的光滑球．静止时，箱子顶部与球接触但无压力．箱子由静止开始向右做匀加速运动，然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止，经过的总路程为s，运动过程中的最大速度为v.‎ 图339‎ ‎(1)求箱子加速阶段的加速度大小a′；‎ ‎(2)若a>gtan θ，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力．‎ ‎【合作探讨】‎ ‎(1)若球不受箱子的作用力，箱子减速的加速度a0为多大？‎ 提示：球不受箱子的作用力，只受重力mg和斜面的支持力FN，则有：mg＝FNcos θ，FNsin θ＝ma0，可得：a0＝gtan θ.‎ ‎(2)agtan θ时呢？‎ 提示：agtan θ 时，球受到箱子顶部竖直向下的作用力．‎ ‎【规范解答】　(1)由匀变速直线运动的公式有v2＝‎2a′s1，v2＝2as2，且s1＋s2＝s 解得：a′＝ ‎(2)假设球刚好不受箱子作用，应满足FNsin θ＝ma0，FNcos θ＝mg，解得a0＝gtan θ，箱子减速时加速度水平向左，当a>gtan θ时，‎ 箱子左壁对球的作用力为零，顶部对球的力不为零．‎ 此时球受力如图 由牛顿第二定律得 FN′cos θ＝F＋mg FN′sin θ＝ma 解得F＝m.‎ ‎【答案】　(1) ‎(2)‎0　‎m ‎[题组通关]‎ ‎5．如图3310所示，质量为‎1 kg的木块A与质量为‎2 kg的木块B叠放在水平地面上，A、B间的最大静摩擦力为2 N，B与地面间的动摩擦因数为0.2.用水平力F作用于B，则A、B保持相对静止的条件是(g取‎10 m/s2)(　　) 【导学号：96622051】‎ 图3310‎ A．F≤12 N　　　　　　　 B．F≤10 N C．F≤9 N D．F≤6 N A　当A、B间有最大静摩擦力(2 N)时，对A由牛顿第二定律知，加速度为‎2 m/s2，对A、B整体应用牛顿第二定律有：F－μ(mA＋mB)g＝(mA＋mB)a，解得F＝12 N，A、B保持相对静止的条件是F≤12 N，A正确，B、C、D错误．‎ ‎6．如图3311所示，劲度系数为k的轻质弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上、质量均为m的物体A、B接触(A与B和弹簧均未连接)，弹簧水平且无形变．用水平力F缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止．已知物体A与水平面间的动摩擦因数为μ，物体B与水平面间的摩擦不计．撤去F后，物体A、B开始向左运动，A运动的最大距离为4x0，重力加速度为g.则(　　)‎ 图3311‎ A．撤去F后，物体A和B先做匀加速运动，再做匀减速运动 B．撤去F后，物体刚运动时的加速度大小为μg C．当物体A、B一起开始向左运动距离x0后分离 D．当物体A、B一起开始向左运动距离x＝x0－后分离 D　撤去F后，在物体离开弹簧的过程中，弹簧弹力是变力，物体先做变加速运动，离开弹簧之后A做匀变速运动，故A项错；刚开始时，由kx0－μmg＝2ma可知B项错误；当A、B分离时，加速度为零，速度最大，此时弹簧弹力F弹＝μmg＝kx1，x1＝，所以当物体A、B一起开始向左运动距离x＝x0－后分离，C项错误、D项正确．‎