2020届高三物理一轮 专题09 牛顿运动定律的应用精品学案 新课标

2020届高三物理一轮 专题09 牛顿运动定律的应用精品学案 新课标

‎2020届高三新课标物理一轮原创精品学案 专题09 牛顿运动定律的应用 ‎ 课时安排：2课时 教学目标：1．掌握运用牛顿定律解决动力学两类基本问题的方法和技巧 ‎2．学会用整体法、隔离法进行受力分析，并熟练应用牛顿定律求解 ‎3．理解超重、失重的概念，并能解决有关的问题 本讲重点：1．牛顿运动定律在解决动力学基本问题中的应用 ‎2．整体法、隔离法的应用 本讲难点：超重、失重的概念 考点点拨：1．动力学的两类基本问题 ‎2．整体法与隔离法解决简单的连接体问题 ‎3．超重、失重问题的分析求解 ‎4．动力学与运动学中的图象问题 ‎5．相互接触的物体分离的条件及应用 第一课时 ‎2．超重 ‎（1）物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力） 大于 物体所受重力的情况称为超重现象。‎ ‎（2）产生超重现象的条件：物体具有 向上 的加速度。与物体速度的大小和方向无关。‎ ‎（3）产生超重现象的原因：当物体具有向上的加速度a（向上加速运动或向下减速运动）时，支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）为F，由牛顿第二定律得 F－mg＝ma 所以F＝m（g＋a）＞mg 由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）F ′＞mg.‎ 点评：（1）在地球表面附近，无论物体处于什么状态，其本身的重力G＝mg始终不变。超重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力；失重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力.可见，在失重、超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数（又称视重）发生了变化，好像物体的重量有所增大或减小。‎ ‎（2）发生超重和失重现象，只决定于物体在竖直方向上的加速度。物体具有向上的加速度时，处于超重状态；物体具有向下的加速度时，处于失重状态；当物体竖直向下的加速度为重力加速度时，处于完全失重状态.超重、失重与物体的运动方向无关。‎ 二、高考要点精析 ‎（一）动力学两类基本问题 ‎☆考点点拨 不论是已知运动求受力，还是已知受力求运动，做好“两分析”是关键，即受力分析和运动分析。受力分析时画出受力图，运动分析时画出运动草图能起到“事半功倍”的效果。‎ ‎【例1】如图所示，质量m=4kg的物体与地面间的动摩擦因数为μ=0.5，在与水平方向成θ=37°角的恒力F作用下，从静止起向右前进t1=2.0s后撤去F，又经过 t2=4.0s物体刚好停下。求：F的大小、最大速度vm、总位移s。‎ 解析：由运动学知识可知：前后两段匀变速直线运动的加速度a与时间t成反比，而第二段中μmg=ma2，加速度a2=μg=5m/s2，所以第一段中的加速度一定是a1=10m/s2。再由方程可求得：F=54.5N 第一段的末速度和第二段的初速度相等都是最大速度，可以按第二段求得：‎ vm=a2t2=20m/s 又由于两段的平均速度和全过程的平均速度相等，所以有 m 点评：需要引起注意的是：在撤去拉力F前后，物体受的摩擦力发生了改变。‎ 可见，在动力学问题中应用牛顿第二定律，正确的受力分析和运动分析是解题的关键，求解加速度是解决问题的纽带，要牢牢地把握住这一解题的基本方法和基本思路。‎ A B a ‎【例2】一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合，如图。已知盘与桌布间的动摩擦因数为，盘与桌面间的动摩擦因数为。现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？（以g表示重力加速度）‎ ‎☆考点精炼 ‎1．质量的物块（可视为质点）在水平恒力F作用下，从水平面上A点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行停在B点，已知A、B两点间的距离，物块与水平面间的动摩擦因数，求恒力F多大。（）‎ ‎2．一水平的浅色长传送带上放置一煤块（可视为质点），煤块与传送带之间的动摩擦因数为。初始时，传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a0开始运动,当其速度达到v0后,便以此速度做匀速运动。经过一段时间，煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。‎ ‎（二）整体法、隔离法解决简单的连接体问题 ‎☆考点点拨 对于有共同加速度的连接体问题，一般先用整体法由牛顿第二定律求出加速度，再根据题目要求，将其中的某个物体进行隔离分析和求解。‎ 由整体法求解加速度时，F=ma，要注意质量m与研究对象对应。‎ ‎【例3】如图所示，两个用轻线相连的位于光滑水平面上的物块，质量分别为m1和m2，拉力F1和F2方向相反，与轻线沿同一水平直线，且F1>F2。试求在两个物块运动过程中轻线的拉力T。‎ 解析： 设两物块一起运动的加速度为a，则有 ‎ F1－F2=（m1+m2）a ①‎ 根据牛顿第二定律，对质量为m1的物块有 ‎ F1－T=m1a ②‎ 由①、②两式得 ③‎ 第二课时 ‎（三）超重、失重问题的分析求解 ‎☆考点点拨 发生超重和失重现象，只决定于物体在竖直方向上的加速度。物体具有向上的加速度时，处于超重状态；物体具有向下的加速度时，处于失重状态；当物体竖直向下的加速度为重力加速度时，处于完全失重状态。超重、失重与物体的运动方向无关。‎ ‎【例4】下列哪个说法是正确的？ （ ）‎ A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 解析 当物体有向上的加速度时处于超重状态，有向下的加速度时处于失重状态，当加速度为零时处于平衡状态。对照四个选项的说法，只有B选项正确。‎ 答案：B ‎☆考点精炼 ‎5．某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则下列说法正确的是 （ ）‎ A．易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快 B．易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快 C．易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变 D．易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出 ‎（四）动力学与运动学中的图象问题 ‎☆考点精炼 ‎6．从同一地点同时开始沿同一方向做直线运动的两个物体Ⅰ、Ⅱ的速度图象如图所示。在0～t0时间内，下列说法中正确的是 （ ）‎ Ⅰ Ⅱ t t0‎ O v v2‎ v1‎ A．Ⅰ、Ⅱ两个物体所受的合外力都在不断减小 B．Ⅰ物体所受的合外力不断增大，Ⅱ物体所受的合外力不断减小 C．Ⅰ物体的位移不断增大，Ⅱ物体的位移不断减小 D．Ⅰ、Ⅱ两个物体的平均速度大小都是 ‎（五）相互接触的物体分离的条件及应用 ‎☆考点点拨 相互接触的物体间可能存在弹力作用。对于两接触的物体，刚好要分离时的条件是，弹力恰为零，此时，两物体还有相同速度和加速度。抓住以上特点，就可以顺利求解。‎ ‎【例6】一弹簧秤秤盘的质量M=1.5kg，盘内放一个质量m=10.5kg的物体P，弹簧质量忽略F m k M P 不计，轻弹簧的劲度系数k=800N/m，系统原来处于静止状态，如图所示。现给物体P施加一竖直向上的拉力F，使P由静止开始向上作匀加速直线运动。已知在前0.2s时间内F是变力，在0.2s以后是恒力。求力F的最小值和最大值各多大？取g=10m/s2。 ‎ ‎☆考点精炼 ‎7．如图所示，在倾角为的光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连接的物块A、B，它们的质量分别为mA、mB，弹簧的劲度系数为k，C为一固定挡板。系统处一静止状态，现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A使之向上运动，求物块B刚要离开C时物块A的加速度a和从开始到此时物块A的位移d，重力加速度为g。‎ 考点精炼参考答案 ‎2.解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律，可得 a=μg 设经历时间t，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，有 v0=a0t v=at 由于a15N时，A、B间一定发生了相对滑动，用质点组牛顿第二定律列方程：，而a A =5m/s2，于是可以得到a B =7.5m/s2‎ ‎8．解法一：（隔离法）‎ 木箱与小球没有共同加速度，所以须用隔离法.‎ 取小球m为研究对象，受重力mg、摩擦力Ff，如图，据牛顿第二定律得：‎ mg-Ff=ma ①‎ 取木箱M为研究对象，受重力Mg、地面支持力FN及小球给予的摩擦力Ff′如图.‎ 据物体平衡条件得：‎ FN -Ff′-Mg=0 ②‎ 且Ff=Ff′ ③‎ 由①②③式得FN=g 由牛顿第三定律知，木箱对地面的压力大小为 FN′=FN =g.‎ 解法二：（整体法）‎ 对于“一动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：‎ ‎（mg+Mg）-FN = ma+M×0‎ 故木箱所受支持力：FN=g，由牛顿第三定律知：‎ 木箱对地面压力FN′=FN=g.‎ ‎11．解：以木块和小球整体为对象，设木块的质量为M，下滑的加速度为a，沿斜面方向，根据牛顿第二定律有：‎ ‎（M＋m）gsin37º－μ（M＋m）gcos37º=（M＋m）a 解得：a=g（sin37º－μcos37º）=2m/s2‎ 以小球B为对象，受重力mg，细线拉力T和MN面对小球沿斜面向上的弹力FN ‎，沿斜面方向，根据牛顿第二定律有：‎ mgsin37º－FN=ma 解得：FN=mgsin37º－ma=6N。‎