第三節(jié)牛頓運動定律的綜合應(yīng)用

第三節(jié)牛頓運動定律的綜合應(yīng)用第一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一基礎(chǔ)梳理自學(xué)導(dǎo)引一、超重和失重1．超重(1)物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸線的拉力)______

物體所受重力的情況稱為超重現(xiàn)象．大于第二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一(2)產(chǎn)生條件:物體具有______的加速度2．失重(1)物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸線的拉力)_______

物體所受重力的情況稱為失重現(xiàn)象．向上小于第三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一(2)產(chǎn)生條件:物體具有______的加速度3．完全失重物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)_______

的情況稱為完全失重現(xiàn)象．向下為零第四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一4．視重當(dāng)物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為視重．視重大小等于秤所受的拉力或壓力．第五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一名師點撥：(1)物體超重或失重時，所受重力并沒有變化．(2)物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài),與物體的速度沒有關(guān)系．第六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一二、整體法與隔離法1．整體法當(dāng)系統(tǒng)中各物體的_________相同時，我們可以把系統(tǒng)內(nèi)的所有物體看成一個整體，加速度第七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一這個整體的質(zhì)量等于各物體的__________，當(dāng)整體受到的外力已知時，可用______________求出整體的加速度．質(zhì)量之和牛頓第二定律第八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一2．隔離法從研究的方便出發(fā)，當(dāng)求解系統(tǒng)內(nèi)物體間_______________時，常把物體從系統(tǒng)中“_________”出來,進行分析,依據(jù)牛頓第二定律列方程．相互作用力隔離第九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一3．外力和內(nèi)力如果以物體系統(tǒng)為研究對象，受到系統(tǒng)之外的物體的作用力，這些力是該系統(tǒng)受到的_______，而系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力為________．外力內(nèi)力第十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一應(yīng)用牛頓第二定律列方程時不考慮內(nèi)力．如果把某物體隔離出來作為研究對象，則_______將轉(zhuǎn)換為隔離體的_________．內(nèi)力外力第十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一要點透析直擊高考一、對超重和失重的理解1．在地球表面附近，無論物體處于什么狀態(tài)，其本身的重力G＝mg始終不變．超重時，物體所受的拉力(或支持力)與重力的合力方向向上，則測力計第十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一的示數(shù)大于物體的重力;失重時,物體所受的拉力(或支持力)與重力的合力方向向下,使得測力計的示數(shù)小于物體的重力.可見,在失重、超重現(xiàn)象中,物體所受的重力始終不變,只是測力計的示數(shù)(又稱視重)發(fā)生了變化,好像物體的重力有所增大或減小第十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一2．當(dāng)物體處于超重和失重狀態(tài)時,物體受到的重力并沒有變化．所謂“超”和“失”，是指視重，“超”和“失”的大小取決于物體的質(zhì)量和物體在豎直方向的加速度．第十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一3．物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài),不在于物體向上運動還是向下運動,而是取決于加速度方向是向上還是向下.4．完全失重狀態(tài)不僅僅只限于自由落體運動，只要物體具有豎直向下的、第十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一大小等于g的加速度就處于完全失重狀態(tài)．例如：不計空氣阻力的各種拋體運動，環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星等，都處于完全失重狀態(tài)．在完全失重狀態(tài)下，由于重力產(chǎn)生的第十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一一切現(xiàn)象都不存在了．例如，物體對水平支持面沒有壓力，對豎直懸線沒有拉力，不能用天平測物體的質(zhì)量，液柱不產(chǎn)生壓強，在液體中的物體不受浮力等等第十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一特別提醒：(1)由物體處于失重或超重狀態(tài),可判斷加速度的方向為向下或向上,但并不能確定物體的速度方向.(2)當(dāng)物體出現(xiàn)超重或失重時，物體的加速度不一定沿豎直方向，但加速度一定有豎直方向的分量.第十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一(3)如果系統(tǒng)內(nèi)有的物體向上加速，有的物體向下加速，此時可考慮整體質(zhì)心加速度的方向，來判斷系統(tǒng)是處于失重還是超重.第十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一即時應(yīng)用1．(創(chuàng)新題)蹦極是一種極限體育項目,可以鍛煉人的膽量和意志.運動員從高處跳下，彈性繩被拉伸前做自由落體運動，彈性繩被拉展后在彈性繩第二十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一的緩沖作用下，運動員下落一定高度后速度減為零．在下降的全過程中，下列說法正確的是(

)

A．彈性繩拉展前運動員處于失重狀態(tài),彈性繩拉展后運動員處于超重狀態(tài)第二十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一B．彈性繩拉展后運動員先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀態(tài)C．彈性繩拉展后，運動員運動的加速度先增大后減小D．彈性繩拉展后，運動員運動的加速度先減小后增大第二十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一解析：選BD.彈性繩拉展前運動員做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài)．彈性繩拉展后的初始階段，重力仍大于繩上的拉力，合力仍向下，但逐漸減小，運動員還是處于失重狀態(tài)；第二十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一當(dāng)繩上拉力大于重力后，合力逐漸增大，但方向是豎直向上，這時運動員處于超重狀態(tài)．綜上可知，B、D選項正確．第二十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一二、整體法與隔離法選取的原則系統(tǒng)問題是指在外力作用下幾個物體連在一起運動的問題，系統(tǒng)內(nèi)物體的加速度可以相同，也可以不相同，對該類問題處理方法如下：第二十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一1．隔離法的選取(1)適用情況:若系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度不相同,且需要求物體之間的作用力．(2)處理方法：把物體從系統(tǒng)中隔離出來，將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，分析物體的受力情況和運動情況，并分別應(yīng)用牛第二十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一頓第二定律列方程求解，隔離法是受力分析的基礎(chǔ)，應(yīng)重點掌握．2．整體法的選取(1)適用情況：若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力．第二十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一(2)處理方法：把系統(tǒng)內(nèi)各物體看成一個整體(當(dāng)成一個質(zhì)點)來分析整體受到的外力，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量)．3．整體法、隔離法交替運用原則：若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度，第二十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一且要求物體之間的作用力時，可以先用整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對象，應(yīng)用牛頓第二定律求作用力.即“先整體求加速度,后隔離求內(nèi)力”．第二十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一特別提醒：運用整體法分析問題時，系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度的大小和方向均應(yīng)相同，如果系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度僅大小相同，如通過滑輪連接的物體，應(yīng)采用隔離法求解.第三十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一即時應(yīng)用(2012·黑龍江適應(yīng)性測試)如圖3－3－1所示,一個箱子中放有一物體,已知靜止時物體對下底面的壓力等于物體的重力,且物體與箱子上表面剛好接觸．第三十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一現(xiàn)將箱子以初速度v0豎直向上拋出,已知箱子所受空氣阻力與箱子運動的速率成正比,且箱子運動過程中始終保持圖示姿態(tài)Л則下列說法正確的是(

)第三十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一圖3－3－1A．上升過程中，物體對箱子的下底面有壓力，且壓力越來越小第三十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一B．上升過程中，物體對箱子的上底面有壓力，且壓力越來越大C．下降過程中，物體對箱子的下底面有壓力，且壓力可能越來越大D．下降過程中，物體對箱子的上底面有壓力，且壓力可能越來越小第三十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一第三十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一第三十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一因a>g所以物體受到箱子上底向下的彈力FN，由牛頓第二定律可知，mg＋FN＝ma，則FN＝ma－mg，而a減小，則FN減小，所以上升過程中物體對箱子上底面有壓力且壓力越來越小；同理，當(dāng)箱子和物體下降時，第三十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一物體對箱子下底面有壓力且壓力越來越大．故本題選C.第三十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一題型探究講練互動

(2012·北京市西城區(qū)高三期末)一人站在電梯中的體重計上，隨電梯一起運動．下列各種情況中，體重計的示數(shù)最大的是(

)超、失重現(xiàn)象的分析例1第三十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一A．電梯勻減速上升，加速度的大小為1.0m/s2B．電梯勻加速上升，加速度的大小為1.0m/s2第四十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一C．電梯勻減速下降，加速度的大小為0.5m/s2D．電梯勻加速下降，加速度的大小為0.5m/s2第四十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一【解析】人處于超重狀態(tài)時,體重計的示數(shù)大于人的重力;人處于失重狀態(tài)時,體重計的示數(shù)小于人的重力л電梯加速上升或減速下降時人處于超重狀態(tài),體重計的示數(shù)F＝mg＋maр可見,超重時加速度越大體重計的示數(shù)越大,選B.【答案】

B第四十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一【名師點評】物體超重與失重取決于物體的加速度方向，與速度方向無關(guān)，此類問題從牛頓第二運動定律入手求解．第四十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一變式訓(xùn)練1 (創(chuàng)新題)一中學(xué)生為“神舟八號”飛船設(shè)計了一個可測定豎直方向加速度的裝置,其原理可簡化為如圖3－3－2所示,拴在豎直彈簧上的重物與滑動變阻器的滑動頭連接，該裝置在地面上靜止時其電壓表的指針指在第四十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一表盤中央的零刻度處，在零刻度的兩側(cè)分別標(biāo)上對應(yīng)的正、負加速度值，當(dāng)加速度方向豎直向上時電壓表的示數(shù)為正．這個裝置在“神舟八號”飛船發(fā)射、運行和回收過程中，下列說法正確的是(

)第四十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一圖3－3－2第四十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一A．飛船在豎直減速上升的過程中,處于失重狀態(tài)，電壓表的示數(shù)為負B．飛船在豎直減速返回地面的過程中,處于超重狀態(tài),電壓表的示數(shù)為正第四十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一C．飛船在圓軌道上運行時，電壓表的示數(shù)為零D．飛船在圓軌道上運行時，電壓表的示數(shù)為負第四十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一解析：選ABD.初始條件為裝置在地面上靜止時，電壓表的指針指在表盤中央的零刻度處．當(dāng)加速度方向豎直向上時，即物塊要繼續(xù)向下壓縮彈簧，則電壓表上端為低電勢，下端為高電勢時，電壓表的示數(shù)為正．飛船在豎第四十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一直減速上升的過程中，處于失重狀態(tài),彈簧相對于初始條件要上升,電壓表上端為高電勢,下端為低電勢,電壓表的示數(shù)為負，A正確；飛船在豎直減速返回地面的過程中，處于超重狀態(tài)，彈簧相對于初始條件要下降，第五十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一電壓表上端為低電勢,下端為高電勢，電壓表的示數(shù)為正,B正確；飛船在圓軌道上運行時，處于完全失重狀態(tài),彈簧相對于初始條件要上升，電壓表上端為高電勢，下端為低電勢，電壓表的示數(shù)為負，C錯誤，D正確．本題正確選項為ABD.第五十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一

如圖3－3－3所示,質(zhì)量為M的木板可沿傾角為θ的光滑斜面下滑,木板上站著一個質(zhì)量為m的人，連接體的求解方法例2第五十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一圖3－3－3第五十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一問：(1)為了保持木板與斜面相對靜止，計算人運動的加速度？(2)為了保持人與斜面相對靜止，木板運動的加速度是多少？第五十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一【解析】

(1)為了使木板與斜面保持相對靜止,必須滿足木板在斜面上的合力為零，所以人施于木板的摩擦力Ff應(yīng)沿斜面向上,故人應(yīng)加速向下跑．現(xiàn)分別對人和木板應(yīng)用牛頓第二定律：第五十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一對木板受力分析如圖3－3－4所示：圖3－3－4第五十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一沿斜面方向有：Mgsinθ－Ff＝0對人受力分析如圖3－3－5所示：圖3－3－5第五十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一(2)為了使人與斜面保持相對靜止,必須滿足人在木板上所受合力為零,所以木第五十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一板施于人的摩擦力應(yīng)沿斜面向上，故人相對木板向上跑，木板相對斜面向下滑，但人相對斜面靜止不動．現(xiàn)分別對人和木板應(yīng)用牛頓第二定律，設(shè)木板對斜面的加速度為a木，第五十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一第六十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一即人相對木板向上加速跑動，而木板沿斜面向下滑動，此時人相對斜面靜止不動．【答案】見解析第六十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一【規(guī)律總結(jié)】加速度相同的連接體問題，即可以用隔離法也可以用整體法解決；加速度不同的連接體問題只能用隔離法來研究．第六十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一變式訓(xùn)練2

(創(chuàng)新題)如圖3－3－6甲所示，小車上固定著硬質(zhì)支架，桿的端點固定著一個質(zhì)量為m的小球．桿對小球的作用力的變化如圖乙所示，則關(guān)于小車的運動，下列說法中正確的是(桿對小球的作用力由F1變化至F4)(

)第六十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一圖3－3－6第六十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一A．小車可能向左做加速度增大的運動B．小車由靜止開始向右做勻加速運動C．小車的速度越來越大D．小車的加速度越來越小第六十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一解析：選A.據(jù)題圖知向右水平分力變大，向右加速度變大，做非勻變速運動，要是向左運動，則是減速．第六十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一

(滿分樣板13分)一個彈簧測力計放在水平地面上，Q為與輕彈簧上端連在一起的秤盤，P為一重物，已知P的質(zhì)量M＝10.5kg，Q的質(zhì)量m＝1.5kg，彈簧的質(zhì)量不計，動力學(xué)中的臨界問題分析例3第六十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一勁度系數(shù)k＝800N/m,系統(tǒng)處于靜止.如圖3－3－7所示，現(xiàn)給P施加一個方向豎直向上的力F，使它從靜止開始向上做勻加速運動，已知在前0.2s內(nèi)，F(xiàn)為變力，0.2s以后，F(xiàn)為恒力．求力F的最大值與最小值．(取g＝10m/s2)第六十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一圖3－3－7第六十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一【思路點撥】

在0.2s內(nèi)F為變力，但物體又做勻變速直線運動，即合力不變，而0.2s后F為恒力，說明物體與彈簧分離．(1)P做勻加速運動，它受到的合外力一定是恒力．P受到的外力共有3個：第七十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一重力、向上的力F及Q對P的支持力FN,其中重力Mg為恒力，F(xiàn)N為變力．題目中“0.2s以后，F(xiàn)為恒力”，說明t＝0.2s的時刻，正是P與Q開始脫離接觸的時刻，即臨界點．第七十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期一(2)t＝0.2s的時刻，是Q對P的作用力FN恰好減為零的時刻，此時刻P與Q具有相同的速度及加速度.因此，此時刻彈簧并未恢復(fù)原長.(3)當(dāng)t＝0的時刻，應(yīng)是力F最小的時刻,此