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文檔簡(jiǎn)介
第三章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系:牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用講義
【核心要求】
1、知道動(dòng)力學(xué)的兩類基本問(wèn)題,會(huì)運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求相關(guān)問(wèn)題。
2、能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象,解決有關(guān)問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)超重和失
重現(xiàn)象。
【核心素養(yǎng)】
1、應(yīng)用牛頓第二定律對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析、推理和判斷。
2、超重、失重、完全失重的概念、條件。
【基礎(chǔ)知識(shí)歸納】
一、兩類動(dòng)力學(xué)問(wèn)題
1、動(dòng)力學(xué)的兩類基本問(wèn)題:
第一類:已知受力情況求物體的運(yùn)動(dòng)情況。
第二類:已知運(yùn)動(dòng)情況求物體的受力情況。
2、解決兩類基本問(wèn)題的方法:以加速度為“橋梁”,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律列方程求解。
二、超重
1、定義:物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況。
2、產(chǎn)生條件:物體具有向上的加速度。
3、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征:向上加速或向下減速等。
三、失重
1、定義:物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況。
2、產(chǎn)生條件:物體具有向下的加速度。
3、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征:向上減速或向下加速等。
四、完全失重
1、定義:物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ榱愕那闆r稱為完全失重現(xiàn)象。
2、產(chǎn)生條件:物體的加速度a=g,方向豎直向下。
3、作用效果特征:與重力有關(guān)的現(xiàn)象消失了。
【核心規(guī)律】
一、動(dòng)力學(xué)中三個(gè)決定關(guān)系:
1、力與物體的質(zhì)量決定加速度。
2、加速度與時(shí)間決定速度變化量。
3、速度方向與加速度方向(或合力方向)決定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。
二、兩類動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的解題步驟:
1、明確研究對(duì)象:根據(jù)問(wèn)題的需要和解題的方便,選出被研究的物體,研究對(duì)象可以是某個(gè)
物體,也可以是幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)。
2、受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析:畫好受力示意圖,運(yùn)動(dòng)情況圖,明確物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過(guò)
程。
3、確定合外力:若物體只受兩個(gè)共點(diǎn)力作用,通常用合成法;若物體受到三個(gè)及以上不在同
一直線上的力,一般用正交分解法,通常以加速度方向?yàn)槟骋蛔鴺?biāo)軸的正方向。
4、列方程求解:根據(jù)牛頓第二定律F合=,"?;虻?,"處.、Fy=may,列方程求解,必要時(shí)還要對(duì)
結(jié)果進(jìn)行討論。
三、運(yùn)動(dòng)學(xué)圖像問(wèn)題:
1、常見的圖象:丫-/圖象,/圖象,尸-,圖象,F(xiàn)-s圖象,〃圖象等。
2、圖象的應(yīng)用:
(1)已知物體在一過(guò)程中所受的某個(gè)力隨時(shí)間變化的圖線,分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。
(2)已知物體在一運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度、加速度隨時(shí)間變化的圖線,分析物體的受力情況。
(3)通過(guò)圖象對(duì)物體的受力與運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。
3、解題策略:
(1)弄清圖象斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義。
(2)應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程式,進(jìn)而明確“圖象與公式”“圖象與情境”間的
關(guān)系,以便對(duì)有關(guān)物理問(wèn)題做出準(zhǔn)確判斷。
四、動(dòng)力學(xué)的瞬時(shí)性問(wèn)題:
1、常涉及的兩種模型:
(1)不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力
剛性繩(或剛性接觸面)(2)剪斷后,彈力立即消失,瞬間形變即恢復(fù)
(3)細(xì)繩和輕桿都按此類處理
(1)發(fā)生明顯形變才能產(chǎn)生彈力
彈簧(或橡皮繩)
(2)瞬時(shí)問(wèn)題中,彈力不變,形變恢復(fù)需較長(zhǎng)時(shí)間
2、處理瞬時(shí)性問(wèn)題的思路:
(1)分析突變前物體的受力情況。
(2)分析在突變后瞬間物體的受力情況。
(3)根據(jù)牛頓第二定律分析瞬間加速度,并討論其合理性。
五、判斷超重、失重的方法
1、受力分析法:當(dāng)物體受到向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí),物體處于超重狀態(tài);小于重
力時(shí)處于失重狀態(tài);等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)。
2、加速度分析法:當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí),處于超重狀態(tài);具有向下的加速度時(shí)處于失
重狀態(tài);向下的加速度等于重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)。
3、速度變化分析法:物體向上加速或向下減速時(shí)超重;物體向下加速或向上減速時(shí),失重。
【典型例題】
典例1.如圖所示,一輛貨車運(yùn)載著相同大小的光滑的圓柱形空油桶,在車廂底,一層油桶
平整排列,相互緊貼并被牢牢固定,上一層只有一只油桶C,自由地?cái)[放在48之間,和
貨車一起保持靜止。重力加速度為g,當(dāng)C與車共同向左加速時(shí)()
A.A對(duì)C的支持力增大
B.B對(duì)C的支持力不變
C.當(dāng)向左的加速度大小達(dá)到且g時(shí),C將脫離4
3
D.當(dāng)向左的加速度大小達(dá)到走g時(shí),C將脫離A
2
答案:C
解析:本題考查受力分析,牛頓運(yùn)動(dòng)定律。如圖所示,對(duì)C進(jìn)行受力分析,由幾何關(guān)系可
知,AB對(duì)C的支持力與豎直方向夾角均為30。,原來(lái)C處于靜止?fàn)顟B(tài),根據(jù)平衡條件可
得穌Bsin30=心從sin30,,心"cos30、+穌八cos30c=mg,即1m/s?4aK7m/s?,故。的加
速度大小為a,根據(jù)牛頓第二定律有&sin300-&sin300=3,
僅“COS300+&3COS30'=mg,可見A對(duì)C的支持力減小、B對(duì)C的支持力增大,A、B錯(cuò)
誤;當(dāng)A對(duì)C的支持力為零時(shí),根據(jù)牛頓第二定律可得利gtan30。=%",解得a=3g,C
3
正確,D錯(cuò)誤。
典例2.游樂(lè)園中,游客乘坐能加速或減速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī),可以體會(huì)超重與失重的感覺(jué)。下
列描述正確的是()
A.當(dāng)升降機(jī)加速上升時(shí),游客處于失重狀態(tài)
B.當(dāng)升降機(jī)減速下降時(shí),游客處于失重狀態(tài)
C.當(dāng)升降機(jī)減速上升時(shí),游客處于失重狀態(tài)
D.當(dāng)升降機(jī)加速下降時(shí),游客處于超重狀態(tài)
答案:C
解析:本題以游樂(lè)園的升降機(jī)為實(shí)際情境考查牛頓第二定律的應(yīng)用、超重和失重。當(dāng)升降機(jī)
加速上升時(shí),游客有向上的加速度,是由重力與升降機(jī)對(duì)游客支持力的合力提供的,此時(shí)升
降機(jī)對(duì)游客的支持力大于游客的重力,所以游客處于超重狀態(tài),A錯(cuò)誤;當(dāng)升降機(jī)減速下降
時(shí),游客具有向上的加速度,同理此時(shí)游客也處于超重狀態(tài),B錯(cuò)誤;當(dāng)升降機(jī)減速上升時(shí),
游客具有向下的加速度,是由重力與升降機(jī)對(duì)游客支持力的合力提供的,所以升降機(jī)對(duì)游客
的支持力小于游客的重力,此時(shí)游客處于失重狀態(tài),C正確;當(dāng)升降機(jī)加速下降時(shí),游客具
有向下的加速度,同理可得此時(shí)游客處于失重狀態(tài),D錯(cuò)誤。
典例3.如圖所示為水平勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送帶,一個(gè)物塊以某一速度從左邊沖上傳送帶,則小
物塊運(yùn)動(dòng)的VV圖像不可能是()
7
解析:本題通過(guò)傳送帶考查牛頓第二定律的應(yīng)用利圖像問(wèn)題。如果物塊初速度比傳送帶速度
小,物塊將一直加速,或先加速后勻速,故A正確;如果物塊初速度與傳送帶速度相等,
物塊一直做勻速直線運(yùn)動(dòng),故B正確;如果物塊的初速度大于傳送帶的速度,物塊可以一
直減速,也可以到達(dá)B點(diǎn)前和傳送帶共速,之后一起勻速運(yùn)動(dòng),但是速度不能減到零,故C
正確,D錯(cuò)誤。本題選擇不可能的,故選D。
典例4.如圖所示,纜車用鋼索懸掛著,處于靜止?fàn)顟B(tài),其底板上放置一小物塊,物塊與纜
車左側(cè)壁用水平輕彈簧連接起來(lái),彈簧處于拉伸狀態(tài),物塊恰好不會(huì)相對(duì)底板滑動(dòng)。已知纜
車質(zhì)量遠(yuǎn)大于物塊質(zhì)量,物塊與纜車底板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為“,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,
不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,則鋼索斷開瞬間()
A.物塊受4個(gè)力作用B.物塊受2個(gè)力作用
C.物塊的加速度大小為gD.物塊的加速度大小為純
答案:B
解析:本題考查牛頓第二定律、摩擦力產(chǎn)生的條件。鋼索斷開前,物塊與底板間的摩擦力為
最大靜摩擦力。鋼索斷開瞬間,底板、物塊均處于完全失重狀態(tài),物塊對(duì)底板的壓力為零,
不滿足摩擦力產(chǎn)生的條件,故此時(shí)物塊與底板間的摩擦力為零,物塊只受重力和彈簧的拉力
2個(gè)力的作用,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;鋼索斷開瞬間,物塊在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng),
其豎直方向的加速度大小為g,其在水平方向的加速度大小為〃g,故物塊的加速度大小
a-y]\+p2gc,D錯(cuò)誤。
典例5.如圖所示,在光滑水平桌面上有一質(zhì)量為M的小車A,小車右端有一不可伸長(zhǎng)的細(xì)
線通過(guò)光滑的小滑輪與一質(zhì)量為〃,的物塊8相連。在小車向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,其加速度為4,
細(xì)線中的張力為不,若將物塊B取下,換成尸的力豎直向下拉細(xì)線,此時(shí)小車的加速
度為%,細(xì)線中的張力為石。下列判斷正確的是()
BU
A.=a2,Tt=T2B.q=%,7;<qC.a,<a2,T,=T2D,a,<a2,7;<T2
答案:D
解析:本題借助連接體問(wèn)
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