2020版高考物理一轮复习 第3章 第3节 牛顿运动定律的综合应用课件 新人教版

第三章牛顿运动定律第3节牛顿运动定律的综合应用栏目导航知识点二知识点一010205知识点三03知识点四04知识点一超重和失重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，在地球上的同一位置是的。(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称为视重。②视重大小等于弹簧测力计所受物体的或台秤所受物体的_______。答案压力无关不变示数拉力2．超重、失重和完全失重的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)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)的现象答案等于零大于小于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a＝g原理方程F－mg＝maF＝m(g＋a)mg－F＝maF＝m(g－a)mg－F＝mgF＝0运动状态加速上升或_________加速下降或__________无阻力的抛体运动；绕地球匀速圆周运动答案减速上升向上向下向下减速下降[判断正误](1)失重说明物体的重力减小了。()(2)物体超重时，加速度向上，速度也一定向上。()(3)物体失重时，也可能向上运动。()(4)用弹簧测力计称量浸没在水中的物体时，示数小于实际重力G，这也是失重现象。()××√×考法1超重、失重现象的分析1．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()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解析答案D[手托物体上抛的开始阶段，要使物体加速，则物体处于超重状态，之后手将要离开物体，手和物体一起继续向上运动，但要减速，这时物体处于失重状态。物体离开手的瞬间只受重力作用，物体的加速度等于重力加速度。手和物体分离前速度相等，而手的减速一定要比物体快，才能离开物体，即分离瞬间手的加速度大于重力加速度。]2.(2019·郑州模拟)某跳水运动员在3m长的踏板上起跳，我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态，其中A为无人时踏板静止点，B为人站在踏板上静止时的平衡点，C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点，则下列说法中正确的是()A．人在C点具有最大速度B．人和踏板由C到B的过程中，人向上做匀加速运动C．人和踏板由C到A的过程中，人处于超重状态D．人和踏板由C到A的过程中，先超重后失重解析答案D[由题图可知，C点是最低点，人在C点的速度为零，故A项错误；C到B的过程中，重力不变，弹力一直减小，合力减小，所以加速度减小，不是匀加速运动，故B项错误；人和踏板由C到B的过程中，弹力大于重力，加速度向上，人处于超重状态，从B到A的过程中，重力大于弹力，加速度向下，处于失重状态，故C项错误，D项正确。][考法指导]判断超重和失重现象的技巧1从受力的角度判断：当物体所受向上的拉力或支持力大于重力时，物体处于超重状态；当拉力或支持力小于重力时，物体处于失重状态；当拉力或支持力等于零时，物体处于完全失重状态。2从加速度的角度判断：当物体具有竖直向上的加速度或加速度分量时，物体处于超重状态；当物体具有竖直向下的加速度或加速度分量时，物体处于失重状态；当竖直向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。考法2超重、失重的计算3.如图所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为m总；B为铁块，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于点O。当电磁铁通电时，铁块被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为()A．F＝m总gB．m总gF(m＋m总)gC．F＝(m总＋m)gD．F(m总＋m)g解析答案D[铁块由静止被吸引上升，必为加速上升。对A、B、C系统，当铁块加速上升时，系统整体的重心加速上移，系统处于超重状态，故轻绳的拉力大于(m总＋m)g。]4．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＝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竖直向下解析答案D[由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为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：m′g－Fm＝m′a，即a＝600－50060m/s2＝53m/s2，所以选项D正确。]考法3超重、失重与图象问题组合5.若货物随升降机运动的v­t图象如图所示(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()ABCD解析答案B[根据v­t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。]6.如图所示，是某同学站在压力传感器上，做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为牛顿)，横坐标为时间。由图线可知()A．该同学做了两次下蹲—起立的动作B．该同学做了一次下蹲—起立的动作C．下蹲过程中人处于失重状态D．下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态解析答案B[在一次下蹲过程中，该同学要先后经历失重状态和超重状态，所以对压力传感器的压力先小于自身重力后大于自身重力，而在一次起立过程中，该同学又要先后经历超重状态和失重状态，所以对压力传感器的压力先大于自身重力后小于自身重力，所以题图记录的应该是一次下蹲—起立的动作。]动力学中整体法、隔离法的应用识点二知1．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，而系统内各物体间的相互作用力为_____。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。答案内力外力2．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，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。3．隔离法当求系统内物体间时，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出来的物体列方程求解的方法。答案隔离加速度一个整体整体相互作用的内力[判断正误](1)“整体法和隔离法”是指选取研究对象的方法。()(2)以“整体”为研究对象时，需要考虑物体间相互作用。()(3)隔离研究对象后，受力分析只分析研究对象受到的力。()√×√考法1先整体后隔离法的应用1.(2019·天津检测)如图所示，A、B两物块的质量分别为m和M，把它们一起从光滑斜面的顶端由静止开始下滑；已知斜面的倾角为θ，斜面始终保持静止。则在此过程中物块B对物块A的压力为()A．MgsinθB．MgcosθC．0D．(M＋m)gsinθ解析答案C[对A、B组成的整体受力分析可知，整体受重力、支持力而做匀加速直线运动；由牛顿第二定律可知，a＝m＋Mgsinθm＋M＝gsinθ；则再对B由牛顿第二定律可知：F合＝Ma＝Mgsinθ；合力等于B的重力沿斜面向下的分力，故说明A、B间没有相互作用力，故A、B、D错误，C正确。]考法2先隔离后整体法的应用2.(2019·南通模拟)如图所示，质量为m2的物块B放在光滑的水平桌面上，其上放置质量为m1的物块A，用通过光滑的定滑轮的细线将A与质量为M的物块C连接，释放C，A和B一起以加速度大小a从静止开始运动，已知A、B间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，则细线中的拉力大小为()A．MgB．M(g＋a)C．(m1＋m2)aD．m1a＋μm1g解析答案C[以C为研究对象，有Mg－T＝Ma，解得T＝Mg－Ma，故A、B错误；以A、B整体为研究对象，根据牛顿第二定律可知T＝(m1＋m2)a，故C正确；A、B间为静摩擦力，根据牛顿第二定律，对B可知f＝m2a，对A可知T－f′＝m1a，f＝f′，联立解得T＝(m1＋m2)a，故D错误。]3.(2019·武汉模拟)质量为m的光滑小球恰好放在质量也为m的圆弧槽内，它与槽左、右两端的接触点分别为A点和B点，圆弧槽的半径为R，OA与水平线AB成60°角。槽放在光滑的水平桌面上，通过细绳和滑轮与重物C相连，桌面上的那段细绳始终处于水平状态。通过实验知道，当槽的加速度很大时，小球将从槽中滚出，滑轮与细绳的质量都不计，要使小球不从槽中滚出，则重物C的质量M应小于()A.233mB．2mC．(3－1)mD．(3＋1)m解析答案D[当小球刚好要从槽中滚出时，小球受重力和圆弧槽A点对它的支持力，如图所示。由牛顿第二定律得mgtan60°＝ma，解得小球的加速度a＝gtan60°＝33g。以整体为研究对象，由牛顿第二定律得Mg＝(M＋2m)a，解得M＝(3＋1)m。故选项D正确。][考法指导]动力学中“整体法、隔离法”的应用技巧1若连接体内各物体具有相同的加速度，利用整体法计算外力或加速度或其他未知量；2利用隔离法求物体之间的作用力。可总结为：“先整体求加速度，后隔离求内力”。知识点三动力学中的图象问题考法1动力学中的v­t图象1．(2019·襄阳调研)如图所示，套在水平直杆上质量为m的小球开始时静止，现对小球沿杆方向施加恒力F0，垂直于杆方向施加竖直向上的力F，且F的大小始终与小球的速度成正比，即F＝kv(图中未标出)，已知小球与杆间的动摩擦因数为μ，小球运动过程中未从杆上脱落，且F0μmg。下列关于运动中的速度—时间图象正确的是()ABCD解析答案C[开始时小球所受支持力方向向上，随着时间的增加，小球速度增大，F增大，则支持力减小，摩擦力减小，根据牛顿第二定律，可知这一阶段小球的加速度增大。当竖直向上的力F的大小等于小球重力的大小时，小球的加速度最大。再往后竖直向上的力F的大小大于重力的大小，直杆对小球的弹力向下，F增大，则弹力增大，摩擦力增大，根据牛顿第二定律，小球的加速度减小，当加速度减小到零时，小球做匀速直线运动，故C正确。]考法2动力学中的a­t图象2．广州塔，昵称小蛮腰，总高度达600米，游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，a­t图象如图所示。则下列相关说法正确的是()A．t＝4.5s时，电梯处于失重状态B．5～55s时间内，绳索拉力最小C．t＝59.5s时，电梯处于超重状态D．t＝60s时，电梯速度恰好为零解析答案D[利用a­t图象可判断：t＝4.5s时，电梯有向上的加速度，电梯处于超重状态，则选项A错误；0～5s时间内，电梯处于超重状态，拉力大于重力，5～55s时间内，a＝0，电梯处于匀速上升过程，拉力等于重力，55～60s时间内，电梯处于失重状态，拉力小于重力，综上所述，选项B、C错误；因a­t图线与t轴所围的“面积”代表速度改变量，而图中横轴上方的“面积”与横轴下方的“面积”相等，则电梯的速度在t＝60s时为零，选项D正确。]考法3动力学中F­t图象3．(多选)物体最初静止在倾角θ＝30°的足够长斜面上，如图甲所示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/s2)()甲乙A．物体的质量m＝1kgB．物体的质量m＝2kgC．物体与斜面间的动摩擦因数μ＝33D．物体与斜面间的动摩擦因数μ＝7315解析答案AD[由开始运动2s后物体以2m/s的速度匀速运动，可知0～2s内物体的加速度大小为a＝1m/s2；在0～2s内对物体应用牛顿第二定律得，F1＋mgsin30°－μmgcos30°＝ma,2s后由平衡条件可得，F2＋mgsin30°－μmgcos30°＝0，联立解得m＝1kg，μ＝7315，选项A、D正确。]考法4动力学中的F­x图象4.(2018·全国卷Ⅰ)如图所示，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，