高考物理第3章 力和運(yùn)動(dòng) 第3課時(shí) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用

第第3課時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用課時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用 考點(diǎn)一考點(diǎn)一 超重與失重超重與失重1超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失重也不是重力完全消失了在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，物體的重力依重也不是重力完全消失了在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，物體的重力依然存在，且不發(fā)生變化，只是物體對支持物的壓力然存在，且不發(fā)生變化，只是物體對支持物的壓力(或?qū)覓旎驅(qū)覓煳锏睦ξ锏睦?發(fā)生了變化發(fā)生了變化(即即“視重視重”發(fā)生變化發(fā)生變化)2只要物體有向上或向下的加速度，物體就處于超重或失重只要物體有向上或向下的加速度，物體就處于超重或失重狀態(tài)，與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無關(guān)狀態(tài)，與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無關(guān)3盡管物體的加速度不是在豎直方向，但只要其加速度在豎盡管物體的加速度不是在豎直方向，但只要其加速度在豎直方向上有分量，物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)直方向上有分量，物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)4物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同決定的，其大小等于決定的，其大小等于ma.【例例1】(2016洛陽模擬洛陽模擬)一同學(xué)想研究電梯上升過程一同學(xué)想研究電梯上升過程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律某天乘電梯上樓時(shí)他攜帶了一個(gè)質(zhì)量為的運(yùn)動(dòng)規(guī)律某天乘電梯上樓時(shí)他攜帶了一個(gè)質(zhì)量為5 kg的砝碼和一套便攜式的砝碼和一套便攜式DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，砝碼懸掛在力傳實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，砝碼懸掛在力傳感器上電梯從第一層開始啟動(dòng)，中間不間斷，一直到感器上電梯從第一層開始啟動(dòng)，中間不間斷，一直到最高層停止在這個(gè)過程中，顯示器上顯示出的力隨時(shí)最高層停止在這個(gè)過程中，顯示器上顯示出的力隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示取重力加速度間變化的關(guān)系如圖所示取重力加速度g10 m/s2，根，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)求：據(jù)表格中的數(shù)據(jù)求：1)電梯在最初加速階段的加速度電梯在最初加速階段的加速度a1與最后減速階段與最后減速階段的加速度的加速度a2的大??；的大?。?2)電梯在電梯在3.013.0 s時(shí)間段內(nèi)的速度時(shí)間段內(nèi)的速度v的大小；的大小；(3)電梯在電梯在19.0 s內(nèi)上升的高度內(nèi)上升的高度H. 思路分析：思路分析：由由Ft圖象可以分析電梯在圖象可以分析電梯在019 s內(nèi)的內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況為：運(yùn)動(dòng)情況為：03 s電梯啟動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng)電梯啟動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng)，313 s電梯做勻速運(yùn)動(dòng)電梯做勻速運(yùn)動(dòng)，1319 s，電梯做向上勻減速運(yùn)電梯做向上勻減速運(yùn)動(dòng)動(dòng)，19 s末電梯到達(dá)最高層停止末電梯到達(dá)最高層停止，利用牛頓第二定利用牛頓第二定律求解律求解解析：解析：(1)由牛頓第二定律由牛頓第二定律，結(jié)合結(jié)合Ft圖象的信息圖象的信息，有有FN1mgma1，mgFN2ma2，解得解得a11.6 m/s2，a20.8 m/s2.(2)3.013.0 s內(nèi)電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)內(nèi)電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得得va1t11.63 m/s4.8 m/s.超重和失重現(xiàn)象的判斷超重和失重現(xiàn)象的判斷“三三”技巧技巧(1)從受力的角度判斷從受力的角度判斷，當(dāng)物體所受向上的拉力當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力或支持力)大大于重力時(shí)于重力時(shí)，物體處于超重狀態(tài)物體處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(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)等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)(2)從加速度的角度判斷從加速度的角度判斷，當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)重狀態(tài)，具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)，向下的加速度向下的加速度為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)(3)從速度變化角度判斷：從速度變化角度判斷：物體向上加速或向下減速時(shí)物體向上加速或向下減速時(shí)，超超重；重；物體向下加速或向上減速時(shí)物體向下加速或向上減速時(shí)，失重失重方方 法法 總總 結(jié)結(jié)1(2016濟(jì)南模擬濟(jì)南模擬)在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，小琳同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為電梯靜止時(shí)，小琳同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50 kg，電梯運(yùn)動(dòng)過程中，某一段時(shí)間內(nèi)小琳同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重，電梯運(yùn)動(dòng)過程中，某一段時(shí)間內(nèi)小琳同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖所示在這段時(shí)間內(nèi)下列說法中正確的是計(jì)示數(shù)如圖所示在這段時(shí)間內(nèi)下列說法中正確的是()A小琳同學(xué)所受的重力變小了B小琳對體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對小琳的支持力C電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)D電梯的加速度大小為g5，方向一定豎直向下 考點(diǎn)二考點(diǎn)二 動(dòng)力學(xué)中的圖象問題動(dòng)力學(xué)中的圖象問題 動(dòng)力學(xué)問題中涉及圖象的問題很常見，常見的圖象動(dòng)力學(xué)問題中涉及圖象的問題很常見，常見的圖象有有vt圖象，圖象，at圖象，圖象，F(xiàn)t圖象，圖象，F(xiàn)a圖象等圖象等解決此類問題，首先應(yīng)清楚圖象的兩個(gè)坐標(biāo)軸所表示的解決此類問題，首先應(yīng)清楚圖象的兩個(gè)坐標(biāo)軸所表示的物理量的含義，清楚圖象的斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理量的含義，清楚圖象的斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義根據(jù)物理規(guī)律列出與圖象對應(yīng)的函數(shù)方程式，物理意義根據(jù)物理規(guī)律列出與圖象對應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確進(jìn)而明確“圖象與公式圖象與公式”“”“圖象與物體圖象與物體”間的關(guān)系，以間的關(guān)系，以便對有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷便對有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷【例【例2】(2016太原模擬太原模擬)一個(gè)物體置于粗糙的水一個(gè)物體置于粗糙的水平地面上，受到的水平拉力平地面上，受到的水平拉力F隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的關(guān)系如變化的關(guān)系如圖圖(a)所示，速度所示，速度v隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖變化的關(guān)系如圖(b)所所示取示取g10 m/s2，求：，求：方方 法法 總總 結(jié)結(jié)(1)動(dòng)力學(xué)圖象問題的解題策略：動(dòng)力學(xué)圖象問題的解題策略：弄清圖象斜率、截距、弄清圖象斜率、截距、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義；交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義；應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對應(yīng)用物理規(guī)律列出與圖象對應(yīng)的函數(shù)方程式應(yīng)的函數(shù)方程式(2)分析圖象問題時(shí)常見的誤區(qū)：分析圖象問題時(shí)常見的誤區(qū)：沒有看清縱、橫坐標(biāo)沒有看清縱、橫坐標(biāo)所表示的物理量及單位；所表示的物理量及單位；不注意坐標(biāo)原點(diǎn)是否從零開不注意坐標(biāo)原點(diǎn)是否從零開始；始；不清楚圖線的點(diǎn)、斜率、面積等的物理意義；不清楚圖線的點(diǎn)、斜率、面積等的物理意義；忽視對物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析忽視對物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析2(2016青島模擬青島模擬)“蹦極蹦極”就是跳躍者把一端固定的就是跳躍者把一端固定的長彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處，從幾十米高處跳下的一種極長彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處，從幾十米高處跳下的一種極限運(yùn)動(dòng)某人做蹦極運(yùn)動(dòng)，所受繩子拉力限運(yùn)動(dòng)某人做蹦極運(yùn)動(dòng)，所受繩子拉力F的大小隨時(shí)的大小隨時(shí)間間t變化的情況如圖所示將蹦極過程近似為在豎直方向變化的情況如圖所示將蹦極過程近似為在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，重力加速度為上的運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g.據(jù)圖可知，此人在蹦極過程據(jù)圖可知，此人在蹦極過程中的最大加速度約為中的最大加速度約為() 考點(diǎn)三考點(diǎn)三 動(dòng)力學(xué)中的多過程問題動(dòng)力學(xué)中的多過程問題 1多過程問題多過程問題很多動(dòng)力學(xué)問題中涉及物體有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過很多動(dòng)力學(xué)問題中涉及物體有兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過程，在物體不同的運(yùn)動(dòng)階段，物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情程，在物體不同的運(yùn)動(dòng)階段，物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況都發(fā)生了變化，這類問題稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的多過況都發(fā)生了變化，這類問題稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的多過程問題程問題2類型類型多過程問題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過程問題多過程問題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過程問題和多體多過程問題和多體多過程問題【例例3】(2015開封模擬開封模擬)如圖所示，將小砝碼置于桌如圖所示，將小砝碼置于桌面上的薄紙板上，面上的薄紙板上， 用水平向右的拉力將紙板迅速抽出，用水平向右的拉力將紙板迅速抽出，砝碼的移動(dòng)很小，幾乎觀察不到，這就是大家熟悉的慣砝碼的移動(dòng)很小，幾乎觀察不到，這就是大家熟悉的慣性演示實(shí)驗(yàn)若砝碼和紙板的質(zhì)量分別為性演示實(shí)驗(yàn)若砝碼和紙板的質(zhì)量分別為m1和和m2，各，各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為.重力加速度為重力加速度為g.(1)當(dāng)紙板相對砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，求紙板所受摩擦力的大??；當(dāng)紙板相對砝碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，求紙板所受摩擦力的大??；(2)要使紙板相對砝碼運(yùn)動(dòng)，求所需拉力的大??；要使紙板相對砝碼運(yùn)動(dòng)，求所需拉力的大小；(3)本實(shí)驗(yàn)中，本實(shí)驗(yàn)中，m10.5 kg，m20.1 kg，0.2，砝碼與，砝碼與紙板左端的距離紙板左端的距離d0.1 m，取，取g10 m/s2.若砝碼移動(dòng)的距若砝碼移動(dòng)的距離超過離超過l0.002 m，人眼就能感知為確保實(shí)驗(yàn)成功，紙，人眼就能感知為確保實(shí)驗(yàn)成功，紙板所需的拉力至少多大？板所需的拉力至少多大？解析：解析：(1)砝碼對紙板的摩擦力砝碼對紙板的摩擦力Ff1m1g，桌面對紙板的摩擦力桌面對紙板的摩擦力Ff2(m1m2)g，F(xiàn)fFf1Ff2 (2m1m2)g.(2)設(shè)砝碼的加速度為設(shè)砝碼的加速度為a1，紙板的加速度為紙板的加速度為a2，則則Ff1m1a1，F(xiàn)Ff1Ff2m2a2.若發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)若發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，則則a2a1，解得解得F2(m1m2)g.規(guī)規(guī) 律律 總總 結(jié)結(jié)分析分析“多過程多過程”問題的方法要領(lǐng)問題的方法要領(lǐng) (1)將將“多過程多過程”分解為許多分解為許多“子過程子過程”，各各“子子過程過程”間由間由“銜接點(diǎn)銜接點(diǎn)”連接連接 (2)對各對各“子過程子過程”進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，必要必要時(shí)畫出受力圖和過程示意圖時(shí)畫出受力圖和過程示意圖 (3)根據(jù)根據(jù)“子過程子過程”和和“銜接點(diǎn)銜接點(diǎn)”的模型特點(diǎn)選擇合的模型特點(diǎn)選擇合理的動(dòng)力學(xué)規(guī)律列方程理的動(dòng)力學(xué)規(guī)律列方程 (4)分析分析“銜接點(diǎn)銜接點(diǎn)”位移、速度、加速度等的關(guān)聯(lián)位移、速度、加速度等的關(guān)聯(lián)，確定各段間的時(shí)間關(guān)系、位移關(guān)系、速度關(guān)系等，并列確定各段間的時(shí)間關(guān)系、位移關(guān)系、速度關(guān)系等，并列出相關(guān)的輔助方程出相關(guān)的輔助方程 (5)聯(lián)立方程組聯(lián)立方程組，分析求解分析求解，并對結(jié)果進(jìn)行必要的討并對結(jié)果進(jìn)行必要的討論或驗(yàn)證論或驗(yàn)證3(2016日照模擬日照模擬)某電視臺(tái)闖關(guān)競技節(jié)目的第一關(guān)是雪滑梯，某電視臺(tái)闖關(guān)競技節(jié)目的第一關(guān)是雪滑梯，其結(jié)構(gòu)可以簡化為如圖所示模型雪滑梯頂端距地面高為其結(jié)構(gòu)可以簡化為如圖所示模型雪滑梯頂端距地面高為h15 m，滑梯斜面雪道長為，滑梯斜面雪道長為l25 m，在距離斜面雪道底端，在距離斜面雪道底端x020 m處的水平雪道上有一海綿坑比賽時(shí)參賽運(yùn)動(dòng)員乘坐一質(zhì)量為處的水平雪道上有一海綿坑比賽時(shí)參賽運(yùn)動(dòng)員乘坐一質(zhì)量為M的雪輪胎從賽道頂端滑下，在水平雪道上翻離雪輪胎滑向海的雪輪胎從賽道頂端滑下，在水平雪道上翻離雪輪胎滑向海綿坑，運(yùn)動(dòng)員停在距離海綿坑綿坑，運(yùn)動(dòng)員停在距離海綿坑1 m范圍內(nèi)算過關(guān)已知雪輪胎與范圍內(nèi)算過關(guān)已知雪輪胎與雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)10.3，運(yùn)動(dòng)員與雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)，運(yùn)動(dòng)員與雪道間的動(dòng)摩擦因數(shù)20.8，假設(shè)運(yùn)動(dòng)員離開雪輪胎的時(shí)間不計(jì)，運(yùn)動(dòng)員落到雪道上，假設(shè)運(yùn)動(dòng)員離開雪輪胎的時(shí)間不計(jì)，運(yùn)動(dòng)員落到雪道上時(shí)的水平速度不變，求質(zhì)量為時(shí)的水平速度不變，求質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)員(可視為質(zhì)點(diǎn)可視為質(zhì)點(diǎn))在水平雪在水平雪道上的什么區(qū)域離開雪輪胎才能闖關(guān)成功？道上的什么區(qū)域離開雪輪胎才能闖關(guān)成功？“傳送帶模型傳送帶模型”問題的分析思路問題的分析思路1模型特征模型特征一個(gè)物體以速度一個(gè)物體以速度v0(v00)在另一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的物體上開在另一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的物體上開始運(yùn)動(dòng)的力學(xué)系統(tǒng)可看作始運(yùn)動(dòng)的力學(xué)系統(tǒng)可看作“傳送帶傳送帶”模型，如圖模型，如圖(a)、(b)、(c)所示所示 方方 法法 技技 巧巧 思思 維維 提提 升升 2建模指導(dǎo)建模指導(dǎo) 傳送帶模型問題包括水平傳送帶問題和傾斜傳送帶傳送帶模型問題包括水平傳送帶問題和傾斜傳送帶問題問題 (1)水平傳送帶問題：求解的關(guān)鍵在于對物體所受的水平傳送帶問題：求解的關(guān)鍵在于對物體所受的摩擦力進(jìn)行正確的分析判斷判斷摩擦力時(shí)要注意比較摩擦力進(jìn)行正確的分析判斷判斷摩擦力時(shí)要注意比較物體的運(yùn)動(dòng)速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運(yùn)物體的運(yùn)動(dòng)速度與傳送帶的速度，也就是分析物體在運(yùn)動(dòng)位移動(dòng)位移x(對地對地)的過程中速度是否和傳送帶速度相等物的過程中速度是否和傳送帶速度相等物體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻就是物體所受摩擦力體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時(shí)刻發(fā)生突變的時(shí)刻 (2)傾斜傳送帶問題：求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體傾斜傳送帶問題：求解的關(guān)鍵在于認(rèn)真分析物體與傳送帶的相對運(yùn)動(dòng)情況，從而確定其是否受到滑動(dòng)摩與傳送帶的相對運(yùn)動(dòng)情況，從而確定其是否受到滑動(dòng)摩擦力作用如果受到滑動(dòng)摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大擦力作用如果受到滑動(dòng)摩擦力作用應(yīng)進(jìn)一步確定其大小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情小和方向，然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時(shí)，物體所受的摩擦況當(dāng)物體速度與傳送帶速度相等時(shí)，物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變力有可能發(fā)生突變典例典例如圖所示，傾斜傳送帶與水平方向的夾角為如圖所示，傾斜傳送帶與水平方向的夾角為37，將一質(zhì)量為將一質(zhì)量為m的小物塊輕輕放在正在以速度的小物塊輕輕放在正在以速度v10 m/s勻速逆時(shí)勻速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送帶的上端，物塊和傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)針轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送帶的上端，物塊和傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，傳送帶兩皮帶輪軸心間，傳送帶兩皮帶輪軸心間的距離為的距離為L29 m，sin 0.6，cos 0.8.求將物塊從頂部傳到求將物塊從頂部傳到傳送帶底部所需的時(shí)間傳送帶底部所需的時(shí)間(g取取10 m/s2)