高考物理大一輪復習 第三章 第2講 牛頓運動定律的應用課件.ppt

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1、一、超重、失重和完全失重的比較知識梳理 現(xiàn)象實質(zhì)超重物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Υ笥?自身重力的現(xiàn)象系統(tǒng)具有豎直向上的加速度或加速度有豎直向上的分量失重物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦π∮?自身重力的現(xiàn)象系統(tǒng)具有豎直向下的加速度或加速度有豎直向下的分量完全失重物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Φ扔诹?的現(xiàn)象系統(tǒng)具有豎直向下的加速度,且a=g 注意 判 斷 一 個 物 體 處 于 超 重 還 是 失 重 狀 態(tài) ,主 要 根 據(jù) 加 速 度 沿 豎 直 方向 的 分 量 方 向 進 行 判 斷 。 若 豎 直 向 上 ,則 超 重 ,若 豎 直 向 下 ,則 失 重 。 2.解答兩類動力

2、學問題應注意的兩點(1)無論是哪種情況,聯(lián)系力和運動的“橋梁”是加速度 。二、兩類動力學問題1.程序圖(2)物體的運動情況由受力 情況及物體運動的初速度 共同決定。 1.手托著書使它做下述各種情況的運動,那么,手對書的作用力最大的情況是( )A.向下做勻減速運動B.向上做勻減速運動C.向下做勻加速運動D.向上做勻速運動答案 A向上做勻減速運動、向下做勻加速運動時書都處于失重狀態(tài),向上做勻速運動時書處于平衡狀態(tài),向下做勻減速運動時書處于超重狀態(tài),當書處于超重狀態(tài)時,手對書的作用力最大,所以A對。 2.(多選)如圖甲所示,在粗糙的水平面上,物體A在水平向右的拉力F的作用下做直線運動,其v-t圖象如

3、圖乙中實線所示,下列判斷中正確的是( )A.在01 s內(nèi),拉力F不斷增大B.在13 s內(nèi),拉力F保持不變C.在34 s內(nèi),拉力F不斷增大D.在34 s內(nèi),拉力F不斷減小 答案 BD由v-t圖象可知,在01 s內(nèi),物體做勻加速直線運動,加速度恒定,由牛頓第二定律可知,合外力恒定,因此拉力恒定,A項錯誤;在13 s內(nèi),物體做勻速直線運動,合外力為零,拉力大小始終等于摩擦力的大小,B項正確;在34 s內(nèi),物體做的是變減速運動,加速度大小越來越大,摩擦力恒定,則由Ff-F=ma可知,拉力F越來越小,C項錯誤,D項正確。 3.(多選)在電梯內(nèi)的地板上,豎直放置一根輕質(zhì)彈簧,彈簧上端固定一個質(zhì)量為m的物體

4、。當電梯靜止時,彈簧被壓縮了x;當電梯運動的某一過程中,彈簧又被繼續(xù)壓縮了。則電梯運動的情況可能是( )A.以大小為g的加速度加速上升B.以大小為g的加速度減速上升C.以大小為g的加速度加速下降D.以大小為g的加速度減速下降 答案 AD電梯靜止時:mg=kx,電梯運動時:k(x+)-mg=ma,解得a=g,10 x110110110110 10 x 110方向向上,故選項A、D對,B、C錯。 4.(多選)如圖所示,表面粗糙的傳送帶靜止時,物塊由傳送帶頂端A從靜止開始滑到傳送帶底端B用的時間是t,則( )A.當傳送帶向上運動時,物塊由A滑到B的時間一定大于tB.當傳送帶向上運動時,物塊由A滑到B

5、的時間一定等于tC.當傳送帶向下運動時,物塊由A滑到B的時間一定等于t D.當傳送帶向下運動時,物塊由A滑到B的時間一定小于t - cos ),且有L=at2。當傳送帶向上運動時,物塊所受的滑動摩擦大小和方向沒有改變,則加速度也不變,由L=at2知,物塊由A滑到B的時間一定等于t,故A錯誤,B正確。當傳送帶向下運動時,物塊受到重力、傳送帶的支持力和沿傳送帶向下的滑動摩擦力,根據(jù)牛頓第二定律得:此時物塊的加速度為a=g(sin + cos ),可見加速度增大,由L=at 2得,t一定小于t,故D正確,C錯誤。 1212sin cosmg mg m 12答案 BD設A、B間傳送帶長度為L,傾角為,

6、物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為。當傳送帶不動時,物塊受到重力、傳送帶的支持力和沿傳送帶向上的滑動摩擦力,根據(jù)牛頓第二定律得:物塊的加速度為a=g(sin sin cosmg mg m 1.超重、失重不是重力增加或減少了,而是重力用作其他用途,對水平支持面的壓力或?qū)ωQ直懸線的拉力變大或變小了,重力的大小是沒有變化的,仍為mg。2.超重、失重與物體的速度無關(guān),只取決于物體的加速度方向。重難一超重、失重問題重難突破 3.對系統(tǒng)超重、失重的判定不能只看某一物體,要綜合分析,某一物體的加速運動會不會引起其他物體運動狀態(tài)的變化。例如臺秤上放一容器,一細線拴一木球,線另一端拴于盛水容器的底部,剪斷細線,木球加

7、速上升同時有相同體積的水以相同的加速度在加速下降,綜合起來,臺秤示數(shù)會減小。若不能注意到這一點,會得出相反的錯誤結(jié)論。4.在完全失重的狀態(tài)下,由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會消失。如單擺停擺、天平失效、浸沒于液體中的物體不再受浮力、水銀氣壓計失效等,但測力的儀器彈簧測力計是可以使用的,因為彈簧測力計是根據(jù)F=kx制成的測力工具,并非只能測量重力。 典例1在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計,電梯靜止時,曉敏同學站在體重計上,體重計示數(shù)為50 kg,電梯運動過程中,某一段時間內(nèi)曉敏同學發(fā)現(xiàn)體重計示數(shù)如圖所示,在這段時間內(nèi)下列說法中正確的是( )A.曉敏同學所受的重力變小了B.曉敏對體重計的壓力小于體重計對

8、曉敏的支持力C.電梯一定在豎直向下運動D.電梯的加速度大小為g/5,方向一定豎直向下 解析由題知體重計的示數(shù)為40 kg時,人對體重計的壓力小于人的重力,故處于失重狀態(tài),實際人受到的重力并沒有變化,A錯;由牛頓第三定律知B錯;電梯具有向下的加速度,但不一定是向下運動,C錯;由牛頓第二定律有mg-FN=ma,可知a=,方向豎直向下,D對。答案 D 5g 1-1一同學想研究電梯上升過程的運動規(guī)律。某天乘電梯上樓時他攜帶了一個質(zhì)量為5 kg的砝碼和一套便攜式DIS實驗系統(tǒng),砝碼懸掛在力傳感器上。電梯從第一層開始啟動,中間不間斷,一直到最高層停止。在這個過程中,顯示器上顯示出的力隨時間變化的關(guān)系如圖所

9、示。取重力加速度g=10m/s2,根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)。求:(1)電梯在最初加速階段的加速度a 1與最后減速階段的加速度a2的大小;(2)電梯在3.013.0 s時間段內(nèi)的速度v的大小;(3)電梯在19.0 s內(nèi)上升的高度H。 答案 (1)1.6 m/s2 0.8 m/s2 (2)4.8 m/s (3)69.6 m解析 (1)由牛頓第二定律F=ma和圖象所給信息得a1= m/s2=1.6 m/s2a2= m/s2=0.8 m/s2。(2)3.013.0 s內(nèi)電梯勻速運動,由勻變速直線運動的速度公式得v=a1t1=1.63 m/s=4.8 m/s。(3)電梯在19.0 s內(nèi)上升的高度H應是三個階段內(nèi)

10、位移之和,即H=a 1+vt2+a2 N1F mgm 58 505N2mg Fm 50 46512 21t 12 23t=1.63 2 m+4.810 m+0.862 m=69.6 m。12 12 1.物體運動性質(zhì)的判斷方法(1)明確物體的初始運動狀態(tài)(v0)。(2)明確物體的受力情況(F合)。(3)根據(jù)物體做各種性質(zhì)運動的條件即可判定物體的運動情況、加速度變化情況及速度變化情況。2.兩類動力學問題的解題步驟重難二兩類動力學問題 開始沿斜面下滑,滑塊的質(zhì)量為m=2 kg,它與斜面的動摩擦因數(shù)為,帆受到的空氣阻力與滑塊下滑的速度成正比,即Ff=kv。若滑塊從靜止開始下滑的速度圖象如圖乙中的曲線所

11、示,圖中的直線是t=0時速度圖線的切線,g=10m/s2。典例2如圖甲所示,在傾角為=30的長斜面上有一帶風帆的滑塊從靜止(1)求滑塊下滑的最大加速度和最大速度;(2)求和k的值。 解析 (1)由圖乙可得:t=0時,滑塊下滑的加速度最大為amax=3 m/s2;t=3 s時,滑塊下滑的速度最大為:vmax=2 m/s(2)t=0時滑塊下滑的加速度最大為amax,由牛頓第二定律得:F合=mg sin -mg cos =mamaxt=3 s時滑塊下滑的速度達最大,有:mg sin =mg cos +kv max vt 3m/s1s解得:=0.23k=3 kg/s(說明:k的答案沒有單位不算對)。

12、答案 (1)3 m/s22 m/s (2)0.233 kg/s2 315 2-1如圖所示,一傾角為的光滑斜面固定在水平地面上,質(zhì)量m=1 kg的物體在平行于斜面向上的恒力F作用下,從A點由靜止開始運動,到達B點時立即撤去拉力F。此后,物體到達C點時速度為零。每隔0.2 s通過傳感器測得物體的瞬時速度,下表給出了部分測量數(shù)據(jù)。求: t/s 0.0 0.2 0.42.2 2.4v/(ms -1) 0.0 1.0 2.03.3 2.1(1)恒力F的大小;(2)撤去外力F的時刻。 答案 (1)11 N (2)1.5 s解析 (1)加速階段加速度大小a1=5 m/s2減速階段加速度大小a2=6 m/s2

13、加速階段中:F-mg sin =ma 1減速階段中:mg sin =ma2由以上兩式得F=m(a1+a2)=11 N。11vt 22vt(2)撤去外力瞬間速度最大,有a1t=v0+a2(t-t)(其中:v 0=3.3 m/s,t=2.2 s),解得t=1.5 s。 兩類傳送帶問題的分析方法傳送帶問題的考查一般從兩個層面上展開:一是受力和運動分析。受力分析中關(guān)鍵是注意摩擦力的突變(大小、方向)發(fā)生在v物與v帶相同的時刻;運動分析中關(guān)鍵是相對運動的速度大小與方向的變化物體和傳送帶對地速度的大小與方向的比較。二是功能分析。注意功能關(guān)系;W F=Ek+Ep+Q。式中WF為傳送帶做的功,WF=Fs帶(F

14、由傳送帶受力情況求得);Ek、Ep為傳送物體的動能、重力勢能的變化;Q是由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能:Q=Fs相對。 思想方法 1.水平放置的傳送帶典例1水平傳送帶被廣泛地應用于機場和火車站,如圖所示為一水平傳送帶裝置示意圖。緊繃的傳送帶AB始終保持恒定的速率v=1 m/s運行,一質(zhì)量為m=4 kg的行李無初速度地放在A處,傳送帶對行李的滑動摩擦力使行李開始做勻加速直線運動,隨后行李又以與傳送帶相等的速率做勻速直線運動。設行李與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)=0.1,A、B間的距離L=2 m,g取10 m/s 2。(1)求行李剛開始運動時所受滑動摩擦力的大小與加速度的大小;(2)求行李做勻加速直線運動的時間;(

15、3)如果提高傳送帶的運行速率,行李就能被較快地傳送到B處,求行李從A處傳送到B處的最短時間和傳送帶對應的最小運行速率。 解析 (1)滑動摩擦力Ff=mg=0.1410 N=4 N,加速度a=g=0.110 m/s2=1 m/s2。(2)行李達到與傳送帶相同速率后不再加速,則v=at1,t1= s=1 s。(3)行李始終勻加速運行時間最短,加速度仍為a=1 m/s2,當行李到達右端時,有=2aL,v min= m/s=2 m/s,所以傳送帶對應的最小運行速率為2 m/s。va 112minv 2aL 2 1 2 行李最短運行時間由vmin=atmin得tmin= s=2 s。答案 (1)4 N

16、1 m/s2 (2)1 s (3)2 s 2 m/sminva 21 2.傾斜放置的傳送帶典例2如圖所示,傳送帶與地面夾角=37,從A B長度為16 m,傳送帶以10 m/s的速率逆時針轉(zhuǎn)動。在傳送帶上端A無初速度地放一個質(zhì)量為0.5 kg的物體,它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 0.5。求物體從A運動到B所需時間是多少?(sin 37=0.6,cos 37=0.8) t1= s=1 s,t1時間內(nèi)位移x=a1=5 m。1va 1010 12 21t甲乙解析物體放在傳送帶上后,開始階段,由于傳送帶的速度大于物體的速度,傳送帶給物體一個沿傳送帶向下的滑動摩擦力F,物體受力情況如圖甲所示。物體由靜止加

17、速,由牛頓第二定律有mg sin +mg cos =ma1,得a1=10(0.6+0.50.8) m/s2=10 m/s2。物體加速至與傳送帶速度相等需要的時間 由于tan ,物體在重力作用下將繼續(xù)加速運動,當物體速度大于傳送帶速度時,傳送帶給物體一沿傳送帶向上的滑動摩擦力F。此時物體受力情況如圖乙所示,由牛頓第二定律有mg sin -mg cos =ma2,得a2=2 m/s2。設后一階段物體滑至底端所用的時間為t2,由L-x=vt2+a2解得t2=1 s,t2=-11 s(舍去)。所以物體由AB的時間t=t 1+t2=2 s。答案 2 s 12 22t(1)從本題中可以總結(jié)出,傳送帶傳送物體所受摩擦力可能發(fā)生突變,不論是其大小的突變,還是其方向的突變,都發(fā)生在物體的速度與傳送帶速度剛好相等的時刻。(2)解決傳送帶傳遞問題的切入點就是正確分析摩擦力的變化和物體與傳送帶之間的相對運動情況。