高二物理《牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用》

3、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用,1. 游樂園中，乘客乘坐能加速或減速運(yùn) 動(dòng)的升降機(jī)，可以體會(huì)超重或失重的感覺， 下列描述錯(cuò)誤的是( ) A. 當(dāng)升降機(jī)加速上升時(shí)，游客是處在超 重狀態(tài) B. 當(dāng)升降機(jī)減速下降時(shí)，游客是處在超 重狀態(tài) C. 當(dāng)升降機(jī)減速上升時(shí)，游客是處在失 重狀態(tài) D. 當(dāng)升降機(jī)加速下降時(shí)，游客是處在超 重狀態(tài),回顧一 超重和失重,1. 游樂園中，乘客乘坐能加速或減速運(yùn) 動(dòng)的升降機(jī)，可以體會(huì)超重或失重的感覺， 下列描述錯(cuò)誤的是( ) A. 當(dāng)升降機(jī)加速上升時(shí)，游客是處在超 重狀態(tài) B. 當(dāng)升降機(jī)減速下降時(shí)，游客是處在超 重狀態(tài) C. 當(dāng)升降機(jī)減速上升時(shí)，游客是處在失 重狀態(tài) D. 當(dāng)升降機(jī)加速下降時(shí)，游客是處在超 重狀態(tài),回顧一 超重和失重,2. 重2 kg的物體用彈簧測(cè)力計(jì)掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運(yùn)動(dòng)，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),2. 重2 kg的物體用彈簧測(cè)力計(jì)掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運(yùn)動(dòng)，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),超重,2. 重2 kg的物體用彈簧測(cè)力計(jì)掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運(yùn)動(dòng)，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),超重,加速上升或減速下降,2. 重2 kg的物體用彈簧測(cè)力計(jì)掛在可 豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26 N，由此可 知，該物體處于_狀態(tài)，電梯做 _運(yùn)動(dòng)，其加速度 大小等于_m/s2。(g取10 m/s2),超重,加速上升或減速下降,3,3. 當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時(shí)，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用牛頓第二定律對(duì)_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,3. 當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時(shí)，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用牛頓第二定律對(duì)_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,加速度,3. 當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時(shí)，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用牛頓第二定律對(duì)_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,加速度,整體,3. 當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相 同的_時(shí)，可以把連接體內(nèi)所有物體 組成的系統(tǒng)作為_考慮，分析其受力 和運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用牛頓第二定律對(duì)_ 列方程求解的方法，叫整體法。,回顧二 整體法和隔離法,加速度,整體,整體,4.當(dāng)研究對(duì)象涉及由多個(gè)物體組成的系 統(tǒng)時(shí)，若要求出連接體內(nèi)物體間的_ 力，則應(yīng)把某個(gè)物體或某幾個(gè)物體從系統(tǒng)中 _出來，分析其受力情況及運(yùn)動(dòng)情 況，再利用牛頓第二定律對(duì)隔離出來的物體 列式求解的方法，叫隔離法。,4.當(dāng)研究對(duì)象涉及由多個(gè)物體組成的系 統(tǒng)時(shí)，若要求出連接體內(nèi)物體間的_ 力，則應(yīng)把某個(gè)物體或某幾個(gè)物體從系統(tǒng)中 _出來，分析其受力情況及運(yùn)動(dòng)情 況，再利用牛頓第二定律對(duì)隔離出來的物體 列式求解的方法，叫隔離法。,相互作用,4.當(dāng)研究對(duì)象涉及由多個(gè)物體組成的系 統(tǒng)時(shí)，若要求出連接體內(nèi)物體間的_ 力，則應(yīng)把某個(gè)物體或某幾個(gè)物體從系統(tǒng)中 _出來，分析其受力情況及運(yùn)動(dòng)情 況，再利用牛頓第二定律對(duì)隔離出來的物體 列式求解的方法，叫隔離法。,相互作用,隔離,對(duì)超重和失重的理解,考點(diǎn)一,【知識(shí)必備】,1. 超重、失重和完全失重的比較,2. 對(duì)超重、失重的理解,(1)盡管物體的加速度不是豎直方向， 但只要其加速度在豎直方向上有分量即 ay0，物體就會(huì)出現(xiàn)超重或失重狀態(tài)。 當(dāng)ay方向豎直向上時(shí)，物體處于超重狀態(tài)； 當(dāng)ay方向豎直向下時(shí)，物體處于失重狀態(tài)。,(2)盡管整體沒有豎直方向的加速度，但 只要物體的一部分具有豎直方向的分加速度， 整體也會(huì)出現(xiàn)超重或失重狀態(tài)。 (3)超重并不是說重力增加了，失重并不 是說重力減小了，完全失重也不是說重力完全 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(duì)支持物的壓 力(或?qū)覓煳锏睦?發(fā)生變化。,(4)在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由 重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，如天平 失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱 不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等。 名師點(diǎn)睛 (1)發(fā)生超、失重現(xiàn)象時(shí)，物體的重力不 變，只是物體的視重發(fā)生了變化。 (2)物體的超、失重多少由物體的質(zhì)量和 豎直方向的加速度共同決定，其大小為ma。,【典例】,例1升降機(jī)內(nèi)，一個(gè)小球系于彈簧下端， 如圖所示，當(dāng)靜止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)4cm，升降機(jī) 運(yùn)動(dòng)中，彈簧伸長(zhǎng)2cm，則升降機(jī)運(yùn)動(dòng)情況可 能是( ) A. 以1m/s2的加速度加速下降 B. 以1m/s2的加速度加速上升 C. 以4.9m/s2的加速度加速下降 D. 以4.9m/s2的加速度加速上升,【典例】,例1升降機(jī)內(nèi)，一個(gè)小球系于彈簧下端， 如圖所示，當(dāng)靜止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)4cm，升降機(jī) 運(yùn)動(dòng)中，彈簧伸長(zhǎng)2cm，則升降機(jī)運(yùn)動(dòng)情況可 能是( ) A. 以1m/s2的加速度加速下降 B. 以1m/s2的加速度加速上升 C. 以4.9m/s2的加速度加速下降 D. 以4.9m/s2的加速度加速上升,【練習(xí)】,1.在探究超重和失重規(guī)律時(shí)，某體重為G 的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng) 作。傳感器和計(jì)算機(jī)相連，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得 到壓力F隨時(shí)間t變化的圖像，則下列圖像中可 能正確的是( ),【練習(xí)】,1.在探究超重和失重規(guī)律時(shí)，某體重為G 的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng) 作。傳感器和計(jì)算機(jī)相連，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得 到壓力F隨時(shí)間t變化的圖像，則下列圖像中可 能正確的是( ),2.在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，電 梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示 數(shù)為50kg，電梯運(yùn)動(dòng)過程中，某一段時(shí)間內(nèi)曉 敏同學(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( ),A. 曉敏同學(xué)所受的重力變小了 B. 曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏 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g/5，方向一定豎直 向下,A. 曉敏同學(xué)所受的重力變小了 B. 曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏 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g/5，方向一定豎直 向下,1. 隔離法的選取原則,【知識(shí)必備】,整體法、隔離法的應(yīng)用,考點(diǎn)二,若連接體或關(guān)聯(lián)體內(nèi)各物體的加速度 不相同，或者要求出系統(tǒng)內(nèi)兩物體之間的 作用力時(shí)，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出 來，應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解。,2. 整體法的選取原則 若連接體內(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，可以把它們看成一 個(gè)整體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(yùn)用原則 若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且 要求物體之間的作用力時(shí)，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(duì)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”。,4. 涉及隔離法與整體法的具體問題 (1)涉及滑輪的問題，若要求繩的拉力，一 般都必須采用隔離法。若繩跨過定滑輪，連接的 兩物體雖然加速度方向不同，但大小相同。 (2)固定斜面上的連接體問題。這類問題一 般多是連接體(系統(tǒng))各物體保持相對(duì)靜止，即具 有相同的加速度。解題時(shí)，一般采用先整體、 后隔離的方法。建立坐標(biāo)系時(shí)也要考慮矢量正交 分解越少越好的原則，或者正交分解力，或者正 交分解加速度。,(3)斜面體(或稱為劈形物體、楔形物 體)與在斜面體上物體組成的連接體(系統(tǒng)) 的問題。當(dāng)物體具有加速度，而斜面體靜 止的情況，解題時(shí)一般采用隔離法分析。,【典例】,例2如圖所示，質(zhì)量為80kg的物體放在 安裝在小車上的水平磅秤上，小車在平行于 斜面的拉力F作用下沿斜面無摩擦地向上運(yùn)動(dòng)， 現(xiàn)觀察到物體在磅秤上讀數(shù)為1000N。已知斜 面傾角=30，小車與磅秤的總質(zhì)量為20kg。 (g=10m/s2) (1)拉力F為多少? (2)物體對(duì)磅秤的 靜摩擦力為多少?,解析：(1)選物體為研究對(duì)象， 受力分析如圖甲所示。 將加速度a沿水平和豎直方向 分解，則有： FN1mg=masin 解得a=5m/s2 取小車、物體、磅秤這個(gè)整體 為研究對(duì)象，受力分析如圖乙所示。,3.有一根繩子下端系著兩個(gè)質(zhì)量不同的 小球，上面小球比下面小球質(zhì)量大。當(dāng)手提 著繩端沿水平方向一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) (空氣阻力不計(jì))，圖中所描繪的四種情況中 正確的是( ),【練習(xí)】,3.有一根繩子下端系著兩個(gè)質(zhì)量不同的 小球，上面小球比下面小球質(zhì)量大。當(dāng)手提 著繩端沿水平方向一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) (空氣阻力不計(jì))，圖中所描繪的四種情況中 正確的是( ),【練習(xí)】,4.物體M、m緊靠著置于動(dòng)摩擦因數(shù)為、傾角為的斜面上，如圖所示?，F(xiàn)施加一個(gè)水平力F作用于M，使M、m共同向上做加速運(yùn)動(dòng)，求它們間作用力的大小。,解析：將兩者視為一個(gè)整體，受力分析 如圖甲，建立坐標(biāo)系如圖所示，由牛頓第二 定律得：,【知識(shí)必備】,動(dòng)力學(xué)中的臨界問題,考點(diǎn)三,1.臨界問題,在一種運(yùn)動(dòng)形式(或某種物理過程和物理狀 態(tài))變化的過程中，存在著分界的現(xiàn)象。這是從 量變到質(zhì)變的規(guī)律在物理學(xué)中的生動(dòng)表現(xiàn)，這種 界限通常以臨界值和臨界狀態(tài)的形式出現(xiàn)在不同 的物理情景中。利用臨界值和臨界狀態(tài)作為求解 問題的思維起點(diǎn)，是一個(gè)重要的解題方法。,2. 臨界問題的處理方法 (1)極限法：在題目中如出現(xiàn)“最大” “最小”“剛好”等詞語時(shí)，一般隱含著 臨界問題，處理這類問題時(shí)，應(yīng)把物理問 題(或過程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或 狀態(tài))暴露出來，達(dá)到盡快求解的目的。,(2)假設(shè)法：有些物理過程中沒有明顯 出現(xiàn)臨界問題的線索，但在變化過程中可 能出現(xiàn)臨界問題，也可能不出現(xiàn)臨界問題， 解答這類題，一般用假設(shè)法。 (3)數(shù)學(xué)法：將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)公 式，根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式求解得出臨界條件。,名師點(diǎn)睛 (1)臨界點(diǎn)的兩側(cè)，物體的受力情況、 變化規(guī)律、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一般要發(fā)生變化。 (2)臨界問題通常具有一定的隱蔽性， 解題的靈活性較大， 審題時(shí)應(yīng)盡量還原物 理情景，抓住臨界狀態(tài)的特征，找到正確 的解題方向。,【典例】,例3一彈簧一端固定在傾角為37的光滑斜 面的底端，另一端拴住質(zhì)量為m1=4kg的物塊P， Q為一重物，已知Q的質(zhì)量為m2=8kg，彈簧的質(zhì) 量不計(jì)，勁度系數(shù)k=600N/m，系統(tǒng)處于靜止， 如圖所示?，F(xiàn)給Q施加一個(gè)方向沿斜面向上的力 F，使它從靜止開始沿斜面向上做勻加速運(yùn)動(dòng)， 已知在前0.2s時(shí)間內(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。 (sin 37 =0.6，g=10m/s2),解析：從受力角度看，兩物體分離的條件 是兩物體間的正壓力為0，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度看， 一起運(yùn)動(dòng)的兩物體恰好分離時(shí)，兩物體在沿斜 面方向上的加速度和速度仍相等。 設(shè)剛開始時(shí)彈簧壓縮量為x0 則(m1+m2)gsin=kx0 因?yàn)樵谇?.2s時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)為變力，0.2s以 后，F(xiàn)為恒力，所以在0.2s時(shí)，P對(duì)Q的作用力 為0，由牛頓第二定律知kx1m1gsin=m1a Fm2gsin=m2a,前0.2s時(shí)間內(nèi)P、Q向上運(yùn)動(dòng)的距離為,【練習(xí)】,5.如圖所示，有A、B兩個(gè)楔形木塊， 質(zhì)量均為m，靠在一起放于水平面上，它們 的接觸面的傾角為?，F(xiàn)對(duì)木塊A施一水平 推力F，若不計(jì)一切摩擦，要使A、B一起 運(yùn)動(dòng)而不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，求水平推力F不得 超過的最大值。,解析：A、B一起運(yùn)動(dòng)，則以A、B整體為研 究對(duì)象，由牛頓第二定律得：F=2ma 以A為研究對(duì)象，其受力情況如圖所示。由 圖可知，A、B一起運(yùn)動(dòng)而不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的臨界 條件是地面對(duì)A的支持力為N=0 豎直方向：FBAcos=mg 水平方向：FFBAsin=ma 聯(lián)立上式可得F=2mgtan， 即水平推力F的最大值為2mgtan,6.如圖所示，一輕繩上端系在車左上角 的A點(diǎn)，另一輕繩一端系在車左端B點(diǎn)，B點(diǎn) 在A點(diǎn)正下方，A、B距離為b，兩繩另一端在 C點(diǎn)相結(jié)并系一質(zhì)量為m的小球，繩AC長(zhǎng)度 為 b，繩BC長(zhǎng)度為b。兩繩能夠承受的最 大拉力均為2mg。求： (1)繩BC剛好被拉直時(shí)，車的加速度是 多大? (2)為不拉斷輕繩， 車向左運(yùn)動(dòng)的最大加速 度是多大?,解析:,(2)小車向左加速度增大，AC、BC繩 方向不變，所以AC繩拉力不變，BC繩拉 力變大，BC繩拉力最大時(shí)，小車向左加速 度最大， 由牛頓第二定律， 得FTB+mgtan=mam 因?yàn)镕TB=2mg， 所以最大加速度為am=3g。,【每課一得】,1. 模型特點(diǎn) 涉及兩個(gè)物體，并且物體間存在相對(duì)滑動(dòng)。 2. 常見的兩種位移關(guān)系 滑塊由滑板的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程中， 若滑塊和滑板同向運(yùn)動(dòng)，位移之差等于板長(zhǎng)； 反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移之和等于板長(zhǎng)。,3. 解題思路 (1)分析滑塊和滑板的受力情況，根據(jù)牛 頓第二定律分別求出滑塊和滑板的加速度。 (2)對(duì)滑塊和滑板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)情況分析，找 出滑塊和滑板之間的位移關(guān)系或速度關(guān)系， 建立方程。特別注意滑塊和滑板的位移都是 相對(duì)地的位移。,示例如圖所示，光滑水平面上靜止放著 長(zhǎng)L=4m，質(zhì)量為M=3kg的木板(厚度不計(jì))， 一個(gè)質(zhì)量為m=1kg的小物體放在木板的最右 端，m和M之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.1，今對(duì)木 板施加一水平向右的拉力F，(g取10m/s2) (1)為使兩者保持相對(duì)靜止，F(xiàn)不能超過 多少? (2)如果F=10N， 求小物體離開木板時(shí) 的速度?,解析 (1)要保持兩者相對(duì)靜止，兩 者之間的摩擦力不能超過最大靜摩擦力， 故最大加速度 a=g=1m/s2 由牛頓第二定律對(duì)整體有 Fm=(m+M)a=4N,