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教学案新人教版.pdf

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1、第 3 节 牛顿运动定律的综合应用第 3 节 牛顿运动定律的综合应用 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，与物体的运动状态无关，在地球上的同一位置是不变的。 (2)视重 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示数称为视重。 视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力。 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)大 于物体所受重力的现 象 物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力)小 于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)等于零 的现象 产生

2、条件 物体的加速度方向向 上 物体的加速度方向向下 物体的加速度方向向下， 大小ag 原理方程 Fmgma Fm(ga) mgFma Fm(ga) mgFmg F0 运动状态加速上升或减速下降加速下降或减速上升 无阻力的抛体运动 ； 绕地 球匀速圆周运动 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( )

3、 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 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 3 m 长的踏板上起跳，我们通过录像观察到 踏板和运动

4、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 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，

5、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

6、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( ) AFm总g Bm总g(m总m)g 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 50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了 60 kg 的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g10 m/s2)( ) A2 m/s2 竖直向上 B m/s2 竖直向上 5 3 C2 m/s2 竖直向下 D m/s2 竖直向下 5 3 D 由题意可知， 在地面上， 人能承受的最大压力为F

7、mmg500 N， 在电梯中人能举起 60 kg 物体，物体一定处于失重状态，对 60 kg 的物体 ：mgFmma，即a m/s2 600500 60 m/s2，所以选项 D 正确。 5 3 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v t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( ) A B C D B 根据v t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Fmgma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

8、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 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。 质量为m60 kg 的同学，双手抓住单杠做引体向上，他的重心的速率随时间变化的图象 如图乙

9、所示。g取 10 m/s2，由图象可知( ) 甲 乙 At0.5 s 时他的加速度为 3 m/s2 Bt0.4 s 时他处于超重状态 Ct1.1 s 时他受到单杠的作用力的大小是 620 N Dt1.5 s 时他处于超重状态 B 根据速度图象斜率表示加速度可知，t0.5 s 时他的加速度为 0.3 m/s2， A 项错误。t 0.4 s 时他向上加速运动，加速度方向向上，他处于超重状态，B 项正确。t1.1 s 时他的加 速度为 0，他受到单杠的作用力的大小等于重力 600 N，C 项错误。t1.5 s 时他向上做减速 运动，加速度方向向下，他处于失重状态，D 项错误。 知识点二| 动力学中整

10、体法、隔离法的应用 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外 力，而系统内各物体间的相互作用力为内力。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。 2整体法 当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体， 分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法。 3隔离法 当求系统内物体间相互作用的内力时，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隔离出来的物体列方程求解的方法。 判断正误 (1)“整体法和隔离法”

11、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，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( ) AMgsin BMgcos C0 D(Mm)gsin 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，agsin ；则再对B由牛顿第二定律可知：F合Ma mMgsin mM Mgs

12、in ； 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，重力加速度大小为g， 则细线中的拉力大小为( ) AMg BM(ga) C(m1m2)a Dm1am1g C 以C为研究对象，有MgTMa，解得TMgMa，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(m

13、1m2)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fm2a，对A可知Tfm1a，ff，联立解得T(m1m2)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.m B2m C(1)m D(1)m 2 3 3 33 D 当

14、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ma，解得小球的加速度a mg tan 60 g。以整体为研究对象，由牛顿第二定律得Mg(M2m)a， g tan 60 3 3 解 得 M(1)m。故选项 D 正确。3 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

15、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Fkv(图中未标出)，已知小球与杆间的动摩擦因数为，小球运动过程中未从杆上 脱落，且F0mg。下列关于运动中的速度时间图象正确的是( ) A B C D 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

16、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t0 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( ) At4.5 s 时，电梯处于失重状态 B555 s 时间内，绳索拉力最小 Ct59.5 s 时，电梯处于超重状态 Dt60 s 时，电梯速度恰好为零 D 利用at图象可判断：t4.5 s 时，电梯有向上的加速度，电梯处于超重状态，则 选项 A 错误；05 s 时间内，电梯处于超重状态，拉力大于重

17、力，555 s 时间内，a0，电 梯处于匀速上升过程，拉力等于重力，5560 s 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t60 s 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 2 s 后物体以 2 m/s 的速度匀速 运动，下列说法正确的是(g取 10 m/s2)( ) 甲 乙 A物体的质量m1 k

18、g B物体的质量m2 kg C物体与斜面间的动摩擦因数 3 3 D物体与斜面间的动摩擦因数 7 3 15 AD 由开始运动 2 s 后物体以 2 m/s 的速度匀速运动，可知 02 s 内物体的加速度大小 为a1 m/s2； 在02 s内对物体应用牛顿第二定律得，F1mgsin 30mgcos 30ma,2 s 后由平衡条件可得，F2mgsin 30mgcos 300， 联立解得m1 kg， 选项 A、 D 7 3 15 正确。 考法 4 动力学中的Fx图象 4.(2018全国卷)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，系统 处于静止状态。现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向

19、上做匀加速直线运动。以x表示P 离开静止位置的位移， 在弹簧恢复原长前， 下列表示F和x之间关系的图象可能正确的是( ) A B C D A 假设物块静止时弹簧的压缩量为x0，则由力的平衡条件可知kx0mg，在弹簧恢复原 长前，当物块向上做匀加速直线运动时，由牛顿第二定律得Fk(x0x)mgma，由以上两 式解得Fkxma，显然F和x为一次函数关系，且在F轴上有截距，则 A 正确，B、C、D 错 误。 考法指导 分析图象问题时常见的误区 (1)没有看清纵、横坐标所表示的物理量及单位。 (2)不清楚图线的点、斜率、面积等的物理意义。 (3)忽视对物体的受力情况和运动情况的分析。 (多选)(201

20、9黄冈检测)如图所示，光滑水平地面上，可视为质点的两滑块A、B在水平 外力的作用下紧靠在一起压缩弹簧，弹簧左端固定在墙壁上，此时弹簧的压缩量为x0，以两 滑块此时的位置为坐标原点建立如图所示的一维坐标系，现将外力突然反向并使B向右做匀 加速运动，下列关于外力F、两滑块间弹力FN与滑块B的位移x变化的关系图象可能正确的 是( ) A B C D BD 设A、B向右匀加速运动的加速度大小为a， 根据牛顿第二定律， 对整体有Fk(x0x) (mAmB)a， 可得Fkx(mAmB)akx0， 若(mAmB)akx0， 得Fkx， 则F与x成正比，Fx 图象可能是过原点的直线，对A有k(x0x)FNmA

21、a，得FNkxkx0mAa，可知FNx图 象是向下倾斜的直线，当FN0 时A、B开始分离，此后B做匀加速运动，F不变，则A、B开 始分离时有xx0tan ，则下图中能客观地反映小木块的速度随时间变化关系的是( ) A B C D C 刚开始，木块的速度小于传送带的速度，木块受到的摩擦力方向向下，木块做匀加 速运动；当木块的速度与传送带的速度相同时，由于tan ，故此时摩擦力突变为静摩擦 力，且方向向上，此后木块匀速下滑，C 正确，A、B、D 错误。 考法指导 类型图示滑块可能的运动情况 (1)v0v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速 (2)v0v时，返回速度大小为v；v0tan ，可能一直减速，可能先减速，后反向 加速