考物理-复习方案-第3讲牛顿运动定律的综合应用.pdf
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1、超重和失重 1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示数称为视重。 (2)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 产生条件 物体的加速度方向竖直 向上 物体的加速度方向竖直向 下 物体的加速度方向竖 直向下,大小ag 原理式 FmgmamgFmamgFma Fm(ga) Fm(ga) F0 运动状
2、态加速上升或减速下降加速下降或减速上升 以 ag 加速下降或减 速上升 (1)尽管物体的加速度不是竖直方向,但只要其加速度在竖直方向上有分量,物体就会 处于超重或失重状态。 (2)超重并不是重力增加了,失重并不是重力减小了,完全失重也不是重力完全消失了。 在发生这些现象时,物体的重力依然存在,且不发生变化,只是物体对支持物的压力(或对 悬挂物的拉力 )发生变化。 (3)在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、 浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。 1在下列运动过程中,人处于失重状态的是() A小朋友沿滑梯加速滑下 B乘客坐在沿平直路面减速行驶的汽车
3、内 C宇航员随飞船绕地球做圆周运动 D运动员何冲离开跳板后向上运动 解析: 选 ACD物体处于失重状态指的是在物体具有向下的加速度情况下,物体对支 撑面的压力或者悬挂物的拉力小于物体的重力的现象。当小朋友沿滑梯加速下滑时,具有向 下加速度, 滑梯对人的支持力小于人的重力,人处于失重状态;乘客坐在沿平直路面减速行 驶的汽车内, 加速度在水平方向,对乘客受力分析可得在竖直方向汽车对乘客的作用力平衡 了人的重力, 人不处于失重状态;宇航员随飞船绕地球做圆周运动,宇航员处于完全失重状 态;运动员离开跳板后仅受重力作用处于完全失重状态。选项A、 C、D 正确。 牛顿运动定律的应用 1整体法 当连接体内
4、(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。 2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。 1整体法的选取原则 若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作用力,可以把它们看成 一个整体,分析整体受到的外力,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)。 2隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时,就需要 把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程
5、求解。 3整体法、隔离法的交替运用 若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求 出加速度, 然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体 求加速度,后隔离求内力”。 2如图331 所示,在光滑水平地面上,水平外力F 拉动小车和木块一起做无相 对滑动的加速运动。小车质量为M,木块质量为m,加速度大小为a,木块和小车之间的动 摩擦因数为 ,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是() 图 3 31 A mgB. mF Mm C (Mm)gDma 解析: 选 BDm 与 M 无相对滑动,故a 相同。 对 m、M 整体 F(Mm) a,故 a
6、F Mm m 与整体加速度相同也为a,对 m:Ffma, 即 Ff mF Mm,又由牛顿第二定律隔离 m,Ffma,故 B、D 正确。 对超重、失重的理解及应用 命题分析 超重和失重是日常生活中的常见现象,在历年高考中经常考查,难度不大, 题型常为选择题。 例 1一同学想研究电梯上升过程的运动规律。某天乘电梯上楼时他携带了一个质量 为 5 kg 的砝码和一套便携式DIS 实验系统,砝码悬挂在力传感器上。电梯从第一层开始启 动,中间不间断,一直到最高层停止。在这个过程中,显示器上显示出的力随时间变化的关 系如图 332 所示。取重力加速度g10 m/s2,根据表格中的数据。求: 图 3 32 (
7、1)电梯在最初加速阶段的加速度a1与最后减速阶段的加速度 a2的大小; (2)电梯在 3.013.0 s 时段内的速度v 的大小; (3)电梯在 19.0 s 内上升的高度H。 解析 (1)由牛顿第二定律Fma 和图象所给信息得 a1 FN1mg m 5850 5 m/s 21.6 m/s2 a2 mgFN2 m 5046 5 m/s 20.8 m/s2 (2)3.0 13.0 s 内电梯匀速运动,由匀变速直线运动的速度公式得va1t11.63 m/s 4.8 m/s (3)电梯在 19.0 s 内上升的高度H 应是三阶段位移之和,即 H 1 2a 1t 2 1vt2 1 2a 2t 2 3
8、1 21.63 2 m4.810 m1 20.86 2 m69.6 m。 答案 (1)1.6 m/s 2 0.8 m/s2(2)4.8 m/s (3)69.6 m 判断超重和失重现象的方法 (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;小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。 (2)从加速度的角度判断,当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速 度时处于失重状态,向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。 (3)从速度变化角度判断 物体向上加速或向下减速时,超重; 物体向下加速或向上减速时,失重。 变式训练 1在升降电梯内的地
9、板上放一体重计,电梯静止时,晓敏同学站在体重计上,体重计 示数为 50 kg,电梯运动过程中, 某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图333 所示, 在这段时间内下列说法中正确的是() 图 3 33 A晓敏同学所受的重力变小了 B晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C电梯一定在竖直向下运动 D电梯的加速度大小为g/5,方向一定竖直向下 解析: 选 D由题知体重计的示数为40 kg 时,人对体重计的压力小于人的重力,故处 于失重状态,实际人受到的重力并没有变化,A 错;由牛顿第三定律知B 错;电梯具有向 下的加速度,但不一定是向下运动,C 错;由牛顿第二定律mg FNma,可知 a g
10、5,方向 竖直向下, D 对。 整体法和隔离法的应用 命题分析 整体法和隔离法是解答高考题常用的方法,不仅在牛顿运动定律中常被用 到,在共点力平衡问题中也常被用到,涉及的题型既有选择也有计算。 例 2(2012 上海高考 )如图 334 所示,光滑斜面固定于水平面,滑块A、B 叠放 后一起冲上斜面,且始终保持相对静止,A 上表面水平。则在斜面上运动时,B 受力的示意 图为 () 图 3 34 图 3 35 解析 以滑块 A、B 整体为研究对象,整体加速度沿斜面向下,以滑块 B 为研究对象, 沿水平和竖直方向分解滑块B 的加速度可知,滑块B 受到水平向左的摩擦力,竖直向下的 重力,竖直向上的支持
11、力,选项A 正确。 答案 A 整体法与隔离法常涉及的问题类型 (1)涉及隔离法与整体法的具体问题类型: 涉及滑轮的问题:若要求绳的拉力,一般都必须采用隔离法。 水平面上的连接体问题:a.这类问题一般多是连接体(系统 )各物体保持相对静止,即 具有相同的加速度。解题时,一般采用先整体、后隔离的方法。b.建立坐标系时也要考虑矢 量正交分解越少越好的原则,或者正交分解力,或者正交分解加速度。 斜面体与上面物体组成的连接体的问题:当物体具有沿斜面方向的加速度,而斜面体 相对于地面静止时,解题时一般采用隔离法分析。 (2)解决这类问题的关键: 正确地选取研究对象是解题的首要环节,弄清各个物体之间哪些属于
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