2022-2023年高考物理一轮复习 第3章牛顿运动定律能力课牛顿运动定律的综合应用课件

这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 第3章牛顿运动定律能力课牛顿运动定律的综合应用课件，共58页。PPT课件主要包含了知识梳理回顾，答案D，知识二超重与失重，整体法，题点各个击破，答案C，模拟随堂集训，答案AC等内容，欢迎下载使用。
分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析物体在该时刻前、后的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度．此类问题应注意两种模型的建立．
知识一　瞬时加速度分析
1．中学物理中的“线”和“绳”是理想化模型，具有以下几个特性(1)轻：其质量和重力均可视为等于零且一根绳(或线)中各点的张力大小相等，其方向总是沿绳且背离受力物体的方向．(2)不可伸长：即无论绳受力多大，绳的长度不变，由此特点，可知绳中的张力可以突变．
刚性杆、绳(线)和接触面都可以认为是不发生明显形变就能产生弹力的物体，若剪断(或脱离)后，其中弹力立即消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给杆、细线、轻绳和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型来处理．
2．中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型，具有以下几个特性(1)轻：其质量和重力均可视为零，同一弹簧(或橡皮绳)两端及其中间各点的弹力大小相等．(2)弹簧既能承受拉力，也能承受压力；橡皮绳只能承受拉力，不能承受压力．(3)因为弹簧和橡皮绳受力时，恢复形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的力不能突变．
【小题自测】1．如图所示，一根弹簧一端固定在左侧竖直墙上，另一端连着A小球，同时水平细线一端连着A球，另一端固定在右侧竖直墙上，弹簧与竖直方向的夹角是60°，A、B两小球分别连在另一根竖直弹簧两端．开始时A、B两球都静止不动，A、B两小球的质量相等，重力加速度为g，若不计弹簧质量，在水平细线被剪断瞬间，A、B两球的加速度分别为(　　)
1．超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有______的加速度．2．失重　(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有________的加速度．
3．尽管物体的加速度不在竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于______或______状态．4．物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于______．
【小题自测】2．下列运动物体或人处于超重状态的是(　　)A．汽车驶过拱桥顶端时B．过山车恰好通过轨道的最高点时C．荡秋千的小孩通过最低点时D．景海鹏和陈冬在“天宫二号”中绕地球运行时【答案】C
1．整体法当系统中各物体的加速度相同时，我们可以把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各物体的质量之和，当整体受到的外力已知时，可用__________求出整体的加速度．2．隔离法从研究的方便出发，当求解系统内物体间的相互作用力时，常把物体从系统中“隔离”出来进行分析，依据牛顿第二定律列方程求解．
知识三　整体法与隔离法
3．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________，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________．如果把某物体隔离出来作为研究对象，则内力将转换为隔离体的外力．
【小题自测】3．如图，物体A、B、C放在光滑水平面上用细线a、b连接，力F作用在A上，使三物体在水平面上的运动，若在B上放一小物体D，D随B一起运动，且原来的拉力F保持不变，那么加上物体D后两绳中拉力的变化是(　　)A．Tb不变B．Tb增大　C．Ta变小D．Ta增大【答案】D
命题点一　超重与失重　[自修掌握类]
1．当出现超重、失重时，物体的重力并没变化．2．物体处于超重状态还是失重状态，只取决于加速度方向向上还是向下，与速度方向无关．3．物体超重或失重的大小计算：F＝ma．4．当物体处于完全失重状态时，一切由于重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生向下的压强等．
例1　为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示，当此车减速上坡时，乘客(仅考虑乘客与水平面之间的作用)(　　)A．处于超重状态B．不受摩擦力的作用C．受到向后(水平向左)的摩擦力作用D．所受合力竖直向上【答案】C
【解析】当车减速上坡时，加速度方向沿斜坡向下，人的加速度与车的加速度相同，根据牛顿第二定律知人的合力方向沿斜面向下，合力的大小不变．人受重力、支持力和水平向左的静摩擦力，如图．将加速度沿竖直方向和水平方向分解，则有竖直向下的加速度，则mg－FN＝may，FN＜mg，乘客处于失重状态，故A、B、D错误，C正确．
1．一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示．乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示．重力加速度大小为g．以下判断正确的是(　　)A． 0～t1时间内，v增大，FN＞mgB．t1～t2时间内，v减小，FN＜mgC．t2～t3时间内，v增大，FN＜mgD．t2～t3时间内，v减小，FN＞mg【答案】D
【解析】由于s－t图像的斜率表示速度，可知在0～t1时间内速度增加，即乘客加速度向下，处于失重状态，则FN＜mg，A错误；在t1～t2时间内速度不变，即乘客匀速下降，则FN＝mg，B错误；在t2～t3时间内速度减小，即乘客减速下降，处于超重状态，则FN＞mg，C错误，D正确．
2．如图所示，在近地圆轨道环绕地球运行的“天宫二号”的实验舱内，航天员们在敬礼时(　　)A．不受地球引力B．处于平衡状态，加速度为零C．处于失重状态，加速度约为gD．地板的支持力与地球引力平衡【答案】C
【解析】“天宫二号”做匀速圆周运动时航天员处于完全失重状态．此时仍受到地球引力作用，只不过引力恰好充当向心力，向心加速度近似等于g；此时人对地板没有压力，地板对人也没有支持力．故C正确，A、B、D错误．
解题方略　超重和失重现象判断的两个技巧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，小于重力时处于失重状态，等于0时处于完全失重状态．2．从速度变化的角度判断(1)物体向上加速或向下减速时，超重；(2)物体向下加速或向上减速时，失重．
命题点二　图像问题　[师生共研类]
1．常见的图像常见的图像有v－t图像，a－t图像，F－t图像，F－a图像等．2．图像间的联系加速度是联系v－t图像与F－t图像的桥梁．
3．图像的应用(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况．(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况．(3)通过图像对物体的受力与运动情况进行分析．
4．解答图像问题的策略(1)弄清图像坐标轴、斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义．(2)应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断．
例2　(多选)如图甲，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平．t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4 s时撤去外力．细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图乙所示，木板的速度v与时间t的关系如图丙所示．木板与实验台之间的摩擦可以忽略，重力加速度取10 m/s2．由题给数据可以得出(　　)
A．木板的质量为1 kgB．2～4 s内，力F的大小为0.4 NC．0～2 s内，力F的大小保持不变D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2【答案】AB
【解析】由速度图像可知，在0～2 s内，木板和物块都处于平衡状态，则外力F与细绳的拉力f大小相等，F逐渐增大，C错误．在2～4 s内，细绳的拉力大小为0.2 N，物块保持静止，由平衡条件和牛顿第三定律可知，物块对木板的摩擦力f1＝0.2 N，木板做加速运动，加速度a1＝0.2 m/s2，由牛顿第二定律得F－f1＝Ma1；在4～5 s时间内，木板只受摩擦力f1作用而做减速运动，加速度大小a2＝0.2 m/s2，由牛顿第二定律得f1＝Ma2，联立可得M＝1 kg，F＝0.4 N，A、B正确．物块的质量未知，故无法求出物块与木板之间的动摩擦因数，D错误．
1．广州塔，昵称“小蛮腰”，总高度达600 m，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t＝0时由静止开始上升，a－t图像如图所示．则下列相关说法正确的是(　　)
A．t＝4.5 s时，电梯处于失重状态B．5～55 s时间内，绳索拉力最小C．t＝59.5 s时，电梯处于超重状态D．t＝60 s时，电梯速度恰好为零【答案】D
【解析】利用a－t图像可判断t＝4.5 s时，电梯有向上的加速度，电梯处于超重状态，则A错误；0～5 s 时间内，电梯处于超重状态，拉力大于重力，5～55 s时间内，电梯处于匀速上升过程，拉力等于重力，55～60 s时间内，电梯处于失重状态，拉力小于重力，综上所述，B、C错误；因a－t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t＝60 s时为零，D正确．
2．如图甲所示，足够长的光滑固定的斜面上有一物体，物体在一沿斜面向上的推力F的作用下沿斜面向上运动，在0～2 s内推力的大小F1＝5 N，在2～4 s内推力的大小F2＝5.5 N，该过程中物体的速度随时间变化的规律如图乙所示，g取10 m/s2，则(　　)
A．物体在前4 s内的位移为8 mB．在第3 s末物体的加速度大小为2 m/s2C．物体质量为2 kgD．斜面与水平面的夹角为30°【答案】D
【解析】由速度—时间图像可知，图线与坐标轴围成的面积表示位移，即0～4 s内物体的位移为5 m，A错误；由图像得，在2～4 s内物体的加速度a＝0.5 m/s2，B错误；在0～2 s内物体做匀速直线运动，重力沿斜面向下的分力等于5 N，在2～4 s内由牛顿第二定律有F2－F1＝ma，解得m＝1 kg，C错误；设斜面与水平面的夹角为α，则F2－mgsin α＝ma，解得α＝30°，D正确．
命题点三　动力学多过程问题　[师生共研类]
求解多过程物理问题，要能够将多过程分解为多个子过程，在每一个子过程中，对物体进行正确的受力分析，正确求解加速度和找到连接各阶段运动的物理量是关键，作出物体整个运动过程的示意图，可使问题的分析与求解较为直观．
例3　如图，斜面AB段粗糙，BC段长为1.2 m且光滑．滑块以初速度v0＝9 m/s由A沿斜面开始向上滑行，经过B处速度为vB＝3 m/s，到达C处速度恰好为零．滑块在AB、BC滑行时间相等．求：(1)滑块从B滑到C的时间及加速度大小；(2)滑块从A滑到B的加速度大小；(3)滑块从C点回到A点的速度大小．
(3)设斜面倾角为θ，滑块在BC和AB段上升时，受力情况如图所示，－mgsin θ＝－ma1，－mgsin θ－f＝ma2，解得f＝3.75m＝ma1＝mgsin θ．物体从B→C→B，由运动的对称性可知，滑块返回到B点时速度大小仍为3 m/s, 当滑块返回到AB段时合力为零，滑块匀速下滑，所以滑块运动到斜面低端A时速度大小仍然为3 m/s．
2．如图甲所示，质量为M＝4 kg 足够长的木板静止在光滑的水平面上，在木板的中点放一个质量m＝4 kg、大小可以忽略的铁块，铁块与木板之间的动摩擦因数为μ＝0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．两物块开始均静止，从t＝0时刻起铁块m受到水平向右、大小如图乙所示的拉力F的作用，F作用的时间为6 s(取g＝10 m/s2)，则：(1)铁块和木板在前2 s的加速度大小分别为多少？(2)铁块和木板相对静止前，运动的位移大小各为多少？(3)力F作用的最后2 s内，铁块和木板的位移大小分别是多少？
解：(1)前2 s，根据牛顿第二定律，对铁块分析得F－μmg＝ma1，解得a1＝3 m/s2．对木板分析得μmg＝Ma2，解得a2＝2 m/s2．
1．一个质量为50 kg的人，站在竖直向上运动着的升降机地板上，他看到升降机上挂着重物的弹簧测力计上示数为40 N，已知重物质量为5 kg，g取10 m/s2，则升降机中物体所处状态和这时人对升降机地板的压力为(　　)A．超重状态，500 NB．超重状态，50 NC．失重状态，400 ND．失重状态，40 N【答案】C
2．(多选)质量均为m的A、B两个小球之间系一个质量不计的弹簧，放在光滑的台面上．A紧靠墙壁，如图所示，现用恒力F将B球向左挤压弹簧，达到平衡时，突然将力F撤去，此瞬间(　　)
4．如图，相距L＝12.0 m的两平台位于同一水平面内，二者之间用传送带相接．传送带向右匀速运动，其速度的大小v可以由驱动系统根据需要设定．质量m＝10 kg的载物箱(可视为质点)，以初速度v0＝5.0 m/s自左侧平台滑上传送带．载物箱与传送带间的动摩擦因数μ＝0.10，重力加速度g取10 m/s2．
(1)若v＝4.0 m/s，求载物箱通过传送带所需的时间；(2)求载物箱到达右侧平台时所能达到的最大速度和最小速度．