人教版高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的综合应用课件

这是一份人教版高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的综合应用课件，共60页。PPT课件主要包含了超重失重现象，等于零，竖直向下，a＝g，加速度，相互作用的内力，研究对象，物体间，答案BD，答案A等内容，欢迎下载使用。

二、牛顿运动定律的应用1．整体法：当连接体内(即系统内)各物体的 相同时，可以把系统内的所有物体看成一个 ，分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对 列方程求解的方法。2．隔离法：当求系统内物体间 时，常把某个物体从系统中 出来，分析其受力和运动情况，再用牛顿第二定律对 出来的物体列方程求解的方法。
3．外力和内力(1)外力：系统外的物体对 的作用力。(2)内力：系统内 的作用力。
2．超重与失重的理解(1)不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变。(2)物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体的加速度方向，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。(3)当物体处于完全失重状态时，重力只能使物体产生a＝g的加速度效果，不再有其他效果。
1．(2021·山东泰安高三质检)下列说法正确的是(　　)A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
解析：体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于静止状态，蹦床运动员在空中上升和下落过程中加速度向下，都处于失重状态，故选项A错误，B正确；举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于静止状态，游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于静止状态，选项C、D错误。
2.(2021·广东珠海高三上学期第二次月考)如图所示，压缩的轻弹簧将金属块卡在矩形箱内，在箱的上顶板和下底板均安有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。当箱静止时，上顶板的传感器显示的压力F1＝2 N，下底板传感器显示的压力F2＝6 N，重力加速度g取10 m/s2。下列判断正确的是(　　)A．若加速度方向向上，随着加速度缓慢增大，F1逐渐减小，F2逐渐增大B．若加速度方向向下，随着加速度缓慢增大，F1逐渐增大，F2逐渐减小C．若加速度方向向上，且大小为5 m/s2时，F1的示数为零D．若加速度方向向下，且大小为5 m/s2时，F2的示数为零
解析：若加速度方向向上，在金属块未离开上顶板时弹簧的压缩量不变，则F2不变，根据牛顿第二定律得F2－mg－F1＝ma，得F1＝F2－mg－ma，可知随着加速度缓慢增大，F1逐渐减小，故A错误；若加速度方向向下，在金属块未离开上顶板时弹簧的压缩量不变，则F2不变，根据牛顿第二定律得mg＋F1－F2＝ma，得F1＝F2－mg＋ma，可知随着加速度缓慢增大，F1逐渐增大，故B错误；当箱静止时，有F2＝mg＋F1，得m＝0.4 kg，若加速度方向向上，当F1＝0时，由A项分析有F1＝F2－mg－ma＝0，解得a＝5 m/s2，故C正确；若加速度方向向下，且大小为5 m/s2，小于重力加速度，不是完全失重，弹簧不可能恢复原长，则F2的示数不可能为零，故D错误。
(2)物物叠放连接体：稳定时，各部分加速度大小相等。
(3)轻绳(杆或物体)连接体①轻绳：轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等的。②轻杆：轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度；轻杆转动时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比；物体相连时有相同的加速度。
2．连接体问题的分析方法
动力学中的连接体问题是高考的热点，分析近几年的高考题可以发现，每年的命题虽然都有新意，但每年的考题常源于教材习题或教材中的科普材料的拓展提升，以落实核心素养为重点的新高考更会关注教材内容的拓展。教材内容多以简单的两物体相连为背景考查整体法、隔离法的基本应用，而高考题通常会拓展为多物体间的相互作用，有时还会与图象问题、临界问题相结合，综合考查学生灵活应用的能力。同学们可通过以下示例认真体会，进一步发现高考真题与教材内容间的溯源关系，做到新高考的精准复习。
[典例1]　[人教版必修1·P77·“科学漫步”]1966年曾在地球的上空完成了以牛顿第二定律为基础的测定质量的实验。实验时，用双子星号宇宙飞船m1去接触正在轨道上运行的火箭组m2(后者的发动机已熄火)。接触以后，开动双子星号飞船的推进器，使飞船和火箭组共同加速(如图)。推进器的平均推力F等于895 N，推进器开动时间为7 s。测出飞船和火箭组的速度变化是0.91 m/s。双子星号宇宙飞船的质量是已知的，m1＝3 400 kg，我们要求的是火箭的质量m2。
[答案]　3 484.6 kg
【真题命题立意】　本题在典例1中两物体相互作用的基础上，拓展为多物体连接在一起的匀加速运动，题目中的条件信息由典例1中直接给出速度的变化和时间，拓展为拉力和加速度信息，但考查的核心知识点仍然是整体法、隔离法的应用。
拓展❷　将两物体间的相连拓展为两物体叠加(多选)(2019·高考全国卷Ⅲ)如图(a)，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(b)所示，木板的速度v与时间t的关系如图(c)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
【真题命题立意】　本题在典例1中两物体相互作用的基础上，拓展为两物体叠加在一起的匀变速运动，题目中的条件信息由典例1中直接给出速度的变化和时间，拓展为拉力图象和速度图象信息，考查物理素养中的运动和力的观念，核心知识仍是整体法和隔离法的应用。
4 s以后有F摩＝ma2，且知F摩＝μMg＝0.2 N，解得m＝1 kg，F＝0.4 N，但由于不知道物块的质量M，故无法求出物块与木板之间的动摩擦因数，选项A、B正确，D错误。0～2 s内，木板处于静止状态，F的大小等于物块与木板之间的静摩擦力，而物块与木板之间的静摩擦力等于f，则由题图(b)知，F是均匀增加的，选项C错误。答案：AB
方法技巧相同加速度连接体的处理方法(1)处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，常按以下思路：①求内力时，先用整体法求加速度，再用隔离法求物体间的作用力。②求外力时，先用隔离法求加速度，再用整体法求整体受到的外力。(2)用隔离法分析物体间的作用力时，一般应选受力个数较少的物体进行分析。　
3．如图所示，质量为M的斜面体A置于粗糙水平地面上，斜面体与水平地面间的动摩擦因数为μ，物体B与斜面间无摩擦。在水平向左的推力F作用下，A与B一起做匀加速直线运动，两者无相对滑动。已知斜面的倾角为θ，物体B的质量为m，则它们的加速度a及推力F的大小为(　　)A．a＝gsin θ，F＝(M＋m)g(μ＋sin θ)B．a＝gcs θ，F＝(M＋m)gcs θC．a＝gtan θ，F＝g(M＋m)(μ＋tan θ)D．a＝gcs θ，F＝μ(M＋m)g
4．(多选)如图所示，在粗糙的水平面上，质量分别为m和M的物块A、B用轻弹簧相连，两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ，当用水平力F作用于B上且两物块共同向右以加速度a1匀加速运动时，弹簧的伸长量为x1；当用同样大小的恒力F沿着倾角为θ的光滑斜面方向作用于B上且两物块共同以加速度a2沿斜面向上匀加速运动时，弹簧的伸长量为x2。下列说法正确的是(　　) A．若m>M，有x1＝x2　　B．若msin θ，有x1>x2 D．若μ2．动力学图象问题的解题策略(1)问题实质是力与运动的关系，解题的关键在于弄清图象斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义。(2)应用物理规律列出与图象对应的函数方程式，进而明确“图象与公式”“图象与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。
由图象分析物体的运动[典例2]　(多选)质量m＝2 kg、初速度v0＝8 m/s的物体沿着粗糙水平面向右运动，物体与地面之间的动摩擦因数μ＝0.1，同时物体还受到一个随时间按如图所示规律变化的水平拉力F的作用。设水平向右为拉力的正方向，且物体在t＝0时刻开始运动，g取10 m/s2，则以下结论正确的是(　　)A．0～1 s内，物体的加速度大小为2 m/s2B．1～2 s内，物体的加速度大小为2 m/s2C．0～1 s内，物体的位移为7 mD．0～2 s内，物体的总位移为11 m
　由图象分析物体的受力[典例3]　(多选)(2021·湖南株洲高三检测)粗糙水平面上静止放置质量均为m的A、B两物体，它们分别受到水平恒力F1、F2的作用后各自沿水平面运动了一段时间，之后撤去F1、F2，两物体最终都停止，其vt图象如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．A、B两物体与地面间的动摩擦因数之比为2∶1B．F1与A物体所受摩擦力大小之比为3∶1 C．F1和F2大小之比为2∶1D．A、B两物体通过的总位移大小相等
　 由题目条件确定物理量的变化[典例4]　如图所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接。下图中v、a、f和s分别表示物体的速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程。下图正确的是(　　)
[解析]　根据物体的受力情况，可以判断出物体先是在斜面上做匀加速直线运动，到达水平面之后，做匀减速运动，所以物体运动的速度—时间图象应该是倾斜的直线，不能是曲线，A错误；由于物体的运动先是匀加速运动，后是匀减速运动，在每一个运动的过程中物体的加速度大小是不变的，所以物体的加速度—时间图象应该是两段水平的直线，不能是倾斜的直线，B错误；在整个运动的过程中，物体受到的都是滑动摩擦力，摩擦力的大小在同一阶段是不变的，并且由于在斜面上时的压力比在水平面上时的压力小，所以滑动摩擦力也比在水平面上时的小，
5.(2021·湖北武汉高三质检)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。现用一竖直向下的力F作用在P上，使其向下做匀加速直线运动，在弹簧的弹性限度内，下列是力F和运动时间t之间关系的图象，其中正确的是(　　)
(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限度的，绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力，绳子松弛与拉紧的临界条件是FT＝0。(4)加速度变化时，速度达到最值的临界条件：当加速度变为0时，速度达到最大值或最小值。
2．“三种”典型的常用方法
　动力学中的极值问题[典例6]　足够长的木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变，当θ＝30°时，可视为质点的一小物块恰好能沿着木板匀速下滑，如图甲所示。若让该小物块从木板的底端以大小恒定的初速度v0＝10 m/s沿木板向上运动，如图乙所示，随着θ的改变，小物块沿木板滑行的最大距离x将发生变化。重力加速度g取10 m/s2。
(1)求小物块与木板间的动摩擦因数；(2)当θ满足什么条件时，小物块沿木板滑行的最大距离最小，并求出此最小值。[思路点拨]　(1)分析物体的运动过程，做好受力分析。(2)根据动力学知识写出数学表达式，进而讨论出极值。
7．(2021·河北衡水中学调研)如图所示，在光滑水平面上有一辆小车A，其质量为mA＝2.0 kg，小车上放一个物体B，其质量为mB＝1.0 kg。如图甲所示，给B一个水平推力F，当F增大到稍大于3.0 N时，A、B开始相对滑动。如果撤去F，对A施加一水平推力F′，如图乙所示，要使A、B不相对滑动，则F′的最大值Fmax为(　　)A．2.0 N　B．3.0 N C．6.0 N D．9.0 N
解析：在题图甲中，设A、B间的静摩擦力达到最大值Ffmax时，系统的加速度为a，根据牛顿第二定律，对A、B整体有F＝(mA＋mB)a，对A有Ffmax＝mAa，代入数据解得Ffmax＝2.0 N。在题图乙所示情况中，设A、B刚开始滑动时系统的加速度为a′，根据牛顿第二定律，以B为研究对象有Ffmax＝mBa′，以A、B整体为研究对象，有Fmax＝(mA＋mB)a′，代入数据解得Fmax＝6.0 N，故C正确。