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考點一對超重 失重的理解 考點二動力學中的圖像問題 考點三動力學中的多過程問題 考點 第三章牛頓運動定律 高三物理一輪復習 第3節(jié)牛頓運動定律的綜合應用 1 對超重的理解 2015 北京東城區(qū)期末 人站在電梯中隨電梯一起運動 下列過程中人處于超重狀態(tài)的是 A 電梯加速上升B 電梯加速下降C 電梯勻速上升D 電梯勻速下降 人在豎直方向受到重力和電梯提供的彈力作用 由牛頓第二定律有F G ma 若人處于超重狀態(tài) 此時人對電梯的壓力大于人本身的重力 則應有力F大于G 加速度方向向上 選項A正確 B C D錯誤 解析 答案 基礎自測 A 2 對失重現(xiàn)象的理解 多選 在下列運動過程中 人處于失重狀態(tài)的是 A 小朋友沿滑梯加速滑下B 乘客坐在沿平直路面減速行駛的汽車內(nèi)C 宇航員隨飛船繞地球做圓周運動D 跳水運動員離開跳板后向上運動 當小朋友沿滑梯加速下滑時 具有向下的加速度 人處于失重狀態(tài) A正確 乘客坐在沿平直路面減速行駛的汽車內(nèi) 對乘客受力分析可得在豎直方向汽車對乘客的作用力平衡了乘客的重力 乘客不處于失重狀態(tài) B錯誤 宇航員隨飛船繞地球做圓周運動 宇航員處于完全失重狀態(tài) 運動員離開跳板后僅受重力作用處于完全失重狀態(tài) C D正確 基礎自測 解析 答案 ACD 3 動力學中圖象問題 原來靜止的物體受到外力F的作用 如圖所示為力F隨時間變化的圖線 則與F t圖象對應的v t圖象是 基礎自測 解析 答案 圖片顯 隱 B 4 動力學中多過程問題 2015 湖南長沙長郡中學檢測 多選 如圖所示為跳水運動員最后踏板的過程 運動員從高處落到處于自然狀態(tài)的跳板A位置上 同跳板一起向下運動到最低點B位置 運動員從A運動到B的過程中 下列說法正確的是 A 運動員到達A位置時處于失重狀態(tài)B 運動員到達B位置時處于超重狀態(tài)C 運動員的速度一直在增大D 運動員的加速度一直在增大 由受力分析及牛頓定律知 運動員從A運動到B的過程中 速度先增大后減小 加速度先減小后增大 C D錯誤 運動員在A位置時加速度方向向下 處于失重狀態(tài) A正確 運動員在B位置時加速度方向向上 處于超重狀態(tài) B正確 基礎自測 解析 答案 圖片顯 隱 AB 超重和失重1 超重 1 物體對水平支持物的壓力 或對豎直懸掛物的拉力 物體所受重力的情況稱為超重現(xiàn)象 2 產(chǎn)生條件 物體具有 的加速度 2 失重 1 物體對水平支持物的壓力 或對豎直懸掛物的拉力 物體所受重力的情況稱為失重現(xiàn)象 2 產(chǎn)生條件 物體具有 的加速度 教材梳理 大于 向上 小于 向下 3 完全失重物體對水平支持物的壓力 或對豎直懸掛物的拉力 的情況稱為完全失重現(xiàn)象 4 視重當物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時 彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為視重 視重大小等于秤所受的拉力或壓力 教材梳理 為零 1 超重并不是重力增加了 失重并不是重力減小了 完全失重也不是重力完全消失了 在發(fā)生這些現(xiàn)象時 物體的重力依然存在 且不發(fā)生變化 只是物體對支持物的壓力 或對懸掛物的拉力 發(fā)生了變化 即 視重 發(fā)生變化 2 只要物體有向上或向下的加速度 物體就處于超重或失重狀態(tài) 與物體向上運動還是向下運動無關 3 盡管物體的加速度不是在豎直方向 但只要其加速度在豎直方向上有分量 物體就會處于超重或失重狀態(tài) 4 物體超重或失重的多少是由物體的質量和豎直加速度共同決定的 其大小等于ma 考點一對超重 失重的理解 考點闡釋 5 當物體處于完全失重狀態(tài)時 重力只產(chǎn)生使物體具有a g的加速度效果 不再產(chǎn)生其他效果 此時 平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失 如單擺停擺 天平失效 浸在水中的物體不再受浮力 液柱不再產(chǎn)生向下的壓強等 考點闡釋 考點一對超重 失重的理解 題組一超重 失重現(xiàn)象分析與判斷1 2014 高考北京卷 應用物理知識分析生活中的常見現(xiàn)象 可以使物理學習更加有趣和深入 例如平伸手掌托起物體 由靜止開始豎直向上運動 直至將物體拋出 對此現(xiàn)象分析正確的是 A 手托物體向上運動的過程中 物體始終處于超重狀態(tài)B 手托物體向上運動的過程中 物體始終處于失重狀態(tài)C 在物體離開手的瞬間 物體的加速度大于重力加速度D 在物體離開手的瞬間 手的加速度大于重力加速度 物體超重時具有向上的加速度 失重時具有向下的加速度 物體向上運動過程中先向上加速 之后的運動狀態(tài)不確定 A B錯誤 物體離開手的瞬間 只受重力 加速度等于重力加速度 C錯誤 物體離開手 可知物體和手的速度不相同 手的速度更慢 從手托物體一起運動到分開 手必須更快地減小速度 因此手的加速度大于物體的加速度 D正確 題組設計 解析 答案 D 考點一對超重 失重的理解 2 2015 河北冀州中學檢測 在探究超重和失重規(guī)律時 某體重為G的同學站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作 傳感器和計算機相連 經(jīng)計算機處理后得到壓力F隨時間t變化的圖象 則下列圖象中可能正確的是 未蹲下時 該同學對傳感器的壓力等于其重力 下蹲的初始階段 該同學從靜止開始做加速運動 其加速度方向豎直向下 處于失重狀態(tài) 對傳感器的壓力小于其重力 速度達到最大后 又做減速運動 其加速度方向豎直向上 處于超重狀態(tài) 對傳感器的壓力大于其重力 D正確 題組設計 解析 答案 圖片顯 隱 D 考點一對超重 失重的理解 題組二超重 失重的計算3 2015 合肥高三質檢 據(jù)某網(wǎng)站消息 安徽鳳陽縣7歲 大力士 楊金龍聲名鵲起后 南京 天津等地諸多體育專業(yè)學校紛紛向他拋出橄欖枝 最終 在安徽省舉重隊推薦下小金龍選擇了銅陵市業(yè)余體校舉重隊 教練盛紅星稱 在省隊測試的時候 小金龍不僅舉起45kg杠鈴 還背起體重高達120kg的王軍教練 簡直能 秒殺同齡的施瓦辛格 g 10m s2 請計算 1 小金龍的舉力是一定的 則有F1 mg 450N在以a 2m s2勻加速下降的電梯中 設其能舉起杠鈴的質量為m1 則有m1g F1 m1a解得m1 56 25kg 題組設計 解析 考點一對超重 失重的理解 1 在以a 2m s2勻加速下降的電梯中小金龍能舉起杠鈴的質量是多少 2 在以a 2m s2勻加速上升的電梯中小金龍能背起的質量又是多少 2 小金龍能背起的重量是一定的 則有F2 Mg 1200N在以a 2m s2勻加速上升的電梯中 設其能背起的質量為m2 則有F2 m2g m2a解得m2 100kg 題組設計 解析 答案 1 56 25kg 2 100kg 考點一對超重 失重的理解 判斷物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)的方法 1 從受力的角度判斷當物體受向上的拉力 或支持力 大于重力時 物體處于超重狀態(tài) 小于重力時處于失重狀態(tài) 等于零時處于完全失重狀態(tài) 2 從加速度的角度判斷當物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài) 具有向下的加速度時處于失重狀態(tài) 向下的加速度為重力加速度時處于完全失重狀態(tài) 3 從速度變化角度判斷 物體向上加速或向下減速時 超重 物體向下加速或向上減速時 失重 規(guī)律總結 考點一對超重 失重的理解 1 圖象的類型 1 已知物體在一過程中所受的某個力隨時間變化的圖線 要求分析物體的運動情況 2 已知物體在一運動過程中速度 加速度隨時間變化的圖線 要求分析物體的受力情況 2 問題的實質問題的實質是力與運動的關系問題 求解這類問題的關鍵是理解圖象的物理意義 理解圖象的軸 點 線 截 斜 面六大功能 考點二動力學中的圖象問題 考點闡釋 題組一根據(jù)題干信息選圖1 2015 開封模擬 一個物體在多個力的作用下處于靜止狀態(tài) 如果僅使其中一個力的大小逐漸減小到零 然后又從零逐漸恢復到原來的大小 此力的方向始終未變 在這個過程中其余各力均不變 那么 下列各圖中能正確描述該過程中物體速度變化情況的是 由題意可知 其中一個力的大小逐漸減小到零 然后又從零逐漸恢復到原來的大小的過程中 物體所受合外力先增大后減小 物體運動的加速度先增大后減小 對比各個選項可知答案選D 題組設計 解析 答案 圖片顯 隱 D 考點二動力學中的圖象問題 2 如圖所示 表面處處同樣粗糙的楔形木塊abc固定在水平地面上 ab面和bc面與地面的夾角分別為 和 且 一初速度為v0的小物塊沿斜面ab向上運動 經(jīng)時間t0后到達頂點b時 速度剛好為零 然后讓小物塊立即從靜止開始沿斜面bc下滑 在小物塊從a運動到c的過程中 可能正確描述其速度大小v與時間t的關系的圖象是 通過受力分析可知 物塊上滑過程做勻減速直線運動 下滑過程做勻加速直線運動 上滑過程a gsin gcos 下滑過程a gsin gcos 所以a a 在v t圖象上表現(xiàn)為上滑階段v t圖線斜率的絕對值大 因 所以上滑階段的位移小 題組設計 解析 答案 圖片顯 隱 C 考點二動力學中的圖象問題 于下滑階段的位移 在v t圖象上表現(xiàn)為下滑階段的v t圖線與坐標軸所圍面積較大 物塊由于克服摩擦力做功而有機械能損失 到達c點時的速度v v0 綜上分析 C正確 題組設計 解析 考點二動力學中的圖象問題 題組二利用圖象信息解題3 2015 沈陽質量檢測 多選 如圖甲所示 為測定物體沖上粗糙斜面能達到的最大位移x與斜面傾角 的關系 將某一物體每次以不變的初速率v0沿足夠長的斜面向上推出 調節(jié)斜面與水平方向的夾角 實驗測得x與斜面傾角 的關系如圖乙所示 g取10m s2 根據(jù)圖象可求出 當傾角達到90 時 物體將做豎直上拋運動 此時上升的高度為1 8m 由運動規(guī)律可求得初速率v0 6m s 選項A錯誤 當角度為0 時 物體相當于在水平面上運動 此時位移為2 4m 由運動學規(guī)律和牛頓運動定律可得 動摩擦因數(shù) 0 75 題組設計 解析 答案 圖片顯 隱 BC 考點二動力學中的圖象問題 A 物體的初速率v0 3m sB 物體與斜面間的動摩擦因數(shù) 0 75C 取不同的傾角 物體在斜面上能達到的位移x的最小值xmin 1 44mD 當某次 30 時 物體達到最大位移后將沿斜面下滑 題組設計 解析 考點二動力學中的圖象問題 4 2014 高考新課標全國 卷 2012年10月 奧地利極限運動員菲利克斯 鮑姆加特納乘氣球升至約39km的高空后跳下 經(jīng)過4分20秒到達距地面約1 5km高度處 打開降落傘并成功落地 打破了跳傘運動的多項世界記錄 取重力加速度的大小g 10m s2 題組設計 解析 圖片顯 隱 考點二動力學中的圖象問題 1 若忽略空氣阻力 求該運動員從靜止開始下落至1 5km高度處所需的時間及其在此處速度的大小 2 實際上 物體在空氣中運動時會受到空氣的阻力 高速運動時所受阻力的大小可近似表示為f kv2 其中v為速率 k為阻力系數(shù) 其數(shù)值與物體的形狀 橫截面積及空氣密度有關 已知該運動員在某段時間內(nèi)高速下落的v t圖象如圖所示 若該運動員和所帶裝備的總質量m 100kg 試估算該運動員在達到最大速度時所受阻力的阻力系數(shù) 結果保留1位有效數(shù)字 2 該運動員達到最大速度vmax時 加速度為零 根據(jù)牛頓第二定律有mg kv 由所給的v t圖象可讀出vmax 360m s 由 式得k 0 008kg m 題組設計 解析 答案 1 87s8 7 102m s 2 0 008kg m 考點二動力學中的圖象問題 1 動力學圖象問題的解題策略 弄清圖象斜率 截距 交點 拐點的物理意義 應用物理規(guī)律列出與圖象對應的函數(shù)方程式 2 分析圖象問題時常見的誤區(qū) 沒有看清縱 橫坐標所表示的物理量及單位 不注意坐標原點是否從零開始 不清楚圖線的點 斜率 面積等的物理意義 忽視對物體的受力情況和運動情況的分析 規(guī)律總結 考點二動力學中的圖象問題 1 多過程問題很多動力學問題中涉及物體有兩個或多個連續(xù)的運動過程 在物體不同的運動階段 物體的運動情況和受力情況都發(fā)生了變化 這類問題稱為牛頓運動定律中的多過程問題 2 類型多過程問題可根據(jù)涉及物體的多少分為單體多過程問題和多體多過程問題 3 解題策略 1 任何多過程的復雜物理問題都是由很多簡單的小過程構成 有些是承上啟下 上一過程的結果是下一過程的已知 這種情況 考點三動力學中的多過程問題 考點闡釋 一步一步完成即可 2 有些是樹枝型 告訴的只是旁支 要求的是主干 或另一旁支 這就要求仔細審題 找出各過程的關聯(lián) 按順序逐個分析 對于每一個研究過程 選擇什么規(guī)律 應用哪一個運動學公式要明確 3 注意兩個過程的連接處 加速度可能突變 但速度不會突變 速度是聯(lián)系前后兩個階段的橋梁 考點闡釋 考點三動力學中的多過程問題 設運動員乘坐雪輪船沿斜面雪道滑動時的加速度為a0 滑到斜面底端時的速度大小為v 則有 M m gsin 1 M m gcos M m a0v2 2a0l 題組設計 解析 1 某電視臺闖關競技節(jié)目的第一關是雪滑梯 其結構可 以簡化為如圖所示模型 雪滑梯頂端距地面高為h 15m 滑梯斜面雪道長為l 25m 在距離斜面雪道底端x0 20m處的水平雪道上有一海綿坑 比賽時參賽運動員乘坐一質量為M的雪輪胎從賽道頂端滑下 在水平雪道上翻離雪輪胎 考點三動力學中的多過程問題 滑向海綿坑 運動員停在距離海綿坑1m范圍內(nèi)算過關 已知雪輪胎與雪道間的動摩擦因數(shù) 1 0 3 運動員與雪道間的動摩擦因數(shù) 2 0 8 假設運動員離開雪輪胎的時間不計 運動員落到雪道上時的水平速度不變 求質量為m的運動員 可視為質點 在水平雪道上的什么區(qū)域離開雪輪胎才能闖關成功 在水平雪道上運動時 設運動員乘坐雪輪胎時的加速度大小為a1 翻下后的加速度大小為a2 根據(jù)牛頓第二定律有 1 M m g M m a1 2mg ma2 題組設計 解析 考點三動力學中的多過程問題 題組設計 解析 答案 6 7 6m 考點三動力學中的多過程問題 1 設小物塊和小車的加速度分別為am aM 由牛頓第二定律得 mg mam F mg MaM代入數(shù)據(jù)解得am 2m s2 aM 0 5m s2 設經(jīng)過時間t1兩者達到相同的速度 由amt1 v0 aMt1得t1 1s 題組設計 解析 2 如圖所示 質量為M 8kg的 小車放在光滑的水平面上 在小車左端加一水平推力F 8N 當小車向右運動的速度達到v0 1 5m s時 小車前端輕輕放上一個大小不計 質量為m 2kg的小物塊 小物塊與小車間的動摩擦因數(shù) 0 2 已知在運動過程中 小物塊沒有從小車上掉下來 取g 10m s2 求 考點三動力學中的多過程問題 2 當兩者達到相同的速度后 假設兩者保持相對靜止 以共同的加速度a做勻加速運動 對小物塊和小車構成的整體 由牛頓第二定律得F M m a 得a 0 8m s2 題組設計 解析 1 經(jīng)過多長時間兩者達到相同的速度 2 小車至少多長才能保證小物塊不從小車上掉下來 3 從小物塊放上小車開始 經(jīng)過t 1 5s小物塊通過的位移大小為多少 考點三動力學中的多過程問題 題組設計 1 1s 2 0 75m 3 2 1m 考點三動力學中的多過程問題 解析 答案 規(guī)律總結 分析 多過程 問題的方法要領 1 將 多過程 分解為許多 子過程 各 子過程 間由 銜接點 連接 2 對各 子過程 進行受力分析和運動分析 必要時畫出受力圖和過程示意圖 3 根據(jù) 子過程 和 銜接點 的模型特點選擇合理的動力學規(guī)律列方程 4 分析 銜接點 位移 速度 加速度等的關聯(lián) 確定各段間的時間關系 位移關系 速度關系等 并列出相關的輔助方程 5 聯(lián)立方程組 分析求解 并對結果進行必要的討論或驗證 考點三動力學中的多過程問題 1 超重和失重的三點警示 1 超重是物體有向上的加速度 而不一定是速度向上 2 失重是物體有向下的加速度 而不一定是速度向下 3 連接體中只有一部分物體超重或失重時 其他部分沒有加速度 則整體必然超重或失重 2 牛頓運動定律應用的三點提醒 1 要明確研究對象是單一物體 還是幾個物體組成的系統(tǒng) 對于系統(tǒng)要注意 加速度相同 可采用整體法 加速度不同 應采用隔離法 名師 微點撥 2 要明確物體的運動過程是單一過程 還是多過程 注意分析每一運動過程的受力情況和運動情況 3 對于多過程問題 要注意分析聯(lián)系前 后兩個過程的關鍵物理量是速度 前一過程的末速度是后一過程的初速度 滑板 滑塊模型 模型概述 1 滑板 滑塊模型的特點 滑塊未必是光滑的 板的長度可能是有限的 也可能是足夠長的 板的上 下表面可能都存在摩擦 也可能只有一個面存在摩擦 還可能兩個面都不存在摩擦 2 滑板 滑塊模型常用的物理規(guī)律勻變速直線運動規(guī)律 牛頓運動定律 動能定理 機械能守恒定律 能的轉化和守恒定律 功能關系等 思維模型 模型指導 1 兩種位移關系滑塊由滑板的一端運動到另一端的過程中 若滑塊和滑板同向運動 位移之差等于板長 反向運動時 位移之和等于板長 2 解題思路 思維模型 典例 如下圖所示 質量M 4 0kg的長木板B靜止在光滑的水平地面上 在其右端放一質量m 1 0kg的小滑塊A 可視為質點 初始時刻 A B分別以v0 2 0m s向左 向右運動 最后A恰好沒有滑離B板 已知A B之間的動摩擦因數(shù) 0 40 取g 10m s2 求 1 A B分別受到大小為 mg的摩擦力作用 根據(jù)牛頓第二定律對A有 mg maA則aA g 4 0m s2方向水平向右對B有 mg MaB則aB mg M 1 0m s2方向水平向左 解析 思維模型 1 A B相對運動時的加速度aA和aB的大小與方向 2 A相對地面速度為零時 B相對地面運動已發(fā)生的位移大小x 3 木板B的長度l 解析 思維模型 當A B速度相等時 A滑到B最左端 恰好沒有滑離木板B 故木板B的長度為這個全過程中A B間的相對位移 在A相對地面速度為零時 B的速度vB v0 aBt1 1 5m s設由A速度為零至A B速度相等所用時間為t2 則aAt2 vB aBt2解得t2 vB aA aB 0 3s共同速度v aAt2 1 2m s從開始到A B速度相等的全過程 利用平均速度公式可知A向左運動的位移 解析 思維模型 解析 答案 思維模型 1 A的加速度大小為4 0m s2 方向水平向右B的加速度大小為1 0m s2 方向水平向左 2 0 875m 3 1 6m