牛顿运动定律的综合应用.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章牛顿运动定律,第,3,讲牛顿运动定律的综合应用,1.,能分析超重、失重问题,2.,能分析简单的临界问题、传送带问题、图象问题、连接体问题,3.,牛顿运动定律和运动学公式的综合运用,1.,关于超重、失重、完全失重现象,(1),超重现象：物体有,_,的加速度时，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),失重现象：物体有,_,的加速度时，对支持物的压力,(,或对悬挂物的拉力,)_,物体所受重力的现象,(3),完全失重现象：物体,_,的加速度,a,g,时，物体对支持物的压力,(,或对悬挂物的拉力,),变为,_,的现象,向上,大于,向下,小于,向下,零,2.,应用牛顿运动定律解题的步骤,(1),选取研究,_,，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统，并可把物体视为质点,(2),确定研究对象的运动,_,，画出物体运动情景的示意图，并标明物体运动速度与加速度的方向,(3),分析研究对象的,_,情况，并画出受力分析示意图,(4),选定合适的方向建立平面直角坐标系，依据牛顿第二定律列出方程，如,F,x,ma,x,，,F,y,ma,y,.,(5),代入已知条件求解结果并分析其结果的物理意义,对象,状态,受力,3.,解答连接体问题的常用方法,(1),整体法,当系统中各物体的,_,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,_,，当整体受到的外力已知时，可用,_,求出整体的加速度,加速度,质量之和,牛顿第二定律,(2),隔离法,当求解系统内物体间,_,时，常把物体从系统中“,_”,出来，进行分析，依据牛顿第二定律列方程,(3),外力和内力,外力：系统外的物体对研究对象的作用力,内力：系统内物体之间的作用力,相互作用力,隔离,超重与失重的本质及其特征比较：,超重与失重,状态,比较,超重,失重,本质,特征,物体具有竖直向上的加速度,a,物体加速度有竖直向上的分量,物体具有竖直向下的加速度,a,物体加速度有竖直向下的分量,现象,对悬挂物的拉力,(,或对支持物的压力,),大于重力，即,F,mg,ma,mg,对悬挂物的拉力,(,或对支持物的压力,),小于重力，即,F,mg,ma,mg,(,完全失重时,F,0),状态比较,超重,失重,运动,可能性,竖直向上加速或向下减速,有竖直向上加速或向下减速的分运动,竖直向下加速或向上减速,有竖直向下加速或向上减速的分运动,说明,失重情况下，物体具有竖直向下的加速度，,a,g,时为,“,完全失重,”,在超重和失重状态下，物体的重力依然存在，而且不变,在完全失重状态下，由重力产生的一切物理现象都会消失比如物体对桌面无压力、单摆停止摆动、浸在水里的物体不受浮力等,完全失重的三个典型例子：自由落体、抛体运动,(,含竖直上抛、竖直下抛、平抛和斜抛,),和天体公转,AC,【,解析,】,当该同学站在力板传感器上静止不动时，其合力为零，即压力读数恒等于该同学的体重值，由图线可知：该同学的体重为,650 N,，,A,项正确；每次下蹲，该同学都将经历先向下做加速,(,加速度方向向下,),、后减速,(,加速度方向向上,),的运动，即先经历失重状态，后经历超重状态，读数,F,先小于体重、后大于体重；每次起立，该同学都将经历先向上做加速,(,加速度方向向上,),、后减速,(,加速度方向向下,),的运动，即先经历超重状态，后经历失重状态，读数,F,先大于体重、后小于体重由图线可知,C,项正确，,B,、,D,项错误,CD,【,解析,】,运动员与床面接触到最低点，弹力先小于重力后大于重力，先加速运动后减速运动，加速度方向先向下后向上，第一过程先失重后超重，,C,项正确；第二过程是第一过程的逆过程，先超重后失重，,D,项正确,在临界状态，系统的一些物理量达到极值在临界点的两侧，物体的受力情况、变化规律、运动状态一般要发生改变，能否用变化的观点正确分析其运动规律是求解这类题目的关键，而临界点的确定是基础确定临界点一般用极端分析法，即把问题,(,物理过程,),推到极端，分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件，应用牛顿第二定律列出极端情况下的方程求解,常见的临界问题：,(1),绳子由松变紧,(2),恰好飞离接触面,(3),恰好发生相对滑动,临界状态和极值问题,C,典题演示,4,(2017,南师附中,),如图所示，两个质量都是,m,的滑块,A,和,B,，紧挨着并排放在水平桌面上，,A,、,B,间的接触面垂直于图中纸面且与水平面成,角，所有接触面都光滑无摩擦现用一个水平推力作用于滑块,A,上，使,A,、,B,一起向右做加速运动,(1),如果要,A,、,B,间不发生相对滑动，它们共同向右的最大加速度是多少？,【,答案,】,g,tan,(2),要使,A,、,B,间不发生相对滑动，水平推力的大小应在什么范围内才行？,【,答案,】,0,F,2,mg,tan,【,解析,】,解答本题的关键是地面对,A,的弹力为零时是,A,、,B,发生相对滑动的临界条件,(1),在水平推力,F,作用下，,A,、,B,一起加速,所以,F,2,ma,分别隔离,A,、,B,受力如图：,对,A,：,F,T,sin,ma,，,N,mg,T,cos,，,对,B:T,sin,ma,，,N,mg,T,cos,，,当,F,增大，由,知,a,增大，则由,知,T,、,T,均增大，从,知,T,增大、,N,减小当,N,0,时，对应的加速度,a,为,A,、,B,不发生相对滑动的临界条件当,a,a,，,A,、,B,之间相互作用力,T,也增大，,T,cos,mg,，对,A,有竖直向上的加速度，则,A,被挤离地面，则当,N,0,时，对,A,有,T,cos,mg,，对,B,有,T,sin,ma,，解出,a,g,tan,，,a,为,A,、,B,一起向右运动的最大加速度,(2),对整体,F,ma,，且,a,最大值为,a,g,tan,，则,A,、,B,不发生相对滑动的水平推力的最大值为,F,2,mg,tan,，因为地面光滑，,F,0,即可使,A,、,B,产生共同加速度,.,故,F,的取值范围为,0,F,2,mg,tan,.,1.,多过程问题的分析方法,(1),将,“,多过程,”,分解为许多,“,子过程,”,，各,“,子过程,”,间由,“,衔接点,”,连接,(2),对各,“,衔接点,”,进行受力分析和运动分析，必要时画出受力图和过程示意图,多过程问题的分析,(3),根据,“,子过程,”,和,“,衔接点,”,的模型特点选择合理的物理规律列方程,(4),分析,“,衔接点,”,速度、加速度等的关联，确定各段间的时间关联，并列出相关的辅助方程,(5),联立方程组，分析求解，对结果进行必要的验征或讨论,2.,解多个过程问题的思路为：,注意：,(1),由于不同过程中受力发生了变化，所以加速度也会发生变化，所以对每一过程都要分别进行受力分析，分别求加速度,(2),前后运动过程联系点的特点：前一过程的末速度是后一过程的初速度，另外还有位移关系等,典题演示,5,(,多选,)(2017,启东中学,),如图所示，直杆,AB,与水平面成,角固定，在杆上套一质量为,m,的小滑块，杆底端,B,点处有一弹性挡板，杆与板面垂直，滑块与挡板碰撞后原速率返回现将滑块拉到,A,点由静止释放，与挡板第一次碰撞后恰好能上升到,AB,的中点，设重力加速度为,g,，由此可以确定,(,),A.,滑块下滑和上滑过程加速度的大小,a,1,、,a,2,B.,滑块第,1,次与挡板碰撞前速度,v,1,C.,滑块与杆之间动摩擦因数,D.,滑块第,k,次与挡板碰撞到第,k,1,次与挡板碰撞时间间隔,t,AC,(1),管第一次落地弹起刚离开地面时管与球的加速度分别多大？,【,答案,】,20 m/s,2,，方向向下,30 m/s,2,，方向向上,(2),求从管第一次落地弹起到球与管达到相同速度时所用的时间,【,答案,】,0.4 s,(3),求圆管的长度,L,.,【,答案,】,4 m,微模型,3,连接体问题,在研究力与运动的关系时，常会涉及相互关联物体间的相互作用问题，即连接体问题,1.,连接体与隔离体,两个或两个以上的物体相连接组成的物体系统，称为连接体如果把其中某个物体隔离出来，该物体即为隔离体,2.,外力和内力,如果以物体系统为研究对象，受到系统之外的作用力，这些力是系统受到的外力，而系统内各物体间的相互作用力为内力,3.,常见问题分析,问题类型,处理方法,涉及滑轮的问题,若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同，故采用隔离法,水平面上的连接体问题,这类问题一般多是连接体,(,系统,),中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,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,CD,AD,【,解析,】,因无相对滑动，所以无论橡皮泥粘到哪个木块上，根据牛顿第二定律都有,F,3,mg,mg,(3,m,m,),a,，系统加速度,a,都将减小，选项,A,对；若粘在,A,木块上面，以,C,为研究对象，受,F,、摩擦力,mg,、绳子拉力,T,，,F,mg,T,ma,，,a,减小，,F,、,mg,不变，所以，,T,增大，选项,B,错；若粘在,B,木块上面，,a,减小，以,A,为研究对象，,m,不变，所受摩擦力减小，选项,C,错；若粘在,C,木块上面，,a,减小，,A,的摩擦力减小，以,AB,为整体，有,T,2,mg,2,ma,，,T,减小，选项,D,对,【,学法指导,】,连接体问题的分析方法：整体法与隔离法,(1),隔离法的选取原则：若连接体或关联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求解,(2),整体法的选取原则：若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求出物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体来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,),(3),整体法、隔离法交替运用原则：若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求出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,”,D,【,解析,】,“,起立,”,过程向上先加速后减速，,“,下蹲,”,过程向下先加速后减速，都能出现超重和失重的现象，故,D,正确，,A,、,B,、,C,错误,2.,(,多选,)(2015,江苏,),一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度,a,随时间,t,变化的图线如图所示，以竖直向上为,a,的正方向，则人对地板的压力,(,),A.,t,2 s,时最大,B.,t,2 s,时最小,C.,t,8.5 s,时最大,D.,t,8.5 s,时最小,AD,【,解析,】,在时间轴的上方，表示加速度向上，此时处于超重状态，在时间轴的下方，表示加速度向下，此时处于失重状态，对地板的压力减小，在,t,2 s,时向上的加速度最大，此时对地板的压力最大，所以,A,正确；在,t,8.5 s,时具有向下的最大的加速度，此时对地板的压力最小，所以,D,正确,A,【,解析,】,m,到达最高点时，,M,受到向上的弹簧弹力和向下的重力平衡,F,弹,Mg,，所以,m,受到向下、大小为,F,的弹簧弹力和重力，两个力合力产生加速度，,A,项正确，,B,项错误；,m,速度最大时，受到的向上的弹簧弹力和向下的重力平衡，,C,项错误；此时弹簧处于压缩状态，对,M,有向下的压力，,D,项错误,4.,(2016,金陵中学,),如图,(a),所示，一轻质弹簧的下端固定在水平面上，上端放置一物体,(,物体与弹簧不连接,),，初始时物体处于静止状态现用竖直向上的拉力,F,作用在物体上，使物体开始向上做匀加速运动，拉力,F,与物体位移,x,的关系如图,(b),所示,(,取,g,10 m/s,2,),，则下列说法中正确的是,(,),A.,物体与弹簧分离时，弹簧处于压缩状态,B.,弹簧的劲度系数为,7.5 N/cm,C.,物体的质量为,3 kg,D.,物体的加速度大小为,5 m/s,2,D,B,【,解析,】,对小球受力分析，小球受重力，绳拉力作用，加速度方向平行于杆，合力方向只能沿杆向下，加速度方向只能沿杆向下，排除,A,、,D,项再对小球、绳、滑块整体受力分析，杆对滑块的支持力与摩擦力的合力设为,F,，整体受,F,和重力作用，两个受力三角形相似，由几何关系可知,F,与绳对球的拉力方向相同，因为,，所以,F,与沿杆向下的方向成锐角，将,F,分解为支持力和摩擦力，可知摩擦力方向沿杆向下，所以是上滑，则,C,项排除，选,B,项,AD,放映结束，谢谢观看！,