高考物理一轮第3章 第3节 牛顿运动定律的综合应用Word文档下载推荐.docx
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产生条件
物体的加速度方向向上
物体的加速度方向向下
物体的加速度方向向下,大小a=g
原理方程
F-mg=ma
F=m(g+a)
mg-F=ma
F=m(g-a)
mg-F=mg
F=0
运动状态
加速上升或减速下降
加速下降或减速上升
无阻力的抛体运动;
绕地球匀速圆周运动
(1)失重说明物体的重力减小了。
(×
)
(2)物体超重时,加速度向上,速度也一定向上。
(3)物体失重时,也可能向上运动。
(√)
(4)用弹簧测力计称量浸没在水中的物体时,示数小于实际重力G,这也是失重现象。
考法1 超重、失重现象的分析
1.平伸手掌托起物体,由静止开始竖直向上运动,直至将物体抛出。
对此现象分析正确的是( )
A.手托物体向上运动的过程中,物体始终处于超重状态
B.手托物体向上运动的过程中,物体始终处于失重状态
C.在物体离开手的瞬间,物体的加速度大于重力加速度
D.在物体离开手的瞬间,手的加速度大于重力加速度
D [手托物体上抛的开始阶段,要使物体加速,则物体处于超重状态,之后手将要离开物体,手和物体一起继续向上运动,但要减速,这时物体处于失重状态。
物体离开手的瞬间只受重力作用,物体的加速度等于重力加速度。
手和物体分离前速度相等,而手的减速一定要比物体快,才能离开物体,即分离瞬间手的加速度大于重力加速度。
]
2.(2019·
郑州模拟)某跳水运动员在3m长的踏板上起跳,我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态,其中A为无人时踏板静止点,B为人站在踏板上静止时的平衡点,C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点,则下列说法中正确的是( )
A.人在C点具有最大速度
B.人和踏板由C到B的过程中,人向上做匀加速运动
C.人和踏板由C到A的过程中,人处于超重状态
D.人和踏板由C到A的过程中,先超重后失重
D [由题图可知,C点是最低点,人在C点的速度为零,故A项错误;
C到B的过程中,重力不变,弹力一直减小,合力减小,所以加速度减小,不是匀加速运动,故B项错误;
人和踏板由C到B的过程中,弹力大于重力,加速度向上,人处于超重状态,从B到A的过程中,重力大于弹力,加速度向下,处于失重状态,故C项错误,D项正确。
[考法指导] 判断超重和失重现象的技巧
(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;
当拉力(或支持力)小于重力时,物体处于失重状态;
当拉力(或支持力)等于零时,物体处于完全失重状态。
(2)从加速度的角度判断:
当物体具有竖直向上的加速度(或加速度分量)时,物体处于超重状态;
当物体具有竖直向下的加速度(或加速度分量)时,物体处于失重状态;
当竖直向下的加速度等于重力加速度时,物体处于完全失重状态。
考法2 超重、失重的计算
3.如图所示,A为电磁铁,C为胶木秤盘,A和C(包括支架)的总质量为m总;
B为铁块,质量为m,整个装置用轻绳悬挂于点O。
当电磁铁通电时,铁块被吸引上升的过程中,轻绳上拉力F的大小为( )
A.F=m总g
B.m总g<
F<
(m+m总)g
C.F=(m总+m)g
D.F>
(m总+m)g
D [铁块由静止被吸引上升,必为加速上升。
对A、B、C系统,当铁块加速上升时,系统整体的重心加速上移,系统处于超重状态,故轻绳的拉力大于(m总+m)g。
4.某人在地面上最多可举起50kg的物体,当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体时,电梯加速度的大小和方向为(g=10m/s2)( )
A.2m/s2 竖直向上 B.m/s2 竖直向上
C.2m/s2 竖直向下D.m/s2 竖直向下
D [由题意可知,在地面上,人能承受的最大压力为Fm=mg=500N,在电梯中人能举起60kg物体,物体一定处于失重状态,对60kg的物体:
m′g-Fm=m′a,即a=m/s2=m/s2,所以选项D正确。
考法3 超重、失重与图象问题组合
5.若货物随升降机运动的vt图象如图所示(竖直向上为正),则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图象可能是( )
A B
C D
B [根据vt图象可知电梯的运动情况:
加速下降→匀速下降→减速下降→加速上升→匀速上升→减速上升,根据牛顿第二定律F-mg=ma可判断支持力F的变化情况:
失重→等于重力→超重→超重→等于重力→失重,
故选项B正确。
6.如图所示,是某同学站在压力传感器上,做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线,纵坐标为力(单位为牛顿),横坐标为时间。
由图线可知( )
A.该同学做了两次下蹲—起立的动作
B.该同学做了一次下蹲—起立的动作
C.下蹲过程中人处于失重状态
D.下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态
B [在一次下蹲过程中,该同学要先后经历失重状态和超重状态,所以对压力传感器的压力先小于自身重力后大于自身重力,而在一次起立过程中,该同学又要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传感器的压力先大于自身重力后小于自身重力,所以题图记录的应该是一次下蹲—起立的动作。
质量为m=60kg的同学,双手抓住单杠做引体向上,他的重心的速率随时间变化的图象如图乙所示。
g取10m/s2,由图象可知( )
甲 乙
A.t=0.5s时他的加速度为3m/s2
B.t=0.4s时他处于超重状态
C.t=1.1s时他受到单杠的作用力的大小是620N
D.t=1.5s时他处于超重状态
B [根据速度图象斜率表示加速度可知,t=0.5s时他的加速度为0.3m/s2,A项错误。
t=0.4s时他向上加速运动,加速度方向向上,他处于超重状态,B项正确。
t=1.1s时他的加速度为0,他受到单杠的作用力的大小等于重力600N,C项错误。
t=1.5s时他向上做减速运动,加速度方向向下,他处于失重状态,D项错误。
知识点二|动力学中整体法、隔离法的应用
1.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外力,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内力。
如果把某物体隔离出来作为研究对象,则原来的内力将转换为隔离体的外力。
2.整体法
当连接体内(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。
3.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的方法。
(1)“整体法和隔离法”是指选取研究对象的方法。
(2)以“整体”为研究对象时,需要考虑物体间相互作用。
(3)隔离研究对象后,受力分析只分析研究对象受到的力。
考法1 先整体后隔离法的应用
1.(2019·
天津检测)如图所示,A、B两物块的质量分别为m和M,把它们一起从光滑斜面的顶端由静止开始下滑;
已知斜面的倾角为θ,斜面始终保持静止。
则在此过程中物块B对物块A的压力为( )
A.Mgsinθ B.Mgcosθ
C.0D.(M+m)gsinθ
C [对A、B组成的整体受力分析可知,整体受重力、支持力而做匀加速直线运动;
由牛顿第二定律可知,a==gsinθ;
则再对B由牛顿第二定律可知:
F合=Ma=Mgsinθ;
合力等于B的重力沿斜面向下的分力,故说明A、B间没有相互作用力,故A、B、D错误,C正确。
考法2 先隔离后整体法的应用
南通模拟)如图所示,质量为m2的物块B放在光滑的水平桌面上,其上放置质量为m1的物块A,用通过光滑的定滑轮的细线将A与质量为M的物块
C连接,释放C,A和B一起以加速度大小a从静止开始运动,已知A、B间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g,则细线中的拉力大小为( )
A.MgB.M(g+a)C.(m1+m2)aD.m1a+μm1g
C [以C为研究对象,有Mg-T=Ma,解得T=Mg-Ma,故A、B错误;
以A、B整体为研究对象,根据牛顿第二定律可知T=(m1+m2)a,故C正确;
A、B间为静摩擦力,根据牛顿第二定律,对B可知f=m2a,对A可知T-f′=m1a,f=f′,联立解得T=(m1+m2)a,故D错误。
3.(2019·
武汉模拟)质量为m的光滑小球恰好放在质量也为m的圆弧槽内,它与槽左、右两端的接触点分别为A点和B点,圆弧槽的半径为R,OA与水平线AB成60°
角。
槽放在光滑的水平桌面上,通过细绳和滑轮与重物C相连,桌面上的那段细绳始终处于水平状态。
通过实验知道,当槽的加速度很大时,小球将从槽中滚出,滑轮与细绳的质量都不计,要使小球不从槽中滚出,则重物C的质量M应小于( )
A.mB.2mC.(-1)mD.(+1)m
D [当小球刚好要从槽中滚出时,小球受重力和圆弧槽A点对它的支持力,如图所示。
由牛顿第二定律得=ma,解得小球的加速度a==g。
以整体为研究对象,由牛顿第二定律得Mg=(M+2m)a,解得M=(+1)m。
故选项D正确。
[考法指导] 动力学中“整体法、隔离法”的应用技巧
(1)若连接体内各物体具有相同的加速度,利用整体法计算外力或加速度(或其他未知量);
(2)利用隔离法求物体之间的作用力。
可总结为:
“先整体求加速度,后隔离求内力”。
知识点三|动力学中的图象问题
考法1 动力学中的vt图象
1.(2019·
襄阳调研)如图所示,套在水平直杆上质量为m的小球开始时静止,现对小球沿杆方向施加恒力F0,垂直于杆方向施加竖直向上的力F,且F的大小始终与小球的速度成正比,即F=kv(图中未标出),已知小球与杆间的动摩擦因数为μ,小球运动过程中未从杆上脱落,且F0>
μmg。
下列关于运动中的速度—时间图象正确的是( )
A B C D
C [开始时小球所受支持力方向向上,随着时间的增加,小球速度增大,F增大,则支持力减小,摩擦力减小,根据牛顿第二定律,可知这一阶段小球的加速度增大。
当竖直向上的力F的大小等于小球重力的大小时,小球的加速度最大。
再往后竖直向上的力F的大小大于重力的大小,直杆对小球的弹力向下,F增大,则弹力增大,摩擦力增大,根据牛顿第二定律,小球的加速度减小,当加速度减小到零时,小球做匀速直线运动,故C正确。
考法2 动力学中的at图象
2.广州塔,昵称小蛮腰,总高度达600米,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,at图象如图所示。
则下列相关说法正确的是( )
A.t=4.5s时,电梯处于失重状态
B.5~55s时间内,绳索拉力最小
C.t=59.5s时,电梯处于超重状态
D.t=60s时,电梯速度恰好为零
D [利用at图象可判断:
t=4.5s时,电梯有向上
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