专题3牛顿运动定律的应用(一)

专题3　牛顿运动定律的应用(一) 导学目标 1.掌握超重、失重概念，会分析有关超重、失重问题.2.学会分析牛顿第二定律中的瞬时对应关系.3.学会分析临界与极值问题． 考点一　超重与失重 考点解读 1．超重与失重的概念   超重 失重 完全失重 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 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 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于________的状态 产生 条件 物体有向______的加速度 物体有向______的加速度 a＝______，方向竖直向______ 视重 F＝m(g＋a) F＝m(g－____) F＝______         2.超重与失重的理解 (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，而与速度方向无关． (3)物体超重或失重的大小是ma. (4)当物体处于完全失重状态时，平常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． 典例剖析 例1　在电梯内的地板上，竖直放置一根轻质弹簧，弹簧上端固定一个质量为m的物体．当电梯静止时，弹簧被压缩了x；当电梯运动时，弹簧又被继续压缩了.则电梯运动的情况可能是  (  ) A．以大小为g的加速度加速上升 B．以大小为g的加速度减速上升 C．以大小为g的加速度加速下降 D．以大小为g的加速度减速下降 方法突破　高考中对超重和失重的考查多为定性分析题，一类是分析生活中的一些现象；另一类是台秤上放物体或测力计下悬挂物体，确定示数的变化．分析这些问题时应注意以下三方面思维误区：(1)认为超重、失重取决于物体运动的速度方向，向上就超重，向下就失重．(2)认为物体发生超重、失重时，物体的重力发生了变化．(3)对系统的超重、失重考虑不全面，只注意运动物体的受力情况而忽视周围物体的受力情况． 跟踪训练1　(2010·浙江理综·14)如图1所示，A、B两物体叠放在一起， 以相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是(  ) 图1 A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 考点二　瞬时问题 考点解读 牛顿第二定律的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式为F＝ma，其核心是加速度与合外力的瞬时对应关系，瞬时对应关系是指物体受到外力作用的同时产生加速度，外力恒定，加速度也恒定，外力变化，加速度也立即变化，外力消失，加速度也立即消失．题目中常伴随一些如“瞬时”、“突然”、“猛地”等词语． 典例剖析 例2　如图2所示，质量为m的小球用水平轻弹簧系住，并用倾角为30°的光滑木板AB托住，小球恰好处于静止状态．当木板AB突然向下撤离的瞬间，小球的加速度大小为                  (  ) 图2 A．0        B.g          C．g              D.g 方法突破　分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析物体在瞬时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． (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一种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等于零，同一弹簧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由于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． 图3 跟踪训练2　“儿童蹦极”中，拴在腰间左右两侧的是弹性极好 的橡皮绳．质量为m的小明如图3静止悬挂时，两橡皮绳的 拉力大小均恰为mg，若此时小明左侧橡皮绳在腰间断裂，则  小明此时                                      (  ) A．速度为零 B．加速度a＝g，沿原断裂橡皮绳的方向斜向下 C．加速度a＝g，沿未断裂橡皮绳的方向斜向上 D．加速度a＝g，方向竖直向下 考点三　传送带问题 考点解读 传送带问题包括水平传送带问题和倾斜传送带问题． (1)水平传送带问题：求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断．判断摩擦力时要注意比较物体的运动速度与传送带的速度，也就是分析物体在运动位移x(对地)的过程中速度是否和传送带速度相等．物体的速度与传送带速度相等的时刻就是物体所受摩擦力发生突变的时刻，这样就可以确定物体运动的特点和规律，然后根据相应规律进行求解． (2)倾斜传送带问题：求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况，从而确定是否受到滑动摩擦力作用．如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况．当物体速度与传送带速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变． 典例剖析 图4 例3　如图4所示，倾角为37°，长为l＝16 m的传送带，转动速度为v＝10 m/s，动摩擦因数μ＝0.5，在传送带顶端A处无初速度地释放一  个质量为m＝0.5 kg的物体．已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2.  求： (1)传送带顺时针转动时，物体从顶端A滑到底端B的时间； (2)传送带逆时针转动时，物体从顶端A滑到底端B的时间． 方法突破　分析处理传送带问题时需要特别注意两点：一是对物体在初态时所受滑动摩擦力的方向的分析；二是对物体在达到传送带的速度时摩擦力的有无及方向的分析． 例4　如图5甲所示，水平传送带长L＝6 m，两个传送皮带轮的半径都是R＝0.25 m．现有一可视为质点的小物体以水平速度v0滑上传送带．设皮带轮沿顺时针方向匀速转动，当转动的角速度为ω时，物体离开传送带B端后在空中运动的水平距离为s.若皮带轮以不同角速度重复上述转动，而小物体滑上传送带的初速度v0始终保持不变，则可得到一些对应的ω值和s值．把这些对应的值在平面直角坐标系中标出并连接起来，就得到了图乙中实线所示的s－ω图象．(g取10 m/s2) (1)小明同学在研究了图甲的装置和图乙的图象后作出了以下判断：当ω<4 rad/s时，小物体从皮带轮的A端运动到B端过程中一直在做匀减速运动．他的判断正确吗？请你再指出当ω>28 rad/s时，小物体从皮带轮的A端运动到B端的过程中做什么运动．(只写结论，不需要分析原因) (2)求小物体的初速度v0及它与传送带间的动摩擦因数μ. (3)求B端距地面的高度h. 图5 跟踪训练3　如图6所示，传送带的水平部分ab＝2 m，斜面部分bc＝4 m，bc与水平面的夹角α＝37°.一个小物体A与传送带的动摩擦因数μ＝0.25，传送带沿图示的方向运动，速率v＝2 m/s.若把物体A轻放到a处，它将被传送带送到c点，且物体A不会脱离传送带．求物体A从a点被传送到c点所用的时间．(已知：sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2) 图6 7.用极限法分析临界问题 图7 例5　如图7所示，质量为m＝1 kg的物块放在倾角为θ＝37°的斜面 体上，斜面质量为M＝2 kg，斜面与物块间的动摩擦因数为μ＝0.2， 地面光滑．现对斜面体施一水平推力F，要使物块m相对斜面静止， 试确定推力F的取值范围．(g＝10 m/s2) 方法提炼　巧用极限法分析解决临界问题 在利用牛顿第二定律解决动力学问题的过程中，当物体的加速度不同时，物体有可能处于不同的运动状态，当题中出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时，往往会有临界现象，此时要用极限法，看物体加速度不同时，会有哪些现象发生，找出临界点，求出临界条件．临界问题一般都具有一定的隐蔽性，审题时应尽量还原物理情境，利用变化的观点分析物体的运动规律，利用极限法确定临界点，抓住临界状态的特征，找到正确的解题方向． 图8 跟踪训练4　一弹簧一端固定在倾角为37°的光滑斜面的底端，另 一端拴住质量为m1＝4 kg的物块P，Q为一重物，已知Q的质 量为m2＝8 kg，弹簧的质量不计，劲度系数k＝600 N/m，系统 处于静止，如图8所示．现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F，使 它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，已知在前0.2 s时间内，F为变力，0.2 s以后，F为恒力，求：力F的最大值与最小值．(sin 37°＝0.6，g＝10 m/s2) A组　超重与失重 1．用力传感器悬挂一钩码，一段时间后，钩码在拉力作用下沿竖直方向由静止开始运动．如图9所示中实线是传感器记录的拉力大小变化情况，则                (  ) 图9 A．钩码的重力约为4 N B．钩码的重力约为2 N C．A、B、C、D四段图线中，钩码处于超重状态的是A、D，失重状态的是B、C D．A、B、C、D四段图线中，钩码处于超重状态的是A、B，失重状态的是C、D 2．如图10 图10 是我国“美男子”长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景．宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是            (  ) A．火箭加速上升时，宇航员处于失重状态 B．飞船加速下落时，宇航员处于失重状态 C．飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力 D．火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力 B组　瞬时问题 图11 3．如图11所示，A、B两木块间连一轻质弹簧，A、B质量相等， 一起静止地放在一块光滑木板上，若将此木板突然抽去，在此  瞬间，A、B两木块的加速度分别是                (  ) A．aA＝0，aB＝2g  　          B．aA＝g，aB＝g C．aA＝0，aB＝0                  D．aA＝g，aB＝2g 图12 4．如图12所示，质量为m的球与弹簧Ⅰ和水平细线Ⅱ相连，Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固定于P、Q.球静止时，Ⅰ中拉力大小为F1，Ⅱ中拉力大小为F2，当仅剪断Ⅰ、Ⅱ中的一根的瞬间时，球的加速度a应是                                          (  )