2022年《点亮高考》物理系列教案《牛顿运动定律的应用》 .pdf

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1、第 3 讲 牛顿运动定律的应用考情直播1考纲解读考纲内容能力要求考向定位1.牛顿定律的应用2.超重与失重3.力学单位制1.能利用牛顿第二定律求解已知受力求运动和已知运动求受力的两类动力学问题2.了解超重、失重现象，掌握超重、失重、完全失重的本质3.了解基本单位和导出单位，了解国际单位制牛顿第二定律的应用在近几年高考中出现的频率较高，属于级要求，主要涉及到两种典型的动力学问题，特别是传送带、相对滑动的系统、弹簧等问题更是命题的重点.这些问题都能很好的考查考试的思维能力和综合分析能力.考点一已知受力求运动特别提醒 已知物体的受力情况求物体运动情况：首先要确定研究对象，对物体进行受力分析，作出受力图

2、，建立坐标系，进行力的正交分解，然后根据牛顿第二定律求加速度a，再根据运动学公式求运动中的某一物理量.例 1 如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮，一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮分别与物块A、B相连，细绳处于伸直状态，物块A和B的质量分别为mA=8kg 和mB=2kg，物块 A与水平桌面间的动摩擦因数=0.1，物块 B距地面的高度h=0.15m.桌面上部分的绳足够长.现将物块 B从h高处由静止释放，直到A停止运动.求 A在水平桌面上运动的时间.（g=10m/s2）解析 对 B研究，由牛顿第二定律得mBg-T=mBa1同理，对A：T-f=mAa1ANf0gmNAA代入数值解得21/2.

3、1smaB做匀加速直线运21121tah；11tav解得st5.01smv/6.0B落地后，A在摩擦力作用下做匀减速运动2amfA；21avt解得：st6.02sttt1.121 方法技巧 本题特别应注意研究对象和研究过程的选取，在B着地之前，B 处于失重状态，千万不可认为A所受绳子的拉力和B 的重力相等.当然 B 着地之前，我们也可以把A、B 视为一整体，根据牛顿第二定律求加速度，同学们不妨一试.考点二已知运动求受力特别提醒 已知物体的运动情况求受力情况：也是首先要确定研究对象，进行受力分析，画出受力示意图，建立坐标系，进行力的正交分解，然后根据运动学公式求加速度，再根据牛顿第二定律求力，可

4、以看出，这两种类型的问题的前几个步骤是相同的，最后两个步骤颠名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -倒顺序即可.例 2 某航空公司的一架客机，在正常航线上作水平飞行时，由于突然受到强大垂直气流的作用，使飞机在10内高度下降1700造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究飞机在竖直方向上的运动，且假定这一运动是匀变速直线运动试计算：（1）飞机在竖直方向上产生的加速度多大?方向怎样?（2）乘客所系安全带必须提供相当于乘客体重多少倍的竖直拉力，才能使乘客不脱离座椅？（取10）（3）未系安全带的乘客，相对于机舱将向什么方向运动?最可能受到伤害的是人体的什么部位?（

5、注：飞机上乘客所系的安全带是固定连结在飞机座椅和乘客腰部的较宽的带子，它使乘客与飞机座椅连为一体）解析：（1）飞机原先是水平飞行的，由于垂直气流的作用，飞机在竖直方向上的运动可看成初速度为零的匀加速直线运动，根据（12），得 2，代入 1700，10，得（21700 10）（）34，方向竖直向下（2）飞机在向下做加速运动的过程中，若乘客已系好安全带，使机上乘客产生加速度的力是向下重力和安全带拉力的合力设乘客质量为，安全带提供的竖直向下拉力为，根据牛顿第二定律，得安全带拉力（）（3410）24（）安全带提供的拉力相当于乘客体重的倍数24（倍）（3）若乘客未系安全带，飞机向下的加速度为34，人向下

6、加速度为10飞机向下的加速度大于人的加速度，所以人对飞机将向上运动，会使头部受到严重伤害 方法技巧 已知运动求受力，关键仍然是对研究对象的正确的受力分析，只不过是先根据运动学公式求加速度，再根据牛顿第二定律求力罢了.考点三超重与失重1超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物体所受重力的情况称为超重现象.当物体具有的加速度时（向上加速运动或向下减速运动），物体处于超重状态.2失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物体所受重力的情况称为失重现象.当物体具有的加速度时（向上减速运动或向下加速运动），物体处于失重状态.3完全失重：当物体向下的加速度为g 时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的

7、拉力）等于，这种状态称为完全失重.特别提醒 ：物体处于失重状态还是超重状态，仅由加速度的方向决定，而与物体的速度方向无关.无论物体处于超重还是失重状态，物体本身的重力并未发生改变.物体处于完全失重时，由于重力产生的一切物理现象都将消失.例 3（2006全国）一质量为m=40kg 的小孩在电梯内的体重计上，电梯从t=0 时刻由静止开始上升，在0 到 6s 内体重计示数F的变化如图3-13-12所示.试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？取重力加速度 g=10m/s2.解析 由图可知，在0-2s 内，体重计的示数大于mg，故电梯应做向上的加速运动.设在这段时间内体重计作用于小孩的力为N1，电梯及

8、小孩的加速度为a1，根据牛顿第二定律，得N1mgma1 F/N100 320 400 440 t/s0 1 2 3 4 6 5 图 31312 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -在这段时间内电梯上升的高度h121 112at在 2-5s 内，体重计的示数等于mg，故电梯应做匀速上升运动，速度为t1时刻的电梯的速度，即 v1 a1t1,在这段时间内电梯上升的高度h2v1t2 在 5-6s内，体重计的示数小于mg，故电梯应做减速上升运动.设这段时间内体重计作用于小孩的力为N2，电梯及小孩的加速度为a2，由牛顿第二定律，得：mgf2ma2在这段时间内电梯上升的

9、高度h321322321()()2v tta tt电梯上升的总高度hh1h2+h3 代入数据解得h9m 方法技巧 要理解超重和失重的含义，超重和失重问题实际上是竖直方向利用牛顿第二定律解题.考点四临界与极值问题 特别提醒 ：力学中的临界问题指一种运动形式（或物理过程和物理状态）转变为另一种运动形式（或物理过程和物理状态）时，存在着分界限的现象，这种分界限通常以临界值和临界状态的形式出现在不同的问题中，而临界与极值问题主要原因在于最大静摩擦力、绳子的张力等于零、两个物体要分离时相互作用的弹力为零等.例 4 在倾角为 的光滑斜面上端系有一劲度为k 的弹簧，弹簧下端连一个质量为m 的小球，球被一垂直

10、斜面的挡板A 挡住，此时弹簧没有形变，若A 以加速度a（agsin ）沿斜面向下匀加速运动，求：（1）从挡板开始运动到球板分离所经历的时间t；（2）从挡板开始运动到小球速度最大时，球的位移x.解析（1）设球与挡板分离时位移为s，经历的时间为t，从开始运动到分离过程中，m 受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力FN，沿斜面向上的挡板支持力FN1和弹簧弹力f，据牛二定律有方程：maFfmgN1sin，kxf随着 x 的增大，f 增大，FN1减小，保持a不变，当m 与挡板分离时，x 增大到等于s，FN1减小到零，则有：221atx，maksmgsin联立解得：maatkmg221sinkaagmt)

11、sin(2（2）分离后继续做加速度减小的加速运动，v 最大时，m 受合力为零，即sinmgksm，位移是kmgxmsin 方法技巧 临界与极值问题关键在于临界条件的分析，如相互挤压的物体要分离，其临界条件一定是相互作用的弹力为零.另外，最大静摩擦力的问题、绳子的张力等等都会经常和临界与极值问题相联系.A 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -考点五力学单位制物理学的关系式确定了物理量之间的数量关系的同时，也确定了物理量间的，选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导其他物理量的单位，被选定的物理量叫做，它们的单位叫做，由基本物理量的单位根据物理关系

12、式推导出来的其他物理量的单位叫做，基本单位和导出单位一起组成了 .国际单位制在力学范围内，选定了、作为基本物理量，它们的单位是、.在物理计算中，对于单位的要求是 .例 5 下列有关力学单位制的说法中不正确的是（）A在有关力学的分析计算中，只能采用国际单位，不能采用其他单位B力学单位制中，选为基本单位的物理量有长度、质量、力C力学单位制中，国际单位制中的基本单位有kg、m、s D单位制中的导出单位可以用基本单位来表示【解析】物理计算中，一般采用国际单位，但有时也可以采用其它单位，力学中的三个基本单位是 kg、m、s.【答案】AB【方法小结】物理学中选定了7 个物理量作为基本物理量，其余的物理量叫

13、导出物理量，基本物理量的单位叫做基本单位，导出物理量的单位叫导出单位，导出单位都可以由基本单位推导出来.要牢记力学中的三个基本物理量及其单位，在物理计算中，只要采用国际单位制的单位，中间过程就无需带单位，最后的结果一定是国际单位制中的单位.高考重点热点题型探究热点 1 应用牛顿定律求解两类动力学问题 真题1（2008 海南）科研人员乘气球进行科学考察气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为 990 kg气球在空中停留一段时间后，发现气球漏气而下降，及时堵住 堵住时气球下降速度为1 m/s，且做匀加速运动，4 s 内下降了 12 m为使气球安全着陆，向舱外缓慢抛出一定的压舱物此后发现气球做匀减速运

14、动，下降速度在5 分钟内减少3 m/s若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略，重力加速度g9.89 m/s2，求抛掉的压舱物的质量解析：由运动学公式有：2012htatv由牛顿第二定律得：mgfma抛物后减速下降有：va/t/()()fmmgmma解得：/101 kg/atmmgtvv名师指引 本题实际上是已知受力求运动的问题，题目有多个过程，我们应该对多个过程依次分析求解.真题 2（2006全国 1）一水平的浅色长传送带上放置一煤块（可视为质点），煤块与传送带之间的动摩擦因数为，初始时，传送带与煤块都是静止的.现让传送带以恒定的加速度a0开始运动，当其速度达到v0后，便以此速度做匀速运动.经过一

15、段时间，煤块在传送带上留下名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动.求此黑色痕迹的长度.解析 根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a 小于传送带的加速度a0.根据牛顿第二定律mamg，可得a=g.设经历时间t，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，有v0=a0tv=at 由于 aa0，故 v（M+m）g，M与地面无摩擦力D滑块运动到D点时，N=（M+m）g，摩擦力方向向左2-2.（2008 汕尾一模）同学们在由静止开始向上运动的电梯里，把一测量加速度的小探头固

16、定在一个质量为1kg 的手提包上，到达某一楼层停止，采集数据并分析处理后，列在下表中：为此同学们在计算机上画出了很多图象，请你根据上表数据和所学知识判断下图（设 F为手提包的拉力，g 取 9.8m/s2）中正确的是（）建立物理模型匀加速直线运动匀速直线运动匀减速直线运动时间段(s)2.5 9 2.5 平均加速度(m/s2)0.40 0 0.40 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -抢分频道1.限时基础训练1.（2007山东）下列实例属于超重现象的是()A汽车驶过拱形桥顶端B荡秋千的小孩通过最低点C跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动D火箭点火后加速升空2

17、.（2008 深圳一模）关于力学单位制说法中正确的是()Akg、m/s、N 是导出单位Bkg、m、J是基本单位C在国际单位制中，质量的基本单位是kg，也可以是g D只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是Fma 3.(2008茂名一模)质量为 m的物体沿直线运动，只受到力F（F0）的作用，物体的位移X、速度 V、加速度 a 和受到冲量I 随时间变化的图象如下图所示，其中不可能的是()4.(2008 韶关二模)某科技兴趣小组用实验装置模拟火箭发射卫星 火箭点燃后从地面竖直升空，燃料燃尽后火箭的第一级第二级相继脱落，实验中测得卫星竖直方向的速度时间图象如图所示，设运动中不计空气阻力，燃料燃烧时

18、产生的推力大小恒定下列判断正确的是()A.t2时刻卫星到达最高点，t3时刻卫星落回地面B.卫星在 0t1时间内的加速度大于t1t2时间内的加速度C.t1t2时间内卫星处于超重状态，t2t3时间内卫星处于失重状态D.卫星在 t2t3时间内的加速度等于重力加速度5.(2008 肇庆二模)在粗糙的水平面上，物体在水平推力作用下由静止开始作匀加速直线运动，作用一段时间后，将水平推力逐渐减小到零，则在水平推力逐渐减小到零的过程中()A.物体速度逐渐减小，加速度逐渐减小B.物体速度逐渐增大，加速度逐渐减小C.物体速度先增大后减小，加速度先增大后减小D.物体速度先增大后减小，加速度先减小后增大6.如图 3-

19、13-29所示，传送带不动时，物块由皮带顶端A从静止开始滑下到皮带底端B用的时间是t，则()O I a V C B D A O O O X t t t t 图 31329 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -A当皮带向上运动时，物块由A滑到 B的时间一定大于t B当皮带向上运动时，物块由A滑到 B的时间一定等于t C当皮带向下运动时，物块由A滑到 B的时间一定等于t D当皮带向下运动时，物块由A滑到 B的时间一定小于t 7.质点所受的力F 随时间变化的规律如图所示，力的方向始终在一直线上，已知t=0 时质点的速度为零，在图3-13-30示的tl、t2、t3

20、和t4各时刻中 ()A t1时刻质点速度最大Bt2时刻质点速度最大 C t3时刻质点离出发点最远Dt4时刻质点离出发点最远8.质量为 m的物体，只受一恒力F 的作用，由静止开始经过时间t1产生的位移为s，达到的速度为 v1；该物体改受恒力2F 的作用，由静止开始经过时间t2产生相同的位移s，达到的速度为 v2，比较 t1和 t2、v1和 v2的关系，有()A2t2=t1，v2=2v1 B2t2=t1，v2=2v1 C2t2=t1，v2=2v1 D2t2=t1，v2=2v19.（2007上海）固定光滑细杆与地面成一定倾角，在杆上套有一个光滑小环，小环在沿杆方向的推力F作用下向上运动，推力F与小环

21、速度v随时间变化规律如图3-12-14所示，取重力加速度g10m/s2.求：（1）小环的质量m；（2）细杆与地面间的倾角？10（2007深圳一模）如图3-13-32所示，质量为m的金属块放在水平桌面上，在与水平方向成角斜向上、大小为F的拉力作用下，以速度v向右做匀速直线运动 重力加速度为g 求：（1）求金属块与桌面间的动摩擦因数（2）如果从某时刻起撤去拉力，则撤去拉力后金属块在桌面上还能滑行多远？2基础提升训练11.(2008 汕头一模 )在静止的小车内，用细绳a和b系住一个小球，绳a处于斜向上的方向，拉力为Fa，绳b处于水平方向，拉力为Fb，如图所示现让小车从静止开始向右做匀加速运动，此时小

22、球相对于车厢的位置仍保持不变，则两根细绳的拉力变化情况是（）AFa变大，Fb不变BFa变大，Fb变小CFa变大，Fb变大DFa不变，Fb变小图 31330 F/N v/ms1 5.5 1 F5 0 2 4 6 t/s 0 2 4 6 t/s 图 31214 图 31332 aFbF名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -12.(2008 茂名二模)如图 7 所示，某人通过定滑轮用不可伸长的轻质细绳将质量为m的货物提升到高处.已知人拉绳的端点沿平面匀速向右运动，若滑轮的质量和摩擦均不计，则下列说法中正确的是（）A.货物匀速运动上升B.货物加速运动上升C.绳的拉力

23、T 大于物体的重力mg D.绳的拉力T 等于物体的重力mg 13.如图 3-13-11 所示，一水平方向足够长的传送带以恒定的速率v1沿顺时针转动，传送带右侧有一与传送带等高的光滑水平面，一物块以初速度v2沿直线向左滑向传送带后，经过一段时间又返回光滑水平面，此时其速率为v3，则下列说法正确的是（）A、只有 v1=v2时，才有 v3=v1B、若 v1 v2，则 v3=v2C、若 v1 v2，物块一直匀加速到返回水平面，则v3=v2；若 v1 mgcos，物体沿传送带向下加速运动，物体加速度为a2=g(sin cos)=2m/s2物体以 a2加速运行剩下的11m位移所需时间为t2，由 s2=vt2+a2t22/2，得，t2=1s 所需总时间为t=t1+t2=2s（2）若传送带的运行方向向上：物体相对于传送带一直沿斜面向下运动，物体所受的摩擦力方向一直沿斜面向下，加速度大小为a3=g(sin cos)=2m/s2物体从传送带A端运动到 B端的时间为t，则有s4=as2=t3名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -