《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第三章牛顿运动定律第3单元 牛顿运动定律的综合应用

[例2]
(2012· 江苏高考)如图3－3－5所示，
一夹子 夹住木块，在力F作用下向上提升。夹 子和木块的质量分别为m、M，夹子与木块两 侧间的最大静摩擦力均为f。若木块不滑动， 力F的最大值是 2fm＋M A. M 2fm＋M B. m 2fm＋M C. －(m＋M)g M 2fm＋M D. ＋(m＋M)g m
再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。
[例1]
在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止
时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg，电梯运 动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图3－
3－4所示，在这段时间内下列说法中正确的是
(
)
图3－3－4
A．晓敏同学所受的重力变小了 B．晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C．电梯一定在竖直向下运动 D．电梯的加速度大小为g/5，方向一定竖直向下
[记一记]
1．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。 2．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。
超重与失重
[想一想]
如图3－3－1所示，是我国长征火箭把载人神 舟飞船送上太空的情景，请思考： (1)火箭加速上升阶段，宇航员处于超重还是 失重状态？ 图3－3－1 (2)当火箭停止工作后上升阶段，宇航员处于超重还是失重状态？ (3)当飞船在绕地球做匀速圆周运动阶段，宇航员处于超重还是失 重状态？
提示：(1)火箭加速上升阶段，具有向上的加速度， 处于超重状态。 (2)火箭停止工作后上升阶段具有向下的加速度， 处于失重状态。 (3)神舟飞船绕地球做匀速圆周运动时，万能引力
止时，解题时一般采用隔离法分析。 2．解决这类问题的关键 正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各个物 体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析，分别确
定出它们的加速度，然后根据牛顿运动定律列方程求解。
超链 接
很多动力学问题常涉及多物体或多个连续的运动过 程，物体在不同的运动过程中，运动规律和受力情况都发 生了变化，因此该类问题的综合性较强，所涉及的知识点 也较多，难度一般在中等偏上。
图3－3－5 ( )
[审题指导]

第一步：抓关键点
关键点
获取信息
夹子与木块两侧间的 木块从两侧均受到向上的摩擦 最大静摩擦力均为f 木块不滑动，力F的 最大值 力，且大小相同 当夹子与木块两侧的静摩擦力
达到最大值时，木块刚要相对
夹子滑动，对应拉力F最大
第二步：找突破口 先分析木块M的受力，应用牛顿第二定律求出其 运动的最大加速度，再以m、M为一整体，应用牛顿 第二定律求力F的最大值。
为其提供了向心加速度，处于失重状态
[记一记]
1．实重和视重 (1)实重：物体实际所受的 重力 ，它与物体的运动 状态无关。 (2)视重：测力计所指示的数值。 2．超重、失重和完全失重比较 超重现象 失重现象 完全失重 物体对支持物的 物体对支持物的 物体对支持物的压 压力(或对悬挂 压力(或对悬挂 力(或对悬挂物的拉 小于 概念 大于 物体所受 物的拉力)____ 物的拉 力) 等于零 物体所受重力的 力)__________ 重力的现象 现象 的现象
不同，故采用隔离法。
(2)水平面上的连接体问题。 ①这类问题一般多是连接体(系统)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。
②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。 (3)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
3．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，
则内力将转换为隔离体的外力。
[试一试] 2．如图3－3－3所示，在光滑水平面上有
甲、乙两木块，质量分别为m1和m2， 图3－3－3 中间用一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧连接起
第三步：三定位，将解题过程步骤化
第四步：求规范，步骤严谨不失分
[解] (1)设细线中的张力为 FT，根据牛顿第二定律
Mg－FT＝Ma①(2 分) FT－mgsin 30° ＝ma②(2 分) 2k－1 且 M＝km，联立解得 a＝ g③(1 分) 2k＋1
(2)设 M 落地时 m 的速度大小为 v0，m 射出管口时 速度大小为 vt，M 落地后 m 的加速度大小为 a0， 根据牛顿第二定律 mgsin 30° ＝ma0④(2 分) 由匀变速直线运动规律知 v02＝2aLsin 30° ⑤(1 分) vt2－v02＝2(－a0)L(1－sin 30° )⑥(2 分) 联立解得 vt＝ k－2 gL(k>2)⑦(2 分) 2k＋1
[答案] D
(1)无论超重还是失重，物体的重力并没有变化。 (2)由物体超重或失重，只能判断物体的加速度方
向，不能确定其速度方向。
(3)物体超重或失重的多少是由发生超、失重现象 的物体的质量和竖直方向的加速度共同决定的，其大 小等于ma。
整体法与隔离法的灵活应用
(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”。
②
段时间后， 小物块落地静止不动，，小球继续向上运动，
③
通过管口的转向装置后做平抛运动，
④
小球的转向过程中速率不变。(重力加速度为 g)
⑤
(1)求小物块下落过程中的加速度大小；
(2)求小球从管口抛出时的速度大小；
2 (3)试证明小球平抛运动的水平位移总小于 2 L。 [解题流程] 第一步：审题干，抓关键信息
1 2 (3)由平抛运动规律 x＝vtt，Lsin 30° 2gt ⑧(2 分) ＝ 解得 x＝L k－2 ⑨(1 分) 2k＋1
2 则 x< 2 L 得证⑩(1 分)
——[考生易犯错误]———————————————
1 1在②中易出现： Mg－mgsin 30° ＝ma， a＝ 2k 得 2
－1g，此解错误的原因是认为细绳的拉力大小等于 Mg， 此错误使1问的 5 分全部丢失，还将影响2、3问题的 最终结果。
2在⑥中易出现错误关系式 vt2－v02＝2a0L1－sin 30° ，原因是没有注意到 a0 只表示加速度的大小，此错误 将丢 4 分。
[名师叮嘱]
(1)任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的 小过程构成，上一过程的末态是下一过程的初态，对每 一个过程分析后，列方程，联立求解。 (2)注意两个过程的连接处，加速度可能突变，但
解决这类问题时，既要将每个子过程独立分析清楚，又
要关注它们之间的联系，如速度关系、位移关系等。
[典例]
(16 分)如图 3－3－6 所示，
①
长为 L， 内壁光滑的直管，与水平地面 成 30° 角固定放置，将一质量为 m 的小
图3－3－6
球固定在管底，用一轻质光滑细线将小球与质量为 M＝km 的小物块相连，小物块悬挂于管口，现将小球释放，，一
提示：m与M一起匀加速运动，其运动状态完全相 同，可把m与M视为一整体，利用牛顿第二定律可求出它 F 们共同的水平向左的加速度a＝ ，再对m利用隔离 m＋M 体法分析m的受力，有重力及斜面对m的作用力，两力的 合力水平向左为其提供了加速度，则两力的合力为F合＝ Fm ，由力的合成可得，斜面对m的作用力FMm＝ M＋m Fm 2 2 2 2 F合 ＋m g ＝ ＋m2g2 M＋m
[尝试解题] 设它们的加速度为a，以木块为研究对象，由牛顿第二 定律得：2f－Mg＝Ma ① 。以木块和夹子为整体，由牛 顿第二定律可得：F－(M＋m)g＝(M＋m)a ②。联立①② 2fm＋M 式解得：F＝ 。所以A正确。 M
[答案] A
整体法与隔离法常涉及的问题类型 1．涉及隔离法与整体法的具体问题类型 (1)涉及滑轮的问题。 若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法。本例中， 绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加速度大小相同但方向
答案：B
超重与失重问题 (1)尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加
速度在竖直方向上有分量即ay≠0，物体就会出现超重或
失重状态。当ay方向竖直向上时，物体处于超重状态； 当ay方向竖直向下时，物体处于失重状态。 (2)尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体 的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重
[审题指导]
解答本题时应注意以下三点：
(1)由体重计示数变化判断电梯的加速度方向； (2)由牛顿第二定律可求电梯的加速度； (3)无法确定电梯的速度方向。
[尝试解题]由题知体重计的示数为40 kg时，人对体重 计的压力小于人的重力，故处于失重状态，实际人受到的 重力并没有变化，A错；由牛顿第三定律知B错；电梯具有 向下的加速度，但不一定是向下运动，C错；由牛顿第二 g 定律mg－FN＝ma，可知a＝ ，方向竖直向下，D对。 5
运动
状态
运动情况；绕