通用版高考物理一轮复习专题三牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的应用课件

考向3 关于超重与失重的计算
【典题3】(2020 年黑龙江大庆期末)某人在地面上最多可
举起 50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了
60 kg 的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10 m/s2)( )
A.2 m/s2 竖直向上 C.2 m/s2 竖直向下
B.53 m/s2 竖直向上 D.53 m/s2 竖直向下
图 3-3-3
A.1 s 时人处在下蹲的最低点 B.2 s 时人处于下蹲静止状态 C.该同学做了 2 次下蹲—起立的动作 D.下蹲过程中人始终处于失重状态
解析：人下蹲动作分别有失重和超重两个过程，先是加速 下降失重，到达一个最大速度后再减速下降超重对应先失重再 超重，到达最低点后处于平衡状态，由图可知，t＝1 s 时人仍 然加速下降，故 A 错误；人下蹲动作分别有失重和超重两个过 程，先是加速下降失重，到达一个最大速度后再减速下降超重 对应先失重再超重，到达最低点后处于平衡状态，所以在 t＝2 s 时刻人处于下蹲静止状态，故 B 正确，D 错误；对应图象可知， 该同学做了一次下蹲—起立的动作，故 C 错误.
3.两块砖块叠在一起放在竖直升降电梯的水平底板上，当 两块砖块间的压力小于上面砖块的重力时，电梯可能的运动是
()
A.向上加速运动
B.向上减速运动
C.向下匀速运动
D.向下减速运动
解析：由题意知，砖块及升降机处于失重状态，它们的加
速度方向为竖直向下，此时升降机加速下降或减速上升，故 B 正确.
答案：B
答案：C
动力学中的临界极值问题 [热点归纳] 1.临界或极值条件的标志. (1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，表明 题述的过程存在临界点. (2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离” 等词语，表明题述的过程存在“起止点”，而这些起止点往往 就对应临界状态.
(3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字
考向1 动力学中的临界问题 【典题5】(2020 年广东广州调研)质量为 m 的光滑圆柱体 A 放在质量也为 m 的光滑“V”型槽 B 上，如图 3-3-7，α＝60°， 另有质量为 M 的物体 C 通过跨过定滑轮的不可伸长的细绳与 B 相连，现将 C 自由释放，则下列说法正确的是( )
图 3-3-7
答案：AB
考点分析：运动情况的分析，受力分析，牛顿第二定律的 应用.
方法技巧 分析图象问题时常见的误区 (1)没有看清纵、横坐标所表示的物理量及单位. (2)不清楚图线的点、斜率、面积等的物理意义. (3)忽视对物体的受力情况和运动情况的分析.
【迁移拓展】如图 3-3-6 所示，物体沿斜面由静止滑下， 在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜面和水平面间的动 摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接，下图中 v、a、f 和 s 分别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程，下 图中正确的是( )
v-t 图象 根据图象的斜率判断加速度的大小和方向，进而根 据牛顿第二定律求解合外力
首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析， 然后根据牛顿第二定律推导出两个量间的函数关系 F-a 图象 式，根据函数关系式结合图象，明确图象的斜率、 截距或面积的意义，从而由图象给出的信息求出未 知量
（续表） 要注意加速度的正负，正确分析每一段的运动情况，
图 3-3-6
解析：物体在下滑过程和水平面运动过程中始终受到恒定 的作用力,根据牛顿第二定律可知,下滑过程：mgsinθ－μmgcos θ ＝ma1，加速度方向沿斜面向下；水平面移动过程：μmg＝ma2， 加速度方向水平向左，从上述计算可知加速度为一定值，所以
v-t 图象应为直线，故 A 错误；物体在下滑过程和水平面运动过 程中加速度大小均为定值，a-t 图象应为与时间轴平行的直线， 故 B 错误；根据上述计算过程可知物体下滑过程中的摩擦力小 于水平面移动过程中的摩擦力，且两段过程均为定值，故 C 正 确；物体在下滑过程中是匀加速直线运动，s-t 图象应为曲线， 故 D 错误.
根据牛顿第二定律可得 f＝ma2，解得木板的质量 m＝1 kg，故 A 正确；2 s～4 s 内，木板的加速度 a1＝40－.42 m/s2＝0.2 m/s2，根 据牛顿第二定律可得 F－f＝ma1，解得力 F＝0.4 N，故 B 正确； 0～2 s 内，整体受力平衡，拉力 F 的大小始终等于绳子的拉力， 绳子的拉力增大，则力 F 增大，故 C 错误；由于物块的质量无 法求出，物块与木板之间的动摩擦因数无法求解，故 D 错误.
A.木板的质量为 1 kg B.2 s～4 s 内，力 F 的大小为 0.4 N C.0～2 s 内，力 F 的大小保持不变 D.物块与木板之间的动摩擦因数为 0.2
解析：根据图象可知木块与木板之间的滑动摩擦力为 f＝0.2 N，在 4 s 后木板的加速度大小为 a2＝0.45－－04.2 m/s2＝0.2 m/s2，
(1)用给定图象解答问题. (2)根据题意作图，用图象解答问题.在实际的应用中要建立 物理情景与函数、图象的相互转换关系.
【典题4】(多选，2019 年新课标Ⅲ卷)如图 3-3-5 甲，物块 和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实 验台上的力传感器相连，细绳水平.t＝0 时，木板开始受到水平 外力 F 的作用，在 t＝4 s 时撤去外力.细绳对物块的拉力 f 随时 间 t 变化的关系如图乙所示，木板的速度 v 与时间 t 的关系如图 丙所示. 木板与实验台之间的摩擦可以忽略. 重力加速度取 10 m/s2.由题给数据可以得出( )
a-t 图象 然后结合物体受力情况根据牛顿第二定律列方程 要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律求出加速
F-t 图象 度，分析每一时间段的运动性质
2.图象类问题的实质是力与运动的关系问题，以牛顿第二 定律 F＝ma 为纽带，理解图象的种类，图象的轴、点、线、截 距、斜率、面积所表示的意义.运用图象解决问题一般包括两个 角度：
眼，表明题述的过程存在极值，这个极值点往往是临界点.
(4)若题目要求“最终加速度”“稳定速度”等，即求收尾
加速度或收尾速度.
2.几种临界状态和其对应的临界条件如下表所示.
临界状态
临界条件
速度达到最大
物体所受的合外力为零
两物体刚好分离 绳刚好被拉直
两物体间的弹力 FN＝0 绳中张力为零
绳刚好被拉断
绳中张力等于绳能承受的最大拉力
第3讲 牛顿运动定律的应用
超重和失重
比较
超重
失重
完全失重
定义
物体对支持物的压 物体对支持物的压 物体对支持物的 力(或对悬挂物的 力(或对悬挂物的 压力(或对悬挂 拉力)_大__于___物体 拉力)__小__于__物体 物的拉力)等于 所受重力的现象 所受重力的现象 ___0___的状态
产生 条件
2.判断超重和失重的方法.
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；小于重力时，物体处于失重
状态；等于零时，物体处于完全失重状态
当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状 从加速度的 态；具有向下的加速度时，物体处于失重状态；
角度判断 向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全
2.在升降电梯内的地面上放一体重计，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 3-3-1 所示，在这段 时间内下列说法正确的是( )
图 3-3-1
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—g5 ，方向一定竖直向下 答案：D
答案：AD
热点1 超重与失重现象 [热点归纳] 1.对超重、失重的理解. (1)不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是 “视重”改变. (2)物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还 是向下运动，而在于物体的加速度方向，只要其加速度在竖直 方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态. (3)当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生 a＝g 的加速度效果，不再有其他效果.
4.(多选)某人在地面上用体重计称得其体重为 490 N，他将 体重计移至电梯内称其体重，t0 至 t3 时间段内，体重计的示数 如图 3-3-2 所示，电梯运动的 v-t 图可能是下图中的(取电梯向上 运动的方向为正)( )
图 3-3-2
A
B
C
D
解析：由 F-t 图象知：t0～t1 时间内，具有向下的加速度， t1～t2 时间内匀速或静止，t2～t3 时间内，具有向上的加速度， 故 A 【典题2】(2020年山东卷)一质量为 m 的乘客乘坐竖直电 梯下楼，其位移 s 与时间 t 的关系图象如图 3-3-4 所示.乘客所受 支持力的大小用 FN 表示，速度大小用 v 表示.重力加速度大小 为 g.以下判断正确的是( )
图 3-3-4
A.0～t1 时间内，v 增大，FN>mg B.t1～t2 时间内，v 减小，FN<mg C.t2～t3 时间内，v 增大，FN <mg D.t2～t3 时间内，v 减小，FN >mg 解析：由于 s-t 图象的斜率表示速度，可知在 0～t1 时间内 速度增加，即乘客的加速度向下，处于失重状态，则 FN<mg， 故 A 错误；在 t1～t2 时间内速度不变，即乘客匀速下降，则 FN ＝mg，故 B 错误；在 t2～t3 时间内速度减小，即乘客的减速下 降，超重，则 FN>mg，故 C 错误，D 正确. 答案：D
A.当 M＝m 时，A 和 B 保持相对静止，共同加速度为 0.5g B.当 M＝2m 时，A 和 B 保持相对静止，共同加速度为 0.5g C.当 M＝6m 时，A 和 B 保持相对静止，共同加速度为 0.75g D.当 M＝5m 时，A 和 B 之间的恰好发生相对滑动
失重状态
从速度变化 ①物体向上加速或向下减速时，超重 的角度判断 ②物体向下加速或向上减速时，失重
考向1 对超重与失重现象的理解及判断 【典题1】(2020 年山东青岛模拟)图 3-3-3 是某同学站在压 力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变 化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间.由图线可知，该同学 的体重约为 650 N，除此以外，还可以得到以下信息( )
失重
①_加__速___下降； ②减速上升
完全失重
①自由落体运动 和所有的抛体运 动；②绕地球做 匀速圆周运动的 卫星、飞船等
【基础自测】 1.判断下列题目的正误. (1)超重就是物体的重力变大的现象.( ) (2)减速上升的升降机内的物体，物体对地板的压力大于物 体的重力.( ) (3)加速上升的物体处于超重状态.( ) (4)加速度大小等于 g 的物体处于完全失重状态.( ) (5)处于完全失重状态的物体，重力并没有发生变化.( ) 答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
3.处理临界问题的三种方法.
极限法
把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状 态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的
临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能
假设法 时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现
临界条件时，往往用假设法解决问题
数学法
将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出 临界条件
解析：由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为 Fm
＝mg＝500 N，在电梯中人能举起 60 kg 物体，物体一定处于失
重状态，对
60
kg
的物体：m′g－Fm＝m′a，即
a＝
600－500 60
m/s2＝—53 m/s2，故 D 正确.
答案：D
热点2 牛顿第二定律与图象结合的问题 [热点归纳] 1.明确常见图象的意义，如下表：
加速度方向向 加速度方向向_上___ 加速度方向向_下___ _下__，且大小a＝
____g____
动力学 原理
F－mg＝ma F＝_m__(_g_＋__a_)
mg－F＝ma F＝_m__(g_－__a__)
mg－F＝mg F＝____0____
(续表) 比较
超重
可能 ①_加__速___上升； 状态 ②减速下降