3.高考必考十四大经典物理专题集锦 牛顿运动定律的综合应用(解析版)

专题03: 牛顿运动定律的综合应用

(解析版)

考点分类：考点分类见下表

考点内容常见题型及要求

超重与失重选择题较多

应用整体法与隔离法处理连接体问题选择题、计算题

动力学中的图像问题选择题、计算题

动力学中的临界与极值问题选择题、计算题

考点一平衡条件的应用

1.物体的超、失重

2.判断超重和失重现象的三个技巧

(1)从受力的角度判断

当物体受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态.

(2)从加速度的角度判断

当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态.

(3)从速度变化角度判断

①物体向上加速或向下减速时,超重.

②物体向下加速或向上减速时,失重.

3.超重和失重现象的两点说明

(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)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.此时,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如物体悬浮空中、天平失效、液体不再产生压强和浮力、“天宫二号”中的航天员躺着和站着睡觉一样舒服等.

考点二应用整体法与隔离法处理连接体问题

1.方法选取

(1)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,则可以把它们看成一个整体,分析整体受到的合外力,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量).

(2)隔离法的选取原则

若连接体内各物体的加速度不相同,或者需要求出系统内各物体之间的作用力,则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.

(3)整体法、隔离法的交替运用

若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以选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.连接体问题的具体类型

(1)通过滑轮和绳的连接体问题:若要求绳的拉力,绳跨过定滑轮,连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同,故采用隔离法.

(2)水平面上的连接体问题:这类问题一般多是连接体(系统)中各物体保持相对静止,即具有相同的加速度.解题时,一般整体法、隔离法交替应用.

(3)斜面体及其上面物体组成的系统的问题:当物体具有沿斜面方向的加速度,而斜面体相对于地面静止时,解题时一般采用隔离法分析;若物体随斜面体共同加速运动,一般整体法、隔离法交替应用.

考点三动力学中的图像问题

1.常见四类动力学图像及解题办法

2.解题策略

(1)问题实质是力与运动的关系,解题的关键在于弄清图像斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义.

(2)应用物理规律列出与图像对应的函数方程式,进而明确“图像与公式”

“图像与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断.

考点四动力学中的临界与极值问题

1.动力学中的临界极值问题

在应用牛顿运动定律解决动力学问题中,当物体运动的加速度不同时,物体有可能处于不同的状态,特别是题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,往往会有临界值出现.

2.产生临界问题的条件

(1)两物体脱离的临界条件:弹力FN=0,加速度相同,速度相同.

(2)相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,静摩擦力达到最大值.

(3)绳子拉断与松弛的临界条件:绳子断时,绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛时,张力FT=0.

3.临界问题的常用解法

(1)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.

(2)假设法:临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能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.

(3)数学方法:将物理过程转化为数学公式,根据数学表达式解出临界条件.

典例精析 ★考点一：超重与失重

◆典例一：(2018·南京金陵中学模拟)图(甲)是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图,中间的点表示人的重心.图(乙)是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线.两图中a ～g 各点均对应,其中有几个点在图(甲)中没有画出.取重力加速度g=10 m/s2.根据图像分析可知( )

A.人的重力为1 500 N

B.c 点位置人处于超重状态

C.e 点位置人处于失重状态

D.d 点的加速度小于f 点的加速度 【答案】B

【解析】(1)力传感器上显示的是压力,静止时重力等于压力的大小,只有比较合力的大小才能比较加速度的大小.

(2)压力大于重力就是超重,压力小于重力就是失重.

解析:由图可知人的重力为500 N,故A 错误;c 点位置人的支持力750 N>500 N,处于超重状态,故B 正确;e 点位置人的支持力650 N>500 N,处于超重状态,故C 错误;d 点的加速度为F mg m -=1500500

50

-m/s 2=20 m/s 2,f 点的加速度为a=g=10 m/s 2,所以,d 点的加速度大于f 点的加速度,故D 错误.

◆典例二(2019·宁夏银川模拟)将一个质量为1 kg 的小球竖直向上抛出，最终落回抛出点，运动过程中所受阻力大小恒定，方向与运动方向相反．该过程的v -t 图象如图所示，g 取10 m/s 2.下列说法正确的是( )