2018年高考物理复习第三章第三节牛顿运动定律的综合应用

第三节牛顿运动定律的综合应用

一、超重和失重

1．超重

(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象，称为超重现象．

(2)产生条件：物体具有向上的加速度．

2．失重

(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象，称为失重现象．

(2)产生条件：物体具有向下的加速度．

3．完全失重

(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的情况称为完全失重现象．

(2)产生条件：物体的加速度a＝g，方向竖直向下．

1.判断正误

(1)超重就是物体的重力变大的现象．()

(2)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态．()

(3)减速上升的升降机内的物体，物体对地板的压力大于重力．()

(4)根据物体处于超重或失重状态，可以判断物体运动的速度方向．()

(5)物体处于超重或失重状态，完全由物体加速度的方向决定，与速度方向无关．()

提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√

二、解答连接体问题的常用方法

1．整体法：当系统中各物体的加速度相同时，我们可以把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各物体的质量之和，当整体受到的外力已知时，可用牛顿第二定律求出整体的加速度．

2．隔离法：当求解系统内物体间相互作用力时，常把物体从系统中“隔离”出来进行分析，依据牛顿第二定律列方程．

3．外力和内力

(1)外力：系统外的物体对研究对象的作用力；

(2)内力：系统内物体之间的作用力．

2.(多选)(2017·大同模拟)如图所示，水平地面上有两

块完全相同的木块A、B，在水平推力F的作用下运动，用F AB代表A、B间的相互作用力，则()

A．若地面是完全光滑的，F AB＝F

B．若地面是完全光滑的，F AB＝F 2

C．若地面是有摩擦的，F AB＝F

D．若地面是有摩擦的，F AB＝F 2

提示：BD

超重与失重现象

【知识提炼】

1．对超重、失重的理解：超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了．在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化(即“视重”发生变化)．2．判断方法

(1)不管物体的加速度是不是竖直方向，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．

(2)尽管不是整体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，整体也会出现超重或失重现象．

在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等．

【典题例析】

如图所示，是某同学站在压力传感器上，做下蹲－起

立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为牛

顿)，横坐标为时间．由图线可知()

A．该同学做了两次下蹲－起立的动作

B．该同学做了一次下蹲－起立的动作

C．下蹲过程中人处于失重状态

D．下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态

[审题指导]

下蹲过程：静止→向下加速→向下减速→静止

起立过程：静止→向上加速→向上减速→静止

[解析]在一次下蹲过程中，该同学要先后经历失重状态和超重状态，所以对压力传感器的压力先小于自身重力后大于自身重力，而在一次起立过程中，该同学又要先后经历超重状态和失重状态，所以对压力传感器的压力先大于自身重力后小于自身重力，所以题图记录的应该是一次下蹲－起立的动作．

[答案] B

如图所示，台秤上有一装水容器，容器底部用一质量不计的细线系住一个

乒乓球．某时刻细线断开，乒乓球向上加速运动，在此过程中，关于台秤的示

数与线断前相比的变化情况及原因．下列说法正确的是()

A．由于乒乓球仍在容器中，所以示数与细线断前相同

B．细线断后不再向上提拉容器底部，所以示数变大

C．细线断后，乒乓球有向上的加速度，处于超重状态，故示数变大

D．容器、水、乒乓球整个系统的重心加速下移，处于失重状态，所以示数变小

解析：选D.乒乓球加速上升，整个系统重心加速下移，处于失重状态，故D正确．

动力学观点在连接体中的应用

【知识提炼】

1．多个相互关联的物体由细绳、细杆或弹簧等连接或叠放在一起，构成的物体系统称为连接体．常见的连接体如图所示：

2．连接体问题的分析方法：一是隔离法，二是整体法．

(1)加速度相同的连接体

①若求解整体的加速度，可用整体法．整个系统看成一个研究对象，分析整体受外力情况，再由牛顿第二定律求出加速度．

②若求解系统内力，可先用整体法求出整体的加速度，再用隔离法将内力转化成外力，由牛顿第二定律求解．

(2)加速度不同的连接体：若系统内各个物体的加速度不同，一般应采用隔离法．以各个物体分别作为研究对象，对每个研究对象进行受力和运动情况分析，分别应用牛顿第二定律建立方程，并注意应用各个物体的相互作用关系联立求解．

3．充分挖掘题目中的临界条件

(1)相接触与脱离的临界条件：接触处的弹力F N ＝0.

(2)相对滑动的临界条件：接触处的静摩擦力达到最大静摩擦力． (3)绳子断裂的临界条件：绳子中的张力达到绳子所能承受的最大张力． (4)绳子松弛的临界条件：张力为0. 4．其他几个注意点

(1)正确理解轻绳、轻杆和轻弹簧的质量为0和受力能否突变的特征的不同．

(2)力是不能通过受力物体传递的受力，分析时要注意分清内力和外力，不要漏力或添力．

【典题例析】

质量为M 、长为3L 的杆水平放置，杆两端A 、B 系着长为3L 的不可伸长且光

滑的柔软轻绳，绳上套着一质量为m 的小铁环．已知重力加速度为g ，不计空气影响．

(1)现让杆和环均静止悬挂在空中，如图甲，求绳中拉力的大小．

(2)若杆与环保持相对静止，在空中沿AB 方向水平向右做匀加速直线运动，此时环恰好悬于A 端正下方，如图乙所示．

①求此状态下杆的加速度大小a .

②为保持这种状态需在杆上施加一个多大外力，方向如何？

[审题指导] (1)题图甲中杆和环均静止，把环隔离出来受力分析，由平衡条件列方程可求出绳中拉力．

(2)题图乙中，杆与环一起加速，把环隔离出来受力分析，由牛顿第二定律列方程可求出环的加速度，再对杆和环整体进行受力分析，由牛顿第二定律列方程求出施加的外力．

[解析] (1)环受力如图1所示，由平衡条件得：

2F T cos θ－mg ＝0

由图1中几何关系可知：cos θ＝63

联立以上两式解得：F T ＝

64

mg . (2)①小铁环受力如图2所示，由牛顿第二定律得：