最新高考物理二轮复习课件：第三章 第3讲 牛顿运动定律的综合应用

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第3讲　牛顿运动定律的综合应用 【知识梳理自查】一、超重和失重必备知识·自主排查【情境转换】小丁同学在地面上最多能举起60 kg的重物,重力加速度g取10 m/s2,小丁同学站在正以加速度5 m/s2上升的升降机中,能举起的最大重物质量变化吗?最多能举起多大质量的重物?提示:变化　小丁同学在地面上最多能举起60 kg的重物,可知小丁对重物竖直方向的最大作用力F=600 N,对重物应用牛顿第二定律有F-m1g=m1a,解得m1=40 kg。 二、整体法与隔离法【情境转换】如图所示,光滑水平面上在外力F的作用下,质量分别为mA、mB 的两物体A、B保持相对静止一起向右加速运动,则A、B间的摩擦力为多大。 提示:对A和B整体,F=(mA+mB)a,隔离A,f=mAa,解得f= F 【小题速诊速纠】1.判一判(1)超重就是物体的重力变大的现象。 (　　)(2)失重时物体的重力小于mg。 (　　)(3)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。 (　　)(4)加速上升的物体处于超重状态。 (　　)(5)物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化。 (　　)(6)整体法和隔离法是指选取研究对象的方法。 (　　)提示:(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√2.练一练(1)如图所示,苹果自空中竖直落入深水中,到达某一深度后又返回到水面,下列说法正确的是 (　　)A.苹果在空中下落时处于“超重”状态B.苹果落入水中后“重力”变小了C.苹果在水中向下运动时处于“超重”状态D.苹果在水中向上运动时处于“失重”状态【解析】选C。苹果在空中下落时加速度向下,处于“失重”状态,选项A错误;苹果在水中下落时加速度向上,处于“超重”状态,选项C正确;苹果在水中上升时加速度向上,处于“超重”状态,选项D错误;超重和失重物体所受重力没有变化,只是“视重”变化,苹果在整个运动过程中“重力”没变,选项B错误。(2)如图所示,用水平恒力F拉A、B、C三个物体在光滑水平面上运动。现在中间的B物体上突然附上一小物块,使它随B物体一起运动,且原拉力F不变。那么附上小物块后,对两段绳的拉力Ta和Tb的变化情况判断正确的是 (　　)A.Ta增大　　B.Ta变小　　C.Tb增大　　D.Tb不变【解析】选A。附上小物块后,研究整体可得加速度减小,研究A物体可得Ta增大,研究C物体可得Tb减小,选项A正确。 考点1　对超重和失重的理解(b【典例考题研析】【典例1】在印尼雅加达亚运会上,中国撑杆跳运动员李玲获得撑杆跳金牌,图为她在比赛中的几个画面。下列说法中正确的是 (　　)A.她在助跑过程中,一定做匀加速直线运动B.她在上升过程中,处于失重状态C.她在下落过程中,处于失重状态D.她过最高点时的速度为零关键能力·层级突破【解题思路】解答本题应注意以下几点【解析】选C。她在助跑过程中,可能做变加速直线运动,不一定做匀加速直线运动,A错误;她在上升过程中,受到杆子的作用力,加速度先向上后向下,所以先处于超重状态后处于失重状态,B错误;她在下落过程中,向下做加速运动,加速度向下,处于失重状态,C正确;如果她过最高点时的速度为零,接下来将做自由落体运动,但运动轨迹是曲线,说明在最高点还有水平速度,D错误。综上所述,本题正确答案为C。【精练题组通关】1.(2020·山东等级考)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼,其位移s与时间t的关系图像如图所示。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 (　　) A.0～t1时间内,v增大,FN>mgB.t1～t2 时间内,v减小,FNmg【解析】选D。由s-t图像的斜率表示速度可知,在0～t1时间内速度增加,即乘客加速下降,乘客的加速度竖直向下,所以乘客处于失重状态,则FNmg,C错误、D正确。故选D。2.(2020·杭州模拟)人在平地上静止站立时,受到的支撑力等于人的重力。做原地纵跳时,在快速下蹲和蹬伸的过程中,人体受到的支撑力发生变化(如图,G为重力,F为支撑力)。下列曲线能正确反映该变化的是 (　　)【解析】选D。人腾空时支撑力为零,故A、C项错误,人在快速下蹲和蹬伸的过程中,加速度先向下,再向上,即先失重,再超重,故支撑力先小于重力,然后大于重力,故B错误,D正确。【加固训练】1.如图所示,木箱顶端固定一竖直放置的弹簧,弹簧下方有一物块,木箱静止时弹簧处于伸长状态且物块与箱底间有压力。若在某段时间内,物块对箱底刚好无压力,则在此段时间内,木箱的运动状态可能为 (　　)A.减速下降　　　　　　B.加速上升C.物块处于失重状态 D.物块处于超重状态【解析】选C。木箱静止时弹簧处于伸长状态且物块与箱底间有压力,此时物块在重力、弹簧弹力、木箱底对它向上的支持力作用下处于平衡状态。物块对箱底刚好无压力时,重力、弹簧弹力不变,其合力竖直向下,所以系统的加速度向下,物块处于失重状态,可能加速下降,故C对。2.引体向上是同学们经常做的一项健身运动。该运动的规范动作是两手正握单杠,由悬垂开始,上拉时,下颚须超过单杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂(如图所示)。这样上拉下放,重复动作,达到锻炼臂力和腹肌的目的。关于做引体向上动作时人的受力,以下判断正确的是 (　　)A.上拉过程中,人受到两个力的作用B.上拉过程中,单杠对人的作用力大于人的重力C.下放过程中,单杠对人的作用力小于人的重力D.下放过程中,人只受到一个力的作用【解析】选A。在上拉过程中,人受到重力和单杠对人的作用力,A正确;上拉过程中,要先加速,后减速,即先超重,后失重,单杠对人的作用力先是大于人的重力后小于人的重力,B错误;同理,下放过程中,单杠对人的作用力先是小于人的重力后大于人的重力,C错误;下放的过程中,单杠对人有作用力,人不可能只受到一个力的作用,D错误。考点2　整体法和隔离法解决连接体问题(d)【典例考题研析】 【典例2】(2020·江苏卷)中欧班列在欧亚大陆开辟了“生命之路”,为国际抗疫贡献了中国力量。某运送防疫物资的班列由40节质量相等的车厢组成,在车头牵引下,列车沿平直轨道匀加速行驶时,第2节对第3节车厢的牵引力为F。若每节车厢所受摩擦力、空气阻力均相等,则倒数第3节对倒数第2节车厢的牵引力为 (　　)A.F　　　　　　　　　B. C. D. 【解题思路】解答本题应注意以下两点【解析】选C。根据题意可知第2节车厢对第3节车厢的牵引力为F,因为每节车厢质量相等,阻力相同,以后面38节车厢为研究对象,根据牛顿第二定律有F-38f=38ma。设倒数第3节车厢对倒数第2节车厢的牵引力为F1,以最后两节车厢为研究对象,根据牛顿第二定律有F1-2f=2ma,联立解得F1= 。故选C。【总结提升】涉及整体法和隔离法的具体类型(1)通过滑轮和绳的连接体问题:若要求绳的拉力,一般都必须采用隔离法。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)斜面体与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。【精练题组通关】1.(易错专练:连接体问题的分析方法)如图所示,光滑水平面上,水平恒力F拉小车和木块一起做匀加速直线运动,小车质量为M,木块质量为m,它们的共同加速度为a,木块与小车间的动摩擦因数为μ。则在运动过程中 (　　)A.木块受到的摩擦力大小一定为μmgB.木块受到的合力大小为FC.小车受到的摩擦力大小为 D.小车受到的合力大小为(m+M)a【解析】选C。把小车和木块看成一个整体,根据牛顿第二定律得a= ;木块水平方向只受静摩擦力,根据牛顿第二定律得f=ma= ,不一定等于μmg,A错误;对木块运用牛顿第二定律得F合=ma= 小于F,B错误;根据牛顿第三定律可得小车受到的摩擦力大小为f′=f= ,C正确;对小车运用牛顿第二定律得F车合=Ma,D错误。故选C。2.(2020·金华模拟)如图所示,一人用钳碗夹夹住圆柱形茶杯,在手竖直向上的力F作用下,夹子和茶杯相对静止,并一起向上运动。夹子和茶杯的质量分别为m、M,假设夹子与茶杯两侧间的静摩擦力在竖直方向上,夹子与茶杯两侧间的弹力在水平方向上,最大静摩擦力均为f,则下列说法正确的是 (　　)A.人加大夹紧钳碗夹的力,使茶杯向上匀速运动,则夹子与茶杯间的摩擦力增大B.当夹紧茶杯的夹子往下稍微移动一段距离,使夹子的顶角张大时,仍使茶杯匀速上升,人的作用力F将变小C.当人加速向上提茶杯时,作用力可以达到的最大值是 D.无论人提着茶杯向上向下做怎样的运动,若茶杯与夹子间不移动,则人的作用力F=(M+m)g【解析】选C。无论人手夹紧还是夹子下移使夹子顶角变化,茶杯向上匀速运动时,茶杯处于平衡状态,合力为零。故F=(M+m)g 2f静=Mg摩擦力不变,故A、B错误;当向上加速时,茶杯所受的摩擦力达到最大静摩擦力时,力F的值最大,则有2f-Mg=MaF-(M+m)g=(M+m)a联立解得F= ,故C正确;当茶杯的运动状态改变,如向上匀加速运动时,F大于(M+m)g,故D错误。故选C。3.如图所示,质量为M,中空为半球形的光滑凹槽放置于光滑水平地面上,光滑槽内有一质量为m的小铁球,现用一水平向右的推力F推动凹槽,小铁球与光滑凹槽相对静止时,凹槽圆心和小铁球的连线与竖直方向成α角。则下列说法正确的是 (　　)A.小铁球受到的合外力方向水平向左B.凹槽对小铁球的支持力为 C.系统的加速度为a=gtanαD.推力F=Mgtanα【解析】选C。根据小铁球与光滑凹槽相对静止可知,系统有向右的加速度,小铁球受到的合外力方向水平向右,凹槽对小铁球的支持力为 ,选项A、B错误。小铁球所受合外力为mgtanα,加速度为a=gtanα,推力F=(m+M)gtanα,选项C正确、D错误。