高考總復(fù)習(xí)物理練習(xí)（必修1）：3-3《牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用》

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111第3講牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用超重和失重(考綱要求)1.超重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的情況(2)產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度2失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的情況(2)產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度3完全失重(1)定義：物體對(duì)水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)等于零的情況稱為完全失重現(xiàn)象(2)產(chǎn)生條件：物體的加速度ag，方向豎直向下.牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用(二)(考綱要求)1.牛頓運(yùn)動(dòng)定律是力學(xué)乃至整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律同時(shí)又是高考的熱點(diǎn)復(fù)習(xí)中應(yīng)重點(diǎn)理解及掌握以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)靈活運(yùn)用隔離法和整體法求解加速度相等的連接體問(wèn)題；(2)用正交分解法解決受力復(fù)雜的問(wèn)題；(3)綜合運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析、解決多階段(過(guò)程)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；(4)運(yùn)用超重和失重的知識(shí)定性分析一些力學(xué)現(xiàn)象另外，還應(yīng)具有將實(shí)際問(wèn)題抽象成物理模型的能力2牛頓定律應(yīng)用中的整體法和隔離法(1)整體法當(dāng)連接體內(nèi)(即系統(tǒng)內(nèi))各物體具有相同的加速度時(shí)，可以把連接體內(nèi)所有物體組成的系統(tǒng)作為整體考慮，分析其受力和運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用牛頓第二定律對(duì)整體列方程求解的方法(2)隔離法當(dāng)研究對(duì)象涉及由多個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí)，若要求出連接體內(nèi)物體間的相互作用力，則應(yīng)把某個(gè)物體或某幾個(gè)物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，分析其受力情況及運(yùn)動(dòng)情況，再利用牛頓第二定律對(duì)隔離出來(lái)的物體列式求解的方法1關(guān)于超重和失重的下列說(shuō)法中，正確的是()A超重就是物體所受的重力增大了，失重就是物體所受的重力減小了B物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)處于完全失重狀態(tài)，所以做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體不受重力作用C物體具有向上的速度時(shí)處于超重狀態(tài)，物體具有向下的速度時(shí)處于失重狀態(tài)D物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體的重力始終存在且不發(fā)生變化解析物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)，超重和失重并非物體的重力發(fā)生變化，而是物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生了變化，綜上所述，A、B、C均錯(cuò)，D正確答案D2下列說(shuō)法正確的是()A體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過(guò)程中都處于失重狀態(tài)C舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)解析運(yùn)動(dòng)員是否超失重取決于加速度方向，A、C、D三個(gè)選項(xiàng)中，運(yùn)動(dòng)員均處于平衡狀態(tài)，不超重也不失重答案B3.圖331如圖331所示，質(zhì)量m1 kg、長(zhǎng)L0.8 m的均勻矩形薄板靜止在水平桌面上，其右端與桌子邊緣相平板與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4.現(xiàn)用F5 N的水平力向右推薄板，使它翻下桌子，力F的作用時(shí)間至少為(取g10 m/s2)()A0.8 s B1.0 s C. s D. s解析板在F作用下做加速運(yùn)動(dòng)Fmgma1，a11 m/s2，v22a1s1，F(xiàn)撤去后物體做減速運(yùn)動(dòng)，mgma2，a24 m/s2.速度減為零v22a2s2.當(dāng)板的重心越過(guò)桌子邊緣會(huì)自動(dòng)翻下桌子，則有s1s2.，v0.8 m/s，t10.8 s，故A項(xiàng)正確答案A4如圖332所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為m11 kg、m24 kg的物體置于光滑的水平面上，中間用輕質(zhì)彈簧秤連接兩個(gè)大小分別為F130 N、F220 N的水平拉力分別作用在m1、m2上，則達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，下列說(shuō)法正確的是()圖332A彈簧秤的示數(shù)是25 NB彈簧秤的示數(shù)是50 NC在突然撤去F2的瞬間，m2的加速度大小為7 m/s2D在突然撤去F1的瞬間，m1的加速度大小為13 m/s2解析本題考查用整體法、隔離法分析物體受力以及牛頓第二定律的應(yīng)用以m1、m2以及彈簧為研究對(duì)象，則整體向右的加速度a2 m/s2；再以m1為研究對(duì)象，設(shè)彈簧的彈力為F，則F1Fm1a，則F28 N，A、B錯(cuò)誤；突然撤去F2的瞬間，彈簧的彈力不變，此時(shí)m2的加速度a7 m/s2，C正確；突然撤去F1的瞬間，彈簧的彈力也不變，此時(shí)m1的加速度a28 m/s2，D錯(cuò)誤答案C5一個(gè)小孩從滑梯上滑下的運(yùn)動(dòng)可看作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，第一次小孩單獨(dú)從滑梯上滑下，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，第二次小孩抱上一只小狗后再?gòu)幕萆匣?小狗不與滑梯接觸)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2，則()At1t2 Bt1t2 D無(wú)法判斷t1與t2的大小解析設(shè)滑梯與水平面的夾角為，則第一次時(shí)，a1gsin ，第二次時(shí)a2gsin ，所以a1a2，與質(zhì)量無(wú)關(guān)又sat2，t與m也無(wú)關(guān)，A正確答案A考點(diǎn)一超重、失重的理解及應(yīng)用(小專題)1不論超重、失重或完全失重，物體的重力不變，只是“視重”改變2物體是否處于超重或失重狀態(tài)，不在于物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)，而在于物體是有向上的加速度還是有向下的加速度3當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力只產(chǎn)生使物體具有ag的加速度效果，不再產(chǎn)生其他效果平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失4物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同決定的，其大小等于ma.【典例1】 一枚火箭由地面豎直向上發(fā)射，其速度和時(shí)間的關(guān)系圖線如圖333所示，則()圖333At3時(shí)刻火箭距地面最遠(yuǎn)Bt2t3的時(shí)間內(nèi)，火箭在向下降落Ct1t2的時(shí)間內(nèi)，火箭處于失重狀態(tài)D0t3的時(shí)間內(nèi)，火箭始終處于失重狀態(tài)解析由速度圖象可知，在0t3內(nèi)速度始終大于零，表明這段時(shí)間內(nèi)火箭一直在上升，t3時(shí)刻速度為零，停止上升，高度達(dá)到最高，離地面最遠(yuǎn)，A正確、B錯(cuò)誤t1t2的時(shí)間內(nèi)，火箭在加速上升，具有向上的加速度，火箭應(yīng)處于超重狀態(tài)，而在t2t3時(shí)間由火箭在減速上升，具有向下的加速度，火箭處于失重狀態(tài)，故C、D錯(cuò)誤答案A【變式1】 在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計(jì)，圖334電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50 kg，電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖334所示，在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是()A曉敏同學(xué)所受的重力變小了B曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力C電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)D電梯的加速度大小為，方向一定豎直向下解析曉敏在這段時(shí)間內(nèi)處于失重狀態(tài)，是由于曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力變小了，而曉敏的重力沒有改變，A選項(xiàng)錯(cuò)；曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力是一對(duì)作用力與反作用力，大小一定相等，B選項(xiàng)錯(cuò)，以豎直向下為正方向，有：mgFma，即50g40g50a，解得a，方向豎直向下，但速度方向可能是豎直向上，也可能是豎直向下，C選項(xiàng)錯(cuò)、D選項(xiàng)正確答案D【變式2】 (2012梅州模擬)圖3352009年當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月23日，在位于印度安得拉邦斯里赫里戈達(dá)島的薩蒂什達(dá)萬(wàn)航天中心，一枚PSLVC14型極地衛(wèi)星運(yùn)載火箭攜帶七顆衛(wèi)星發(fā)射升空，成功實(shí)現(xiàn)“一箭七星”發(fā)射，相關(guān)圖片如圖335所示則下列說(shuō)法不正確的是()A火箭發(fā)射時(shí)，噴出的高速氣流對(duì)火箭的作用力大于火箭對(duì)氣流的作用力B發(fā)射初期，火箭處于超重狀態(tài)，但它受到的重力卻越來(lái)越小C高溫高壓燃?xì)鈴幕鸺膊繃姵鰰r(shí)對(duì)火箭的作用力與火箭對(duì)燃?xì)獾淖饔昧Υ笮∠嗟菵發(fā)射的七顆衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，均處于完全失重狀態(tài)解析由作用力與反作用力大小相等，可知A錯(cuò)誤；火箭發(fā)射初期，因?yàn)榛鸺蛏霞铀龠\(yùn)動(dòng)，故處于超重狀態(tài)，隨著火箭距地越來(lái)越遠(yuǎn)，所受的重力也越來(lái)越小，B正確；由作用力與反作用力的關(guān)系可知C正確；衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，所受的萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，此時(shí)各衛(wèi)星均處于完全失重狀態(tài)，D正確答案A考點(diǎn)二牛頓定律解題中整體法和隔離法的應(yīng)用1隔離法的選取原則：若連接體或關(guān)聯(lián)體內(nèi)各物體的加速度不相同，或者要求出系統(tǒng)內(nèi)兩物體之間的作用力時(shí)，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解2整體法的選取原則：若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力，可以把它們看成一個(gè)整體來(lái)分析整體受到的外力，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量)3整體法、隔離法交替運(yùn)用原則：若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體之間的作用力時(shí)，可以先用整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對(duì)象，應(yīng)用牛頓第二定律求作用力即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”【典例2】 如圖336所示，圖336車廂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受阻力恒為F阻，當(dāng)車廂以某一加速度a向右加速時(shí)，在車廂的后壁上相對(duì)車廂靜止著一物體m，物體與車廂壁之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，設(shè)車廂的質(zhì)量為M，則車廂內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力至少為多少時(shí)，物體在車廂壁上才不會(huì)滑下來(lái)？解析以車廂和物塊整體為研究對(duì)象，則由牛頓第二定律得：FF阻(Mm)a.以物塊為研究對(duì)象，受力情況如圖所示，其中F摩擦力則FmgFN.而FNma，所以a，代入得FF阻(Mm).答案F阻(Mm)(1)研究對(duì)象的選取方法：整體法和隔離法(2)對(duì)研究對(duì)象所受力的處理方法合成法若物體只受兩個(gè)力作用而產(chǎn)生加速度時(shí)，利用平行四邊形定則求出兩個(gè)力的合外力方向就是加速度方向分解法當(dāng)物體受到兩個(gè)以上的力作用而產(chǎn)生加速度時(shí)，常用正交分解法分解方式有兩種：分解力或者分解加速度【變式3】 質(zhì)量為M的光滑圓槽放在光滑水圖337平面上，一水平恒力F作用在其上促使質(zhì)量為m的小球靜止在圓槽上，如圖337所示，則()A小球?qū)A槽的壓力為B小球?qū)A槽的壓力為C水平恒力F變大后，如果小球仍靜止在圓槽上，小球?qū)A槽的壓力增加D水平恒力F變大后，如果小球仍靜止在圓槽上，小球?qū)A槽的壓力減小解析利用整體法可求得系統(tǒng)的加速度為a，對(duì)小球利用牛頓第二定律可得：小球受到圓槽的支持力為 ，由牛頓第三定律可知只有C選項(xiàng)正確答案C2.傳送帶模型(1)模型概述一個(gè)物體以速度v0(v00)在另一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的物體上開始運(yùn)動(dòng)的力學(xué)系統(tǒng)可看做“傳送帶”模型，如圖338(a)、(b)、(c)所示圖338(2)模型特點(diǎn)物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往會(huì)牽涉到摩擦力的突變和相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題當(dāng)物體與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，物體與傳送帶間可能存在靜摩擦力也可能不存在摩擦力當(dāng)物體與傳送帶相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，物體與傳送帶間有滑動(dòng)摩擦力，這時(shí)物體與傳送帶間會(huì)有相對(duì)滑動(dòng)的位移摩擦生熱問(wèn)題見第五章圖339【典例】 水平傳送帶AB以v200 cm/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，如圖339所示，A、B相距0.011 km，一物體(可視為質(zhì)點(diǎn))從A點(diǎn)由靜止釋放，物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，則物體從A沿傳送帶運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間為多少？(g10 m/s2)解析統(tǒng)一單位：v200 cm/s2 m/s，s0.011 km11 m開始時(shí)，物體受的摩擦力為fmg，由牛頓第二定律得物體的加速度ag0.210 m/s22 m/s2.設(shè)經(jīng)時(shí)間t物體速度達(dá)到2 m/s，由vat得：t1 s1 s此時(shí)間內(nèi)的位移為：s1at12212 m1 m11 m此后物體做勻速運(yùn)動(dòng)，所用時(shí)間：t2 s5 s故所求時(shí)間tt1t21 s5 s6 s.答案6 s【應(yīng)用】 傳送帶與水平面夾角為37，圖3310皮帶以12 m/s的速率沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如圖3310所示今在傳送帶上端A處無(wú)初速度地放上一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.75，若傳送帶A到B的長(zhǎng)度為24 m，g取10 m/s2，則小物塊從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間為多少？解析小物塊無(wú)初速度放在傳送帶上時(shí)，所受摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，方向沿斜面向下，對(duì)小物塊用牛頓第二定律得mgsin mgcos ma解得a12 m/s2設(shè)小物塊加速到12 m/s運(yùn)動(dòng)的距離為s1，所用時(shí)間為t1由v202as1得s16 m由vat1得t11 s當(dāng)小物塊的速度加速到12 m/s時(shí)，因mgsin mgcos ，小物塊受到的摩擦力由原來(lái)的滑動(dòng)摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力，而且此時(shí)剛好為最大靜摩擦力，小物塊此后隨皮帶一起做勻速運(yùn)動(dòng)設(shè)AB間的距離為L(zhǎng)，則Ls1vt2解得t21.5 s從A到B的時(shí)間tt1t2解得t2.5 s.答案2.5 s一、對(duì)超重、失重的考查(中頻考查)1.圖3311(2010海南高考)如圖3311所示，木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧，彈簧上方有一物塊；木箱靜止時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上若在某一段時(shí)間內(nèi)，物塊對(duì)箱頂剛好無(wú)壓力，則在此段時(shí)間內(nèi)，木箱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能為()加速下降加速上升減速上升減速下降A(chǔ) B C D解析木箱靜止時(shí)物塊對(duì)箱頂有壓力，則物塊受到箱頂向下的壓力，當(dāng)物塊對(duì)箱頂剛好無(wú)壓力時(shí)，表明系統(tǒng)有向上的加速度，是超重，所以木箱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能為減速下降或加速上升，故正確答案D2.圖3312(2010浙江理綜，14)如圖3312所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計(jì)空氣阻力)下列說(shuō)法正確的是()A在上升和下降過(guò)程中A對(duì)B的壓力一定為零B上升過(guò)程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力C下降過(guò)程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力D在上升和下降過(guò)程中A對(duì)B的壓力等于A物體受到的重力解析對(duì)于A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)，不論上升還是下降過(guò)程，A對(duì)B均無(wú)壓力，只有A項(xiàng)正確答案A3(2011天津卷，9(1)某同學(xué)利用測(cè)力計(jì)研究在豎直方向運(yùn)行的電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)他在地面上用測(cè)力計(jì)測(cè)量砝碼的重力，示數(shù)為G.他在電梯中用測(cè)力計(jì)仍測(cè)量同一砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于G，由此判斷此時(shí)電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能是_解析由加速度a方向向上超重，加速度a方向向下失重，得電梯此時(shí)向上減速或向下加速答案減速上升或加速下降二、對(duì)整體法和隔離法應(yīng)用的考查(中頻考查)4.圖3313(2011課標(biāo)全國(guó)卷，21)如圖3313所示，在光滑水平面上有一質(zhì)量為m1的足夠長(zhǎng)的木板，其上疊放一質(zhì)量為m2的木塊假定木塊和木板之間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等現(xiàn)給木塊施加一隨時(shí)間t增大的水平力Fkt(k是常數(shù))，木板和木塊加速度的大小分別為a1和a2.下列反映a1和a2變化的圖線中正確的是()解析剛開始木塊與木板一起在F作用下加速，且Fkt，a，當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)后，木板只受滑動(dòng)摩擦力，a1不變，木塊受F及滑動(dòng)摩擦力，a2g，故a2g，at圖象中斜率變大，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D均錯(cuò)誤答案A111