2019届二轮复习专题一第3讲牛顿运动定律的理解和应用课件（47张） 47页

第 3 讲　牛顿运动定律的理解和应用 专题一 　 力与运动 内容索引 考点一　牛顿运动定律的有关辨析 考点二　牛顿运动定律的应用 考点三　动力学的两类基本问题 考点四　用动力学方法解决传送带问题 牛顿运动定律的有关辨析 考点一 1. 力与物体的运动 力的作用效果是改变物体的运动状态，而不是维持物体的运动状态 . 2. 惯性 惯性是物体的固有属性，质量是惯性大小的唯一量度 . 3. 单位制 国际单位制规定了七个基本物理量，分别为长度、质量、时间、热力学温度、电流、发光强度、物质的量 . 它们在国际单位制中的单位称为基本单位，而通过物理量之间的关系式推导出来的物理量的单位叫做导出单位 . 1 基础 知识梳理 4. 牛顿第二定律的五性 5. 作用力与反作用力和平衡力的区别 (1) 作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体上，平衡力作用在同一个物体上 . (2) 作用力和反作用力是由于相互作用产生的，一定是同种性质的力 . 1. [ 力与运动的关系 ] 伽利略和牛顿都是物理学发展史上最伟大的科学家 . 下列关于力和运动关系的说法中，不属于他们观点的是 A. 自由落体运动是一种匀变速直线运动 B. 力是使物体产生加速度的原因 C. 物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性 D. 力是维持物体运动的原因 答案 √ 2 基本题目训练 1 2 3 4 5 2. [ 单位制 ] (2017· 浙江 11 月选考 ·2) 在国际单位制中，属于基本量及基本单位的是 A. 质量，千克 B . 能量，焦耳 C. 电阻，欧姆 D . 电量，库仑 答案 √ 解析 解析　 国际单位制中基本量有：质量、长度、时间、电流、发光强度、热力学温度、物质的量，故选 A. 1 2 3 4 5 3. [ 惯性 ] (2018· 嘉兴市期末 ) 中华民族的优秀文化博大精深，其中古典诗词是优秀文化的代表 . 从物理角度看古诗词会发现别有一番韵味 . 下面四句诗词中涉及惯性知识的是 A. 毛泽东的《长征》中 “ 红军不怕远征难，万水千山只等闲 ” B. 唐朝李白的《早发白帝城》中 “ 朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还 ” C. 宋代陈与义的《襄邑道中》中 “ 卧看满天云不动，不知云与我俱东 ” D. 明代冯梦龙的《醒世恒言》中 “ 临崖立马收缰晚，船到江心补漏迟 ” 答案 √ 1 2 3 4 5 4. [ 牛顿第二定律 ] 电梯内有一个物体，质量为 m ，用绳子挂在电梯的天花板上，当电梯 以 的 加速度竖直加速下降时，绳子对物体的拉力大小为 答案 √ 1 2 3 4 5 5. [ 牛顿第三定律 ] 课间休息时，一位男生跟一位女生在课桌面上扳手腕比力气，结果男生把女生的手腕压倒到桌面上，如图 1 所示，对这个过程中作用于双方的力，描述正确的是 A. 男生扳女生手腕的力一定比女生扳男生手腕的力大 B. 男生扳女生手腕的力与女生扳男生手腕的力一样大 C. 男生扳女生手腕的力小于女生臂膀提供给自己手腕的力 D. 男生扳女生手腕的力与女生臂膀提供给自己手腕的力一样大 解析　 根据牛顿第三定律，男生扳女生手腕的力与女生扳男生手腕的力大小相等 . √ 图 1 答案 解析 1 2 3 4 5 牛顿运动定律的应用 考点二 1. 超重与失重 只要物体有向上 ( 或向下 ) 的加速度，物体就处于超重 ( 或失重 ) 状态，与物体向上运动还是向下运动无关 . 2. 受力分析中的突变问题 (1) 轻绳、轻杆和接触面的弹力可以突变 . (2) 弹簧、橡皮筋的弹力不可以突变 . 3. 解决动力学图象问题的关键 (1) 看清图象的横、纵坐标所表示的物理量及单位并注意坐标原点是否从 0 开始 . (2) 理解图象的物理意义，能够抓住图象的一些关键点，如斜率、截距、面积、交点、拐点等，判断物体的运动情况或受力情况，再结合牛顿运动定律求解 . 例 1 　一物块沿倾角为 θ 的固定斜面上滑，到达最大高度处后又返回斜面底端 . 已知物块下滑的时间是上滑时间的 2 倍，则物块与斜面间的动摩擦因数为 答案 解析 √ 6.(2018· 宁波市期末 ) 如图 2 所示，下列关于超重与失重的说法正确的 是 拓展训练 图 2 答案 A . 图甲中，汽车过凹形桥最低点时，汽车处于超重状态 B. 图乙中，躺在水面上看书的人处于失重状态 C. 图丙中，电梯匀速下降过程中，电梯里的小朋友处于失重状态 D. 图丁中，宇宙飞船在加速上升过程中，坐在飞船里的航天员处于 失重 状态 √ 7.(2018· 温州市六校期末 ) 在排球比赛中，二传手将排球向上托起，主攻手腾空扣球，如图 3 所示 . 为了简化问题，现假设某次进攻过程中二传手是将排球竖直向上托起的，已知空气阻力大小与速率成正比，则在排球离开二传手到主攻手击球的这段时间内，排球的速度 ( v )— 时间 ( t ) 图象可能正确的是 图 3 答案 解析 √ 解析　 排球先上升后下降，速度先正后负，故 A 、 C 错误 . 由于 空气阻力大小与速率成正比，所以排球运动过程中，所受的合力是变化的，加速度也是变化的， v － t 图象应是曲线，故 B 错误 . 排球 上升过程中，速度减小，空气阻力减小，合力减小，其加速度减小，则 v － t 图象切线的斜率不断减小 . 下降过程中，速度增大，空气阻力增大，合力减小，其加速度减小，则 v － t 图象切线的斜率不断减小，故 D 正确 . 8.(2018· 宁波市期末 ) 一 物体放置在粗糙水平面上，处于静止状态，从 t ＝ 0 时刻起，用一水平向右的拉力 F 作用在物块上，且 F 的大小随时间从零均匀增大，如图 4 所示，则下列关于物体的加速度 a 、摩擦力 F f 、速度 v 随 F 的变化图象正确的是 图 4 √ 答案 解析 解析　 F 较小时，物体静止， F ＝ F f ＝ kt ，之后，物体开始滑动，加速度 a ＝ ， 物体做 a 增大的加速运动，故 B 正确 . 动力学的两类基本问题 考点三 1. 解决多过程动力学问题的两个桥梁 (1) 加速度是联系运动和力的桥梁 . (2) 速度是各物理过程间相互联系的桥梁 . 2. 解答动力学两类问题的基本程序 (1) 明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点 . (2) 对研究对象进行受力分析和运动过程分析，并画出示意图 . (3) 应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示相应物理量的符号进行运算，解出所求物理量的表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果 . 例 2 　 (2017· 七彩阳光联盟联考 )2017 年 1 月 25 日，在中央电视台播出的 “ 2016 年度科技盛典 ” 节目中，海军电力工程专家马伟明院士表示正在研制 “ 国产 003 型航母电磁弹射器 ” ( 如图 5 所示 ). 它是由电磁弹射车给飞机一个辅助作用力，使飞机在较短的直跑道上获得较大的速度 . 假定航母处于静止状态， 质量 模型 1 　已知运动情况求物体受 力 为 M 的飞机利用电磁弹射器起飞，飞机在 t 0 时刻从静止开始在跑道上做匀加速运动，在 t 1 时刻获得发射速度 v . 此过程中飞机发动机的推力恒为 F ，阻力恒为 F f . 问： 图 5 (1) 电磁弹射车对飞机的辅助推力多大？ 解析　 设飞机在匀加速过程中加速度为 a 1 ， 答案 解析 由牛顿第二定律可得 F － F f ＋ F 辅 ＝ Ma 1 ② (2) 若在 t 1 时刻突然接到飞机停止起飞的命令，立刻将该飞机的推力和电磁弹射车的辅助推力同时反向但大小不变 . 要使飞机能安全停止，则飞行甲板 L 至少多长？ 答案 解析 设飞机在减速过程中加速度为 a 2 ，由牛顿第二定律得 － F － F f － F 辅 ＝ Ma 2 ④ 飞机在减速过程中滑行的距离为 s 2 ， 9. 爸爸和孩子们进行山坡滑草运动，该山坡可看成倾角 θ ＝ 37° 的斜面，一名孩子连同滑草装置总质量 m ＝ 80 kg ，他从静止开始匀加速下滑，在时间 t ＝ 5 s 内沿斜面滑下的位移 x ＝ 50 m.( 不计空气阻力，取 g ＝ 10 m/s 2 ， sin 37° ＝ 0.6 ， cos 37° ＝ 0.8) 问： (1) 该孩子连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力 F f 为多大？ 答案 拓展训练 解析 答案　 160 N 　 沿斜面方向，由牛顿第二定律得： mg sin θ － F f ＝ ma 代入数值解得： F f ＝ m ( g sin θ － a ) ＝ 80 × (10 × 0.6 － 4) N ＝ 160 N (2) 滑草装置与草皮之间的动摩擦因数 μ 为多大？ 答案 答案　 0.25 　 解析　 在垂直斜面方向上，有： F N － mg cos θ ＝ 0 又有： F f ＝ μF N 联立并代入数据解得： 解析 (3) 该孩子连同滑草装置滑到坡底后，爸爸需把他连同装置拉回到坡顶，试求爸爸至少用多大的力才能拉动？ 答案 答案　 640 N 解析　 根据平衡条件，沿斜面方向，有： F ＝ F f ＋ mg sin 37° ＝ 160 N ＋ 80 × 10 × 0.6 N ＝ 640 N 解析 例 3 　有一种公交电车站，车站站台的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡，如图 6 甲所示，这样既可以节能又可以节省停车所需的时间 . 为简化问题，现设两边倾斜部分 AB 段和 CD 段均为直轨道，长度均为 L ＝ 200 m ，水平部分 BC 段长度也为 L ＝ 200 m ，站台的高度 h 未知，如图乙所示，各段道路交接处均为圆滑连接 . 一长度可忽略的电车自站台左前方以 v 0 ＝ 72 km / h 的速度驶向站台，为了节能，司机在未到站时即关闭电车电源，经过时间 t 1 ＝ 100 s 后到达 A 点，接着冲上了倾斜轨道，到达站台上的 B 点时速度为 v B ＝ 18 km / h ，此时司机还需启动刹车系统，使得电车最终正好停在了 BC 段的中点 . 已知电车在各段轨道上所受摩擦力 ( 不含刹车时所 增 模型 2 　已知物体受力求运动情况 加的阻力 ) 可认为 等于其自身总重力的 0.01 倍，刹车过程所增加的阻力可看做恒力，空气阻力忽略不计，忽略电车经过各道路交接处的能量损失及可能腾空对研究问题的影响， g 取 10 m/s 2 ，求： 图 6 解析 (1) 电车到达 A 点时的速度大小 v A ； 答案 答案　 10 m/s 解析 　 电车从切断电源到 A 点由牛顿第二定律得 0.01 mg ＝ ma 1 ，解得 a 1 ＝ 0.1 m/s 2 由运动学公式得 v A ＝ v 0 － a 1 t 1 解得 v A ＝ 10 m/s (2) 电车从站台 B 点到最终停止所需的时间 t ； 解析 答案 答案　 40 s 　 (3) 该电车站台的高度 h . 解析 答案 答案　 1.75 m 解析　 机车从 A 点到 B 点，由运动学公式得 v B 2 － v A 2 ＝－ 2 a 2 L ， 由牛顿第二定律得 0.01 mg ＋ mg sin θ ＝ ma 2 联立解得 h ＝ 1.75 m. 10.(2018·9 ＋ 1 高中联盟期中 ) 皮划艇是一项激烈的水上比赛项目，如图 7 所示为静水中某运动员正在皮划艇上进行划水训练，船桨与水间断且周期性的发生作用 . 假设初始阶段中，运动员每次用船桨向后划水的时间 t 1 ＝ 1 s ， 获得 拓展训练 图 7 水平 向前的持续动力恒为 F ＝ 480 N ，而船桨离开水的时间 t 2 ＝ 0.4 s ，他与皮划艇的总质量为 120 kg ，他和 皮划艇 受到的阻力恒为 150 N ，并从静止开始沿 直线运动 . 在该阶段中 ： (1) 他在用船桨划水时与船桨离开水时加速度大小分别为多少？ 答案 答案 　 2.75 m /s 2 　 1.25 m/ s 2 　 解析 解析　 划桨时， F － F f ＝ ma 1 得： a 1 ＝ 2.75 m/s 2 未划桨时： F f ＝ ma 2 得： a 2 ＝ 1.25 m/s 2 (2) 若他从静止开始后，第一次划水后就停止划水，总计皮划艇前行多长距离？ 答案 答案 　 4.4 m 解析 解析　 1 s 末速度： v 1 ＝ a 1 t 1 ＝ 2.75 m/s (3) 若他从静止开始后， 2.8 s 末速度为多大？ 答案 答案 　 4.5 m/s 解析 解析　 1.4 s 末速度： v 2 ＝ v 1 － a 2 t 2 ＝ 2.25 m/s 2.4 s 末速度： v 3 ＝ v 2 ＋ a 1 t 1 ＝ 5 m/s 2.8 s 末速度： v 4 ＝ v 3 － a 2 t 2 ＝ 4.5 m/s 用动力学方法解决传送带问题 考点四 1. 在确定研究对象并进行受力分析之后，首先判定摩擦力突变 ( 含大小和方向 ) 点，给运动分段 . (1) 传送带传送的物体所受摩擦力，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度与传送带速度相同的时刻 . (2) 物体在传送带上运动时的极值问题大都发生在物体速度与传送带速度相同的时刻 . (3) v 物 与 v 传 相同的时刻是运动分段的关键点 . 2. 判定运动中的速度变化 ( 相对运动方向和对地速度变化 ) 的关键是 v 物 与 v 传 的大小与方向，二者的大小和方向决定了此后的运动过程和状态 . 3 . 考虑传送带长度 —— 判定到达临界状态之前是否滑出以及物体与传送带共速以后物体是否一定与传送带保持相对静止一起做匀速运动 . 例 4 　某飞机场利用如图 8 所示的传送带将地面上的货物运送到飞机上，传送带与地面的夹角 θ ＝ 30° ，传送带两端 A 、 B 的长度 L ＝ 10 m. 传送带以 v ＝ 5 m/s 的恒定速度匀速向上运动 . 在传送带底端 A 轻轻放一质量 m ＝ 5 kg 的货物 ( 可视为质点 ) ，货物与传送带间的动摩擦因数 μ ＝ . 求货物从 A 端运送到 B 端所需的时间 .( g 取 10 m/s 2 ) 解析 图 8 答案 答案　 3 s 解析　 由牛顿第二定律得： μmg cos 30° － mg sin 30° ＝ ma 解得 a ＝ 2.5 m/s 2 随后货物做匀速运动 . 运动位移 x 2 ＝ L － x 1 ＝ 5 m 总时间 t ＝ t 1 ＋ t 2 ＝ 3 s. 11. 如图 9 所示，水平传送带 AB 长 L ＝ 10 m ，向右匀速运动的速度 v 0 ＝ 4 m /s ，一质量为 1 kg 的小物块 ( 可视为质点 ) 以 v 1 ＝ 6 m/s 的初速度从传送带右端 B 点冲上传送带，物块与传送带间的动摩擦因数 μ ＝ 0.4 ， g 取 10 m/s 2 . 求： (1) 物块相对地面向左运动的最大距离； 拓展训练 图 9 答案　 4.5 m 物块向左匀减速运动， v ＝ 0 时向左运动的距离最大 . 答案 解析 解析 (2) 物块从 B 点冲上传送带再次回到 B 点所用的时间 . 答案　 3.125 s 答案 总时间为： t ＝ t 1 ＋ t 2 ＋ t 3 ＝ 1.5 s ＋ 1 s ＋ 0.625 s ＝ 3.125 s.