专题三牛顿运动定律.docx
《专题三牛顿运动定律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题三牛顿运动定律.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
专题三牛顿运动定律
专题三、牛顿运动定律
第一讲动力学问题中的常见题型分析
一、加速度与合力的瞬时对应性
方法归纳：
分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。
此类问题应注意两种基本模型的建立。
（1）刚性绳（或接触面）：
一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断（或脱离）后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理。
（2）弹簧（或橡皮绳）：
此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成是不变的。
讲与练
1、如图所示，在光滑的水平面上，质量均为m的物体，在力F的作用下处于静止状态，此时弹簧处于压缩状态，现突然撤去F，这一瞬间A球的加速度为________，B球的加速度为________。
2、如图所示，物体A、B质量均为m，中间有一轻质弹簧相连，A用绳悬于O点，当突然剪断OA绳时，关于A物体的加速度，下列说法正确的是（ ）
A．0 B．gC．2gD．无法确定
3、如图所示，轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连，下端与另一质量为M的木块2相连，整个系统置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态．现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大小分别为a1、a2，重力加速度大小为g。
则有（ ）
A．a1＝0，a2＝g B．a1＝g，a2＝gC．a1＝0，a2＝
g D．a1＝g，a2＝
g
二、速度、加速度、力三者关系的定性分析
方法归纳
（1）加速度与力有瞬时对应关系，加速度随力的变化而变化。
（2）加速度描述物体速度变化的快慢，加速度变大，速度变化快。
（3）速度增大或减小是由速度与加速度的方向关系决定的，二者同向速度增加，反向则速度减小。
讲与练
1、如图所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住物体m，现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体一直可以运动到B点，如果物体受到的摩擦力恒定，则（ ）
A.物体从A到O加速，从O到B减速
B.物体从A到O速度越来越小，从O到B加速度不变
C.物体从A到O间先加速后减速，从O到B一直减速运动
D.物体运动到O点时所受合力为零
2、如图所示，放在光滑面上的木块受到两个水平力F1与F2的作用而静止不动，现保持F1大小和方向不变，F2方向不变，使F2随时间均匀减小到零，再均匀增加到原来的大小，在这个过程中，能正确描述木块运动情况的图像是图中的（ ）
3、如图5所示，斜劈形物体的质量为M，放在水平地面上，质量m为的粗糙物块以某一初速沿斜劈的斜面向上滑，至速度为零后又加速返回，而斜劈始终保持静止，物块上下滑动过程中（）
A.物块m上滑的时间大于下滑所用的时间B.物块m下滑时受到斜劈的作用力竖直向上
C.地面对斜劈M的摩擦力方向先向左后向右D.地面对斜劈M的支持力总小于（M+m）g
三、牛顿第三定律的理解及运用
方法归纳
（1）定律中的“总是”二字说明对于任何物体，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。
（2）牛顿第三定律只对相互作用的两个物体成立，受力物体是两个不同的物体。
（3）作用力和反作用力同性、共存、等大、反向，故可以转换研究对象。
讲与练
1、跳高运动员蹬地后上跳，在起跳过程中（ ）
A．运动员蹬地的作用力大小大于地面对他的支持力大小
B．运动员蹬地的作用力大小等于地面对他的支持力大小
C．运动员所受的支持力和重力相平衡
D．运动员所受的合力一定向上
2、如图所示为杂技“顶竿”表演的示意图：
一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为（ ）
A．（M＋m）g B．（M＋m）g－ma
C．（M＋m）g＋maD．（M－m）g
3、建筑工人用图所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为70.0kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.5m/s2的加速度竖直加速拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，g取10.0m/s2，则工人对地面的压力大小为（）
A．510N B．490N C．890N D．910N
上题中，如果人拉绳子与水平面成30°，则工人对地面的压力大小又为（）
A．490N B．500N C．595N D．700N
四、牛顿第一定律的理解
方法归纳
（1）物体具有保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质。
（2）力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，物体的运动并不需要力来维持。
（3惯性表现为阻碍运动状态的变化，质量是惯性的唯一量度。
讲与练
1、下列说法中正确的是（ ）
A．物体在不受外力作用时，保持原有运动状态不变的性质叫惯性，故牛顿运动定律又叫惯性定律
B．牛顿第一定律仅适用于宏观物体，只可用于解决物体的低速运动问题
C．牛顿第一定律是牛顿第二定律在物体的加速度a＝0条件下的特例
D．伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去
2、下列说法正确的是（ ）
A．运动越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大
B．同一物体在地球上不同的位置受到的重力是不同的，所以它的惯性也随位置的变化而变化
C．一个小球竖直上抛，抛出后能继续上升，是因为小球运动过程中受到了向上的推力
D．物体的惯性大小只与本身的质量有关，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小
专题三、牛顿运动定律
第二讲两类典型的动力学问题
一、已知受力情况求运动情况：
已知物体的受力情况，根据牛顿第二定律，可以求出物体的运动情况；已知物体的初始条件（初位置和初速度），根据运动学公式，就可以求出物体在任一时刻的速度和位移，也就可以求解物体的运动情况。
二、已知物体的运动情况求物体的受力情况：
根据物体的运动情况，由运动学公式可以求出加速度，再根据牛顿第二定律可确定物体的受力情况，从而求出未知的力，或与力相关的某些物理量。
如动摩擦因数、劲度系数、力的方向等。
方法归纳：
在解决两类动力学的基本问题时，不论哪一类问题，都要进行受力分析和运动情况分析，如果物体的运动加速度或受力情况发生变化，则要分段处理，此时加速度或受力改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量。
讲与练：
类型一、多过程的两类动力学问题
方法归纳：
按时间的先后顺序对题目给出的物体运动过程（或不同的状态）进行分析（包括列式计算）的解题方法可称为程序法.用程序法解题的基本思路是：
1.划分出题目中有多少个不同的过程或多少个不同的状态.
2.对各个过程或各个状态进行具体分析，得出正确的结果.
3.前一个过程的结束就是后一个过程的开始，两个过程的分界点是关键.
讲与练
1、如图所示，抗震救灾运输机在某场地卸放物资时，通过倾角为30°的固定光滑斜轨道面进行。
有一件质量为m＝2.0kg的小包装盒，由静止开始从斜轨道的顶端A滑至底端B，然后又在水平面上滑行一段距离后停下。
若A点距离水平面的高度h＝5.0m，重力加速度g取10m/s2，求：
（1）包装盒由A滑到B所经历的时间；
（2）若地面的动摩擦因数为0.5，包装盒在水平地面上还能滑行多远？
（不计斜面和地面接触处的能量损耗）
2、如图，质量m=2kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L=20m．用大小为30N，沿水平方向的外力拉此物体，经t0=2s拉至B处．（已知cos37°=0.8，sin37°=0.6．取g=10m/s2）
（1）求物体与地面间的动摩擦因数μ；
（2）用大小为30N，与水平方向成37°的力斜向上拉此物体，使物体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t．
3、如图甲所示为学校操场上一质量不计的竖直滑杆，滑杆上端固定，下端悬空。
为了研究学生沿杆的下滑情况，在杆顶部装有一拉力传感器，可显示杆顶端所受拉力的大小。
现有一学生（可视为质点）从上端由静止开始滑下，5s末滑到杆底时速度恰好为零。
以学生开始下滑时刻为计时起点，传感器显示的拉力随时间变化情况如图乙所示，取10m/s2。
求：
（1）该学生下滑过程中的最大速率？
（2）滑杆的长度为多少？
（3）1s末到5s末传感器显示的拉力为多少？
类型二、物体系的动力学问题
方法归纳：
1、整体法与隔离法的选用原则
处理各物体加速度都相同的连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般思路是：
（1）求内力时，先用整体法求加速度，再用隔离法求物体间的作用力。
（2）求外力时，先用隔离法求加速度，再用整体法求整体受到外加的作用力。
2、动力分配原理
无论地面或斜面是否光滑，只要力F拉着物体m1、m2一起加速，总有F内=（m1/m1+m2）F,即动力的效果按与质量成正比的规律分配。
讲与练：
1、两个物体A和B，质量分别为m1和m2，互相接触放在光滑水平面上，如图所示，对物体A施以水平的推力F，则物体A对物体B的作用力等于（ ）
A.
B.
C.FD.
.若m1与m2与水平面间有摩擦力且摩擦因数均为μ则物体A对物体B的作用力等于 。
2、如图所示，质量为M的斜面A置于粗糙水平地面上，动摩擦因数为
，物体B与斜面间无摩擦。
在水平向左的推力F作用下，A与B一起做匀加速直线运动，两者无相对滑动。
已知斜面的倾角为
，物体B的质量为m，则它们的加速度a及推力F的大小为（）
A.
B.
C.
D.
3、如图所示，一夹子夹住木块，在力F作用下向上提升．夹子和木块的质量分别为m、M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f，若木块不滑动，力F的最大值是（ ）
A.2f（m+M）/M B.2f（m+M）/m
C.2f（m+M）/M-（m+M）g D.2f（m+M）/M+（m+M）g
4、如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块，其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连，木块间的最大静摩擦力是μmg.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块，使四个木块以同一加速度运动，则轻绳对m的最大拉力为（）
A.
μmgB.
μmgC.
μmgD.3μmg
类型三、叠放类的动力学问题
方法归纳：
叠放类问题中，若两叠放物体在某时刻具有相同的速度，不要认为两物体一定以相同的加速度运动，一定要验证此后两物体是否有相同的加速度，方法时假设两物体具有相同的加速度ao，由牛顿第二定律求出此加速度，然后判断两物体中那个物体的加速度a具有最大加速度am，若ao≤am，则假设成立。
一般当某物体仅由静摩擦力使之产生加速度时，其加速度有最大值，且最大加速度即为最大静摩擦力产生的加速度。
讲与练：
1、如图所示，放在水平地面上的长木板B，长为l m，质量为2kg，B与地面之间的动摩擦因数为0.2．一质量为3kg的小铅块A，放在B的左端，A、B之间的动摩擦因数为0.4，当A以3m/s的初速度向右运动之后，求最终A对地的位移和A对B的位移．
2、如图所示，有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上，木板质量为M＝4kg，长为L＝1.4m；木板右端放着一小滑块，小滑块质量为m＝1kg，其尺寸远小于L。
小滑块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.4,
（1）现用恒力F作用在木板M上，为了使得m能从M上面滑落下来，问：
F大小的范围是什么？
（2）其它条件不变，若恒力F＝22.8N，且始终作用在M上，最终使得m能从M上面滑落下来。
问：
m在M上面滑动的时间是多大？
3、图l中，质量为m的物块叠放在质量为2m的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为μ=0.2．在木板上施加一水平向右的拉力F，在0～3s内F的变化如图2所示，图中F以mg为单位，重力加速度g=10m/s2．整个系统开始时静止．
（1）求1s、1.5s、2s、3s末木板的速度以及2s、3s末物块的速度；
（2）在同一坐标系中画出0～3s内木板和物块的v-t图象，据此求0～3s内物块相对于木板滑过的距离．
类型四、传送带的动力学问题
方法归纳：
传送带是应用比较广泛的一种传送装置，以其为素材的物理题大都具有情景模糊、条件隐蔽、过程复杂的特点。
但不管传送带如何运动，只要我们分析清楚物体所受的摩擦力的大小、方向的变化情况，就不难分析物体的状态变化情况。
因为不同的放置，传送带上物体的受力情况不同，导致运动情况也不同。
讲与练：
1、如图，一物块沿斜面由H高处由静止滑下，斜面与水平传送带相连处为光滑圆弧，物体滑离传送带后做平抛运动，当传送带静止时，物体恰落在水平地面上的A点，则
下列说法正确的是（）
A．当传送带逆时针转动时，物体落点一定在A点的左侧
B．当传送带逆时针转动时，物体落点一定落在A点
C．当传送带顺时针转动时，物体落点可能落在A点
D．当传送带顺时针转动时，物体落点一定在A点的右侧
2、如图，水平传送带两个转动轴轴心相距20m，正在以v＝4.0m/s的速度匀速传动，某物块儿（可视为质点）与传送带之间的动摩擦因数为0.1,将该物块儿从传送带左端无初速地轻放在传送带上，则经过多长时间物块将到达传送带的右端（g=10m/s2）？
如果水平传送带两个转动轴心相距为2.0m，其它条件不变，则将该物体从传送带左端无初速地轻放在传送带上，则经过多长时间物体将到达传送带的右端（g=10m/s2）？
如果提高传送带的速度，可以使物体从传送带的一端传到另一端所用的时间缩短。
为使物体传到另一端所用的时间最短，传送带的最小速度是多少？
3、如图所示，倾斜传送带与水平方向的夹角为θ=37°，将一小物块轻轻放在正在以速度v=10m/s匀速逆时针传动的传送带的上端，物块和传送带之间的动摩擦因数为µ＝0.5（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力的大小），传送带两皮带轮轴心间的距离为L＝29m，求将物块从顶部传到传送带底部所需的时间为多少（g=10m/s2）？
类型五、动力学中的临界问题
方法归纳：
（1）极限法：
在题目中如出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时，一般隐含着临界问题，处理此类问题时，应把物理问题（或过程）推向极端，从而使临界现象（或状态）暴露出来，达到尽快求解的目的.
（2）假设法：
有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答此类题目，一般采用假设法.
（3）图象法.
讲与练：
1、一个质量为0.2kg的小球用细线吊在倾角θ=53°的斜面顶端，如图，斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以10m/s2的加速度向右做加速运动时，求绳的拉力及斜面对小球的弹力．
2、如图所示，长L＝1.6m，质量M＝3kg的木板静放在光滑水平面上，质量m＝1kg的小物块放在木板的右端，木板和物块间的动摩擦因数μ＝0.1.现对木板施加一水平向右的拉力F，取g＝10m/s2，求：
（1）使物块不掉下去的最大拉力F；
（2）如果拉力F＝10N恒定不变，小物块的所能获得的最大速度.
类型六、动力学中的图像问题
一、利用图像中的运动信息研究物体运动过程中的受力情况。
讲与练：
1、 质量为2kg的物体
在水平推力F的作用下沿水平面作直线运动，一段时间后撤去F，其运动的v-t图像如图所示。
g取10m/s2，求
（1）物体与水平面间的运动摩擦系数μ；
（2）水平推力
的大小；
（3）0-10s内物体运动位移的大小
2、质量为40kg的雪橇在倾角θ＝37°的斜面上向下滑动（如图甲所示），所受的空气阻力与速度成正比.今测得雪橇运动的v-t图象如图乙所示，且AB是曲线的切线，B点坐标为（4,15），CD是曲线的渐近线.试求空气的阻力系数k和雪橇与斜坡间的动摩擦因数μ？
3、如图（a），质量m＝1kg的物体沿倾角θ＝37°的固定粗糙斜面由静止开始向下运动，风对物体的作用力沿水平方向向右，其大小与风速v成正比，比例系数用k表示，物体加速度a与风速v的关系如图（b）所示，（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2）求：
（1）物体与斜面间的动摩擦因数μ；
（2）比例系数k.
二、利用表达式判断图像形状
1、某物体做直线运动的v-t图象如图甲所示，据此判断图乙（F表示物体所受合力，x表示物体的位移）四个选项中正确的是（）
2、如图所示，在倾角为30°的足够长的斜面上有一质量为m 的物体，它受到沿斜面方向的力F的作用.力F可按图（a）、（b）、（c）、（d）所示的四种方式随时间变化（图中纵坐标是F与mg的比值，力沿斜面向上为正）已知此物体在t＝0时速度为零，若用v1、v2、v3、v4 分别表示上述四种受力情况下物体在3s末的速率，则这四个速率中最大的是（ ）
A．v1 B．v2 C．v3 D．v4
3、如图所示，在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板，其上叠放一质量为m2的木块。
假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。
现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt（k是常数），木板和木块加速度的大小分别为a1和a2，下列反映a1和a2变化的图线中正确的是（ ）
4、如图所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接。
图中v、a、f和s分别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程。
图中正确的是（ ）
专题三、牛顿运动定律
第三讲超重与失重
1．实重和视重
（1）实重：
物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关。
（2）视重：
测力计所指示的数值。
2．超重、失重和完全失重比较
超重现象
失重现象
完全失重
概念
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
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
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象
产生条件
物体的加速度方向向上
物体的加速度方向向下
物体的加速度方向向下，大小a＝g
列原理式
F－mg＝ma
F＝m（g＋a）
mg－F＝ma
F＝m（g－a）
mg－F＝mg
F＝0
运动状态
加速上升、减速下降
加速下降、减速上升
无阻力的抛体运动情况；绕地球匀速圆周运动的卫星
3、超重与失重的理解
（1）尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量即ay≠0，物体就会出现超重或失重状态。
当ay方向竖直向上时，物体处于超重状态；当ay方向竖直向下时，物体处于失重状态。
（2）尽管整体没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状态。
（3）超重并不是说重力增加了，失重并不是说重力减小了，完全失重也不是说重力完全消失了。
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（对悬挂物的拉力）发生变化。
（4）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、液体柱不再产生向下的压强等。
讲与练：
1、（2013·太原模拟）物体在下列运动中，属于超重的是（ ）
A．汽车驶过拱形桥顶端时B．荡秋千的小孩通过最低点时
C．跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动时D．人造卫星绕地球做匀速圆周运动时
2、在电梯内的地板上，竖直放置一根轻质弹簧，弹簧上端固定一个质量为m的物体。
当电梯静止时，弹簧被压缩了x；当电梯运动时，弹簧又被继续压缩了
。
则电梯运动的情况可能是（ ）
A．以大小为
g的加速度加速上升B．以大小为
g的加速度减速上升
C．以大小为
g的加速度加速下降D．以大小为
g的加速度减速下降
3、在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，在这段时间内下列说法中正确的是（ ）
A．晓敏同学所受的重力变小了
B．晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力
C．电梯一定在竖直向下运动
D．电梯的加速度大小为g/5，方向一定竖直向下
4、一枚火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系图线如图所示，则（ ）
A．t3时刻火箭距地面最远
B．t2～t3的时间内，火箭在向下降落
C．t1～t2的时间内，火箭处于失重状态
D．0～t3的时间内，火箭始终处于失重状态
5、（2012·豫南九校联考）如图7所示，质量为M的劈体ABDC放在水平地面上，表面AB、AC均光滑，且AB∥CD，BD⊥CD，AC与水平面成角θ。
质量为m的物体（上表面为半球形）以水平速度v0冲上BA后沿AC面下滑，在整个运动的过程中，劈体M始终不动，P为固定的弧形光滑挡板，挡板与轨道间的宽度略大于半球形物体m的半径，不计转弯处的能量损失，则下列说法中正确的是（ ）
A．水平地面对劈体M的摩擦力始终为零
B．水平地面对劈体M的摩擦力先为零后向右
C．劈体M对水平地面的压力大小始终为（M＋m）g
D．劈体M对水平地面的压力大小先等于（M＋m）g，后小于（M＋m）g
6、（2012·西安八校联考）为了测量某住宅大楼每层的平均高度（层高）及电梯运行情况，甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验。
质量m＝50kg的甲同学站在体重计上，乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中，体重计示数随时间变化的情况，并作出了如图所示的图象，已知t＝0时电梯静止不动，从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层。
求：
（1）电梯启动和制动时的加速度大小；
（2）该大楼的楼层高度。
升级会员 