第10讲 牛顿运动定律的综合应用（课件） -【划重点】备战2025年高考物理一轮精细复习（新高考通用）

牛顿运动定律的综合应用 PART ONE 超重和失重问题 超重和失重 超重和失重问题 ➊视重 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重． 超重和失重 超重和失重问题 ➋超重、失重和完全失重的比较 超重 失重 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 方向竖直向上 物体的加速度 方向竖直向下 物体的加速度方向 竖直向下，大小a＝g 运动 状态 加速上升或减速下降 加速下降或减速上升 以a＝g加速下降 或减速上升 原理 方程 F－mg＝ma F＝m(g＋a) mg－F＝ma F＝m(g－a) mg－F＝ma F＝0 超重和失重 超重和失重问题 ➊不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变。 ➋在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失。 ➌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，物体就会处于超重或失重状态。 ➍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。 超重和失重问题 【考向1】（2024·辽宁丹东·一模）“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，劲度系数为的弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，人再与固定在地面上的拉力传感器相连，传感器示数为1000N。打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B点上升到最高位置C点，在B点时速度最大。已知AB长为2m，人与装备总质量m=80kg（可视为质点）。忽略空气阻力，重力加速度 g取10m/s2。下列说法正确的是（     ） A．在B点时，弹性轻绳的拉力为零 B．经过C点时，人处于超重状态 C．弹性轻绳的劲度系数为500N/m D．打开扣环瞬间，人在A点的加速度大小为22.5m/s2 C 超重和失重问题 【考向2】（2024·湖北·一模）智能手机里一般都装有加速度传感器。打开手机加速度传感器软件，手托着手机在竖直方向上运动，通过软件得到加速度随时间变化的图像如图所示，以竖直向上为正方向，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　 ） A．t1时刻手机处于完全失重状态 B．t2时刻手机开始向上运动 C．t3时刻手机达到最大速度 D．手机始终没有脱离手掌 A 超重和失重问题 【考向3】（多选）（2024·山东潍坊·三模）如图甲是风洞示意图，风洞可以人工产生可控制的气流，用以模拟飞行器或物体周围气体的流动。在某次风洞飞行表演中，质量为50kg的表演者静卧于出风口，打开气流控制开关，表演者与风力作用的正对面积不变，所受风力大小F=0.05v2（采用国际单位制），v为风速。控制v可以改变表演者的上升高度h，其v2与h的变化规律如乙图所示。g取10m/s2。表演者上升10m的运动过程中，下列说法正确的是（　 　） A.打开开关瞬间，表演者的加速度大小为2m/s2 B.表演者一直处于超重状态 C.表演者上升5m时获得最大速度 D.表演者先做加速度逐渐增大的加速运动，再做加速度逐渐减小的减速运动 A C PART TWO 动力学中的图象问题 常见的图象 动力学中的图象问题 ➊v-t图象：斜率表示加速度的大小和方向，与时间轴围成的面积表示位移。 ➋a-t图象：斜率表示加速度的变化率，与时间轴围成的面积表示速度变化量。 ➌F-t图象：通过图像可以知道每时每刻对应的合外力及加速度，与时间轴围成的面积表示动量变化量或者合外力的冲量。 ➍F-x图象：与时间轴围成的面积表示功。 图象间的联系 动力学中的图象问题 加速度是联系v-t图象与F-t图象的桥梁 图象的应用 动力学中的图象问题 ➊已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况． ➋已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况． ➌通过图象对物体的受力与运动情况进行分析． 解答图象问题的策略 动力学中的图象问题 ➊弄清图象坐标轴、斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义． ➋应用物理规律列出与图象对应的函数方程式，进而明确“图象与公式”、“图象与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断． 动力学中的图象问题 【考向4】（2024·河北·三模）某游泳运动员在0~6s时间内运动的v-t图像如图所示。关于该运动员，下列说法正确的是（　 　 ） A．在0~6s内所受的合力一直不为0 B．在0~6s内的位移大小为24m C．在2~4s内一定处于超重状态 D．在4~6s内的位移大小为8m D 动力学中的图象问题 【考向5】（2024·山西临汾·三模）质量为m的物块静止在动摩擦因数为µ的水平地面上，0~3s内所受水平拉力与时间的关系如图甲所示，0~2s内加速度图像如图乙所示。重力加速度g=10m/s2，由图可知（　　 ） A．m=1kg，µ=0.2 B．m=1kg，µ=0.1 C．m=2kg，µ=0.2 D．m=2kg，µ=0.1 A 动力学中的图象问题 【考向6】（2024·广东·高考真题）如图所示，轻质弹簧竖直放置，下端固定。木块从弹簧正上方H高度处由静止释放。以木块释放点为原点，取竖直向下为正方向。木块的位移为y。所 受合外力为F，运动时间为t。忽略空气阻力，弹簧在弹 性限度内。关于木块从释放到第一次回到原点的过程中。 其F-y图像或y-t图像可能正确的是（　 　 ） A. B. C. D. B 动力学中的图象问题 【考向7】(多选)(2024·河南·二模)一足够长的粗糙倾斜传送带以恒定的速率逆时针转动，某时刻在传送带上适当的位置 放上具有一定初速度v0的小物块，如图所示，取沿 传送带向下的方向为正方向，则下列描述小物块在 传送带上运动的v-t图像中可能正确是（　　 ） A. B. C. D． A B D PART THREE 等时圆模型 等时圆模型 等时圆模型 适用条件：弦是光滑的，且物体自弦的顶端由静止释放. 等时圆模型 等时圆模型 ➊各弦交点为最低点: ①xAD = 2Rsinα ②mgsinα = ma ③xAD = 1/2at2 联立①②③解得 结论：运动时间与倾角无关，即沿各弦运动时间相同。 ➋各弦交点为最高点时，结论同上。 等时圆模型 【考向8】（2024·江苏泰州·一模）如图所示，半球形容器内有三块不同长度的滑板AO’、BO’、CO’，其下端都固定于容器底部O’点，上端搁在容器侧壁上，已知三块滑板的长度BO’＞AO’＞CO’。若三个滑块同时从A、B、C处开始由静止下滑（忽略阻力），则（　 　） A．A处滑块最先到达O’点 B．B处滑块最先到达O’点 C．C处滑块最先到达O’点 D．三个滑块同时到达O’点 D 等时圆模型 【考向9】如图所示, 竖直的圆环置于水平向左的匀强电场中, 三个完全相同的带正电的绝缘小球(未画出)分别套在固定于AB、AC、AD的三根光滑细杆上, 其中AB与竖直方向夹角为60°, AC经过圆心, AD竖直。现将小球无初速度地从A端释放，小球分别沿AB、AC、AD下滑到B、C、D三点。已知小球所受电场力大小与重力大小之比为, 则小球 在三根细杆上运动的时间关系为（　 ） A．tAB=tAC=tAD B．tAB＜tAC＜tAD C．tAB＞tAC＞tAD D．无法确定 B 等时圆模型 【考向10】（2024·湖北黄石·三模）如图所示，AB是一个倾角为θ的传送带，上方离传送带表面距离为l的P处为原料输入口，为避免粉尘飞扬，在P与AB传送带间建立一直线光滑管道，使原料无初速度地从P处以最短的时间到达传送带上，则最理想管道做好后，原料从P处到达传送带的时间为（　 ）A. B. C. D. D 等时圆模型 【考向11】(多选)如图所示, O点为竖直圆周的圆心, MN和PQ是两根光滑细杆, 两细杆的两端均在圆周上, M为圆周上的最高点, Q为圆周上的最低点, N、P两点等高。两个可视为质点的圆环1、2(图中均未画出)分别套在细杆MN、PQ上, 并从M、P两点由静止释放, 两圆环滑到N、Q两点时的 速度大小分别为v1、v2，所用时间分别为t1、t2， 则（　 　） A．v1=v2 B．v1＞v2 C．t1＞t2 D．t1=t2 B D PART FOUR 动力学中的 临界、极值问题 临界或极值条件的标志 动力学中的临界、极值问题 ➊有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界点． ➋若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态． 临界或极值条件的标志 动力学中的临界、极值问题 ➌若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点． ➍若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度． 解决动力学临界、极值问题的常用方法 动力学中的临界、极值问题 极限分析法：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，以达到正确解决问题的目的． 解决动力学临界、极值问题的常用方法 动力学中的临界、极值问题 假设分析法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题． 解决动力学临界、极值问题的常用方法 动力学中的临界、极值问题 数学极值法：将物理过程通过数学公式表达出来，根据数学表达式解出临界条件． 动力学中的临界、极值问题 【考向12】如图所示，在倾角为θ的斜面体上用细线系着一个质量为m的小球，随斜面体一起向右做加速度大小为a的匀加速直线运动。重力加速度为g， 稳定时，细线的拉力大小不可能为 （　 　） A． B． C．m(gsinθ+acosθ) D．m(gsinθ-acosθ) D 动力学中的临界、极值问题 【考向13】如图所示，物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上，A、B质量分别为mA=6kg、mB=2kg，A、B之间的动摩擦因数μ=0.2，水平向右的拉力F作用在物体A上，开始时F=10N，此后逐渐增加，在增大的过程中（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），则（　 　） A．当拉力F<12 N时，物体均保持静止状态 B．两物体始终没有相对滑动 C．两物体从受力开始就有相对滑动 D．要让两物体发生相对滑动需要F大于48 N D 动力学中的临界、极值问题 【考向14】(多选)风洞实验是研究流体力学的重要依据, 风洞实验室中可以产生水平向右、大小可调节的风力。现将质量为1kg的小球套在足够长与水平方向夹角θ=37°的细直杆上, 放入风洞实验室, 小球孔径略大于细杆直径。在无风情况下小球由静止开始经0.5s沿细杆运动了0.25m, 假设小球所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g=10m/s2, sin37°=0.6, cos37°=0.8)则下列说法正确的是（     ） A．小球与细杆间的动摩擦因数为0.5 B．风力越大，小球受到的摩擦力越大 C．若小球始终静止在杆上，风力F要满足 D．若风力恒为40N，则2s内小球从静止出发在细杆上通过位移为44m A C 动力学中的临界、极值问题 【考向15】如图所示, 顶端附有光滑定滑轮的斜面体静止在粗糙水平地面上, 其倾角α=37°, 质量M=10kg。三条细绳结于O点, 一条绳OB跨过定滑轮平行于斜面连接物块P, 一条绳连接质量mQ=6kg的小球Q, 另一条绳OA受外力F处于水平, 并使OB绳与竖直方向夹角(θ=37°, 并且 P, Q 均保持静止。现将绳OA从水平方向开始逆时针缓慢旋转, 且保持结点O静止, 直到F减到最小, 该过程斜面保持静止, 期间物 块P恰不与斜面发生相对滑动。已知重力加速 度g=10m/s2, sin37°=0.6, cos37°=0.8，求： (1) 物块 P 与斜面间的最大静摩擦力； (2) 斜面体受到地面摩擦力的最大值与方向； (3) 斜面体受到地面支持力的最小值。 13.5N 45N，水平向左； 240.9N 动力学中的临界、极值问题 【真题1】（2022·浙江·高考真题）如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是（    ） A．鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡 B．鱼儿摆尾出水时浮力大于重力 C．鱼儿摆尾击水时受到水的作用力 D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点 C 动力学中的临界、极值问题 【真题2】（2022·北京·高考真题）如图所示，质量为m的物块在倾角为θ的斜面上加速下滑，物块与斜面间的动摩擦因数为μ。下列说法正确的是（　 　） A．斜面对物块的支持力大小为mgsinθ B．斜面对物块的摩擦力大小为μmgcosθ C．斜面对物块作用力的合力大小为mg D．物块所受的合力大小为mgsinθ B 动力学中的临界、极值问题 【真题3】(2024·安徽·高考真题)倾角为θ的传送带以恒定速率v0顺时针转动。t=0时在传送带底端无初速轻放一小物块, 如图所示。t0时刻物块运动到传送带中间某位置, 速度达到v0。不计空气阻力, 则物块从传送带底端运动到顶端的过程中, 加速度a、 速度v随时间t变化的关系图线可能正确的是（     ） A. B. C. D. C 动力学中的临界、极值问题 【真题4】(2024·全国·高考真题)如图, 一轻绳跨过光滑定滑轮, 绳的一端系物块P, P置于水平桌面上, 与桌面间存在摩擦；绳的另一端悬挂一轻盘(质量可忽略), 盘中放置砝码。改变盘中砝码总质量m, 并测量P的加速度大小a, 得到a-m图像。重力加速度大小为g。在下列a-m图像中，可能正确的是（　 　） A. B. C. D. D 动力学中的临界、极值问题 【真题5】（多选）（2023·全国·高考真题）用水平拉力使质量分别为m甲、m乙的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为μ甲和μ乙。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知（     ） A．m甲＜m乙 B．m甲＞m乙 C．μ甲＜μ乙 D．μ甲＞μ乙 B C 动力学中的临界、极值问题 【真题6】（多选）（2024·辽宁·高考真题）一足够长木板置于水平地面上，二者间的动摩擦因数为μ。t=0时，木板在水平恒力作用下，由静止开始向右运动。某时刻，一小物块以与木板等大、反向的速度从右端滑上木板。已知t=0到t=4t0的时间内，木板速度v随时间t变化的图像如图所示，其中g为重力加速度大小。t=4t0时刻，小物块与木板的速度相同。下列说法正确的是（　 　） A．小物块在t=3t0时刻滑上木板 B．小物块和木板间动摩擦因数为2μ C．小物块与木板的质量比为3︰4 D．t=4t0之后小物块和木板一起做匀速运动 A B D 动力学中的临界、极值问题 【真题7】（2024·全国·高考真题）学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为。 (1)电梯静止时测力计示数如图所示，读数为 N （结果保留1位小数）； (2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为，则此 段时间内物体处于 （填“超重”或“失重”）状态， 电梯加速度大小为 m/s2（结果保留1位小数）。 5.0 失重 1.0 $$