届高三物理一轮教案牛顿运动定律的应用.docx

届高三物理一轮教案牛顿运动定律的应用.docx

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届高三物理一轮教案牛顿运动定律的应用

2020届高三物理一轮教案牛顿运动定律的应用

教学目标：

1．把握运用牛顿三定律解决动力学咨询题的差不多方法、步骤

2．学会用整体法、隔离法进行受力分析，并熟练应用牛顿定律求解

3．明白得超重、失重的概念，并能解决有关的咨询题

4．把握应用牛顿运动定律分析咨询题的差不多方法和差不多技能

教学重点：

牛顿运动定律的综合应用

教学难点：

受力分析，牛顿第二定律在实际咨询题中的应用

教学方法：

讲练结合，运算机辅助教学

教学过程：

一、牛顿运动定律在动力学咨询题中的应用

1．运用牛顿运动定律解决的动力学咨询题常常能够分为两种类型〔两类动力学差不多咨询题〕：

〔1〕物体的受力情形，要求物体的运动情形．如物体运动的位移、速度及时刻等．

〔2〕物体的运动情形，要求物体的受力情形〔求力的大小和方向〕．

但不管哪种类型，一样总是先依照条件求出物体运动的加速度，然后再由此得出咨询题的答案．

两类动力学差不多咨询题的解题思路图解如下：

可见，不论求解那一类咨询题，求解加速度是解题的桥梁和纽带，是顺利求解的关键。

点评：

我们遇到的咨询题中，物体受力情形一样不变，即受恒力作用，物体做匀变速直线运动，故常用的运动学公式为匀变速直线运动公式，如

等.

2．应用牛顿运动定律解题的一样步骤

〔1〕认真分析题意，明确条件和所求量，搞清所求咨询题的类型。

〔2〕选取研究对象.所选取的研究对象能够是一个物体，也能够是几个物体组成的整体.同一题目，依照题意和解题需要也能够先后选取不同的研究对象。

〔3〕分析研究对象的受力情形和运动情形。

〔4〕当研究对象所受的外力不在一条直线上时：

假如物体只受两个力，能够用平行四边形定那么求其合力；假如物体受力较多，一样把它们正交分解到两个方向上去分不求合力；假如物体做直线运动，一样把各个力分解到沿运动方向和垂直运动的方向上。

〔5〕依照牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可依照规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行运算。

〔6〕求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论。

3．应用例析

【例1】一斜面AB长为10m，倾角为30°，一质量为2kg的小物体〔大小不计〕从斜面顶端A点由静止开始下滑，如下图〔g取10m/s2〕

〔1〕假设斜面与物体间的动摩擦因数为0.5，求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时刻．

〔2〕假设给小物体一个沿斜面向下的初速度，恰能沿斜面匀速下滑，那么小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?

解析：

题中第〔1〕咨询是明白物体受力情形求运动情形；第〔2〕咨询是明白物体运动情形求受力情形。

〔1〕以小物块为研究对象进行受力分析，如下图。

物块受重力mg、斜面支持力N、摩擦力f，

垂直斜面方向上受力平稳，由平稳条件得：

mgcos30°-N=0

沿斜面方向上，由牛顿第二定律得：

mgsin30°-f=ma

又f=μN

由以上三式解得a=0.67m/s2

小物体下滑到斜面底端B点时的速度：

3.65m/s

运动时刻：

s

〔2〕小物体沿斜面匀速下滑，受力平稳，加速度a＝0，有

垂直斜面方向：

mgcos30°-N=0

沿斜面方向：

mgsin30°-f=0

又f=μN

解得：

μ＝0.58

【例2】如下图，一高度为h=0.8m粗糙的水平面在B点处与一倾角为θ=30°光滑的斜面BC连接，一小滑块从水平面上的A点以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动。

运动到B点时小滑块恰能沿光滑斜面下滑。

AB间的距离s=5m，求：

〔1〕小滑块与水平面间的动摩擦因数；

〔2〕小滑块从A点运动到地面所需的时刻；

解析：

〔1〕依题意得vB1=0，设小滑块在水平面上运动的加速度大小为a，那么据牛顿第二定律可得f=μmg=ma，因此a=μg，由运动学公式可得

得

，t1=3.3s

〔2〕在斜面上运动的时刻t2=

，t=t1+t2=4.1s

【例3】静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开始运动，4s末它的速度达到4m/s，现在将F撤去，又经6s物体停下来，假如物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小。

解析：

物体的整个运动过程分为两段，前4s物体做匀加速运动，后6s物体做匀减速运动。

前4s内物体的加速度为

①

设摩擦力为

，由牛顿第二定律得

②

后6s内物体的加速度为

③

物体所受的摩擦力大小不变，由牛顿第二定律得

④

由②④可求得水平恒力F的大小为

点评：

解决动力学咨询题时，受力分析是关键，对物体运动情形的分析同样重要，专门是像这类运动过程较复杂的咨询题，更应注意对运动过程的分析。

在分析物体的运动过程时，一定弄清整个运动过程中物体的加速度是否相同，假设不同，必须分段处理，加速度改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量。

分析受力时要注意前后过程中哪些力发生了变化，哪些力没发生变化。

四、连接体〔质点组〕

在应用牛顿第二定律解题时，有时为了方便，能够取一组物体〔一组质点〕为研究对象。

这一组物体一样具有相同的速度和加速度，但也能够有不同的速度和加速度。

以质点组为研究对象的好处是能够不考虑组内各物体间的相互作用，这往往给解题带来专门大方便。

使解题过程简单明了。

二、整体法与隔离法

1．整体法：

在研究物理咨询题时，把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。

采纳整体法时不仅能够把几个物体作为整体，也能够把几个物理过程作为一个整体，采纳整体法能够幸免对整体内部进行繁锁的分析，常常使咨询题解答更简便、明了。

运用整体法解题的差不多步骤：

〔1〕明确研究的系统或运动的全过程.

〔2〕画出系统的受力图和运动全过程的示意图.

〔3〕查找未知量与量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解

2．隔离法：

把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法。

能够把整个物体隔离成几个部分来处理，也能够把整个过程隔离成几个时期来处理，还能够对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分不处理。

采纳隔离物体法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特点明显地显示出来，从而进行有效的处理。

运用隔离法解题的差不多步骤：

〔1〕明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象.选择原那么是：

一要包含待求量，二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少。

〔2〕将研究对象从系统中隔离出来；或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来。

〔3〕对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究，画出某状态下的受力图或某时期的运动过程示意图。

〔4〕查找未知量与量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解。

3．整体和局部是相对统一相辅相成的

隔离法与整体法，不是相互对立的，一样咨询题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法交叉运用，相辅相成.因此，两种方法的取舍，并无绝对的界限，必须具体分析，灵活运用.不管哪种方法均以尽可能幸免或减少非待求量〔即中间未知量的显现，如非待求的力，非待求的中间状态或过程等〕的显现为原那么

4．应用例析

【例4】如下图，A、B两木块的质量分不为mA、mB，在水平推力F作用下沿光滑水平面匀加速向右运动，求A、B间的弹力FN。

解析：

那个地点有a、FN两个未知数，需要要建立两个方程，要取两次研究对象。

比较后可知分不以B、〔A+B〕为对象较为简单〔它们在水平方向上都只受到一个力作用〕。

可得

点评：

那个结论还能够推广到水平面粗糙时〔A、B与水平面间μ相同〕；也能够推广到沿斜面方向推A、B向上加速的咨询题，有味的是，答案是完全一样的。

【例5】如下图，质量为2m的物块A和质量为m的物块B与地面的摩擦均不计.在水平推力F的作用下，A、B做加速运动.A对B的作用力为多大?

解析：

取A、B整体为研究对象，其水平方向只受一个力F的作用

依照牛顿第二定律知：

F＝〔2m＋m〕a

a＝F／3m

取B为研究对象，其水平方向只受A的作用力F1，依照牛顿第二定律知：

F1＝ma

故F1＝F／3

点评：

对连结体〔多个相互关联的物体〕咨询题，通常先取整体为研究对象，然后再依照要求的咨询题取某一个物体为研究对象.

【例6】如图，倾角为α的斜面与水平面间、斜面与质量为m的木块间的动摩擦因数均为μ，木块由静止开始沿斜面加速下滑时斜面始终保持静止。

求水平面给斜面的摩擦力大小和方向。

解：

以斜面和木块整体为研究对象，水平方向仅受静摩擦力作用，而整体中只有木块的加速度有水平方向的重量。

能够先求出木块的加速度

，再在水平方向对质点组用牛顿第二定律，专门容易得到：

假如给出斜面的质量M，此题还能够求出这时水平面对斜面的支持力大小为：

FN=Mg+mg〔cosα+μsinα〕sinα，那个值小于静止时水平面对斜面的支持力。

【例7】如下图，mA=1kg，mB=2kg，A、B间静摩擦力的最大值是5N，水平面光滑。

用水平力F拉B，当拉力大小分不是F=10N和F=20N时，A、B的加速度各多大？

解析：

先确定临界值，即刚好使A、B发生相对滑动的F值。

当A、B间的静摩擦力达到5N时，既能够认为它们仍旧保持相对静止，有共同的加速度，又能够认为它们间差不多发生了相对滑动，A在滑动摩擦力作用下加速运动。

这时以A为对象得到a=5m/s2；再以A、B系统为对象得到F=〔mA+mB〕a=15N

〔1〕当F=10N<15N时，A、B一定仍相对静止，因此

〔2〕当F=20N>15N时，A、B间一定发生了相对滑动，用质点组牛顿第二定律列方程：

，而aA=5m/s2，因此能够得到aB=7.5m/s2

【例8】如下图，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止开释后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的

，即a=

g，那么小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？

命题意图：

考查对牛顿第二定律的明白得运用能力及灵活选取研究对象的能力.B级要求.

错解分析：

〔1〕部分考生适应于具有相同加速度连接体咨询题演练，关于〝一动一静〞连续体咨询题难以对其隔离，列出正确方程.〔2〕思维缺乏创新，对整体法列出的方程感到疑咨询.

解题方法与技巧：

解法一：

〔隔离法〕

木箱与小球没有共同加速度，因此须用隔离法.

取小球m为研究对象，受重力mg、摩擦力Ff，如图2-4，据牛顿第二定律得：

mg-Ff=ma①

取木箱M为研究对象，受重力Mg、地面支持力FN及小球给予的摩擦力Ff′如图.

据物体平稳条件得：

FN-Ff′-Mg=0②

且Ff=Ff′③

由①②③式得FN=

g

由牛顿第三定律知，木箱对地面的压力大小为

FN′=FN=

g.

解法二：

〔整体法〕

关于〝一动一静〞连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：

〔mg+Mg〕-FN=ma+M×0

故木箱所受支持力：

FN=

g，由牛顿第三定律知：

木箱对地面压力FN′=FN=

g.

三、临界咨询题

在某些物理情境中，物体运动状态变化的过程中，由于条件的变化，会显现两种状态的衔接，两种现象的分界，同时使某个物理量在特定状态时，具有最大值或最小值。

这类咨询题称为临界咨询题。

在解决临界咨询题时，进行正确的受力分析和运动分析，找出临界状态是解题的关键。

【例9】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.

命题意图：

考查对牛顿第二定律的明白得应用能力、分析推理能力及临界条件的挖掘能力。

错解分析：

对物理过程缺乏清醒认识，无法用极限分析法挖掘题目隐含的临界状态及条件，使咨询题难以切入.

解题方法与技巧：

当加速度a较小时，小球与斜面体一起运动，现在小球受重力、绳拉力和斜面的支持力作用，绳平行于斜面，当加速度a足够大时，小球将〝飞离〞斜面，现在小球受重力和绳的拉力作用，绳与水平方向的夹角未知，题目中要求a=10m/s2时绳的拉力及斜面的支持力，必须先求出小球离开斜面的临界加速度a0.〔现在，小球所受斜面支持力恰好为零〕

由mgcotθ=ma0

因此a0=gcotθ=7.5m/s2

因为a=10m/s2＞a0

因此小球离开斜面N=0，小球受力情形如图，那么

Tcosα=ma，Tsinα=mg

因此T=

=2.83N，N=0.

四、超重、失重和视重

1．超重现象：

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情形称为超重现象。

产生超重现象的条件是物体具有向上的加速度。

与物体速度的大小和方向无关。

产生超重现象的缘故：

当物体具有向上的加速度a〔向上加速运动或向下减速运动〕时，支持物对物体的支持力〔或悬挂物对物体的拉力〕为F，由牛顿第二定律得

F－mg＝ma

因此F＝m〔g＋a〕＞mg

由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕F′＞mg.

2．失重现象：

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情形称为失重现象。

产生失重现象的条件是物体具有向下的加速度，与物体速度的大小和方向无关.

产生失重现象的缘故：

当物体具有向下的加速度a〔向下加速运动或向上做减速运动〕时，支持物对物体的支持力〔或悬挂物对物体的拉力〕为F。

由牛顿第二定律

mg－F＝ma，因此

F＝m〔g－a〕＜mg

由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕F′＜mg.

完全失重现象：

物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕等于零的状态，叫做完全失重状态.

产生完全失重现象的条件：

当物体竖直向下的加速度等于重力加速度时，就产生完全失重现象。

点评：

〔1〕在地球表面邻近，不管物体处于什么状态，其本身的重力G＝mg始终不变。

超重时，物体所受的拉力〔或支持力〕与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力；失重时，物体所受的拉力〔或支持力〕与重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力.可见，在失重、超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数〔又称视重〕发生了变化，看起来物体的重量有所增大或减小。

〔2〕发生超重和失重现象，只决定于物体在竖直方向上的加速度。

物体具有向上的加速度时，处于超重状态；物体具有向下的加速度时，处于失重状态；当物体竖直向下的加速度为重力加速度时，处于完全失重状态.超重、失重与物体的运动方向无关。

3．应用例析

【例10】质量为m的人站在升降机里，假如升降机运动时加速度的绝对值为a，升降机底板对人的支持力F=mg+ma，那么可能的情形是

A.升降机以加速度a向下加速运动

B.升降机以加速度a向上加速运动

C.在向上运动中，以加速度a制动

D.在向下运动中，以加速度a制动

解析：

升降机对人的支持力F=mg+ma大于人所受的重力mg，故升降机处于超重状态，具有向上的加速度。

而A项中加速度向下，C项中加速度也向下，即处于失重状态。

故只有选项B、D正确。

【例11】以下四个实验中，能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是

A．用天平测量物体的质量

B．用弹簧秤测物体的重力

C．用温度计测舱内的温度

D．用水银气压计测舱内气体的压强

解析：

绕地球飞行的太空试验舱处于完全失重状态，处于其中的物体也处于完全失重状态，物体对水平支持物没有压力，对悬挂物没有拉力。

用天平测量物体质量时，利用的是物体和砝码对盘的压力产生的力矩，压力为0时，力矩也为零，因此在太空实验舱内不能完成。

同理，水银气压计也不能测出舱内温度。

物体处于失重状态时，对悬挂物没有拉力，因此弹簧秤不能测出物体的重力。

温度计是利用了热胀冷缩的性质，因此能够测出舱内温度。

故只有选项C正确。