【物理】2018届人教版第3章第3节牛顿运动定律的综合应用教案

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【物理】2018届人教版第3章第3节牛顿运动定律的综合应用教案

第3节 牛顿运动定律的综合应用 考点一| 动力学两类基本问题 ‎1.已知物体的受力情况,求解物体的运动情况 解这类题目,一般是应用牛顿第二定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体的运动情况.‎ ‎2.已知物体的运动情况,求解物体的受力情况 解这类题目,一般是应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的某个力.‎ ‎3.解决两类基本问题的方法 以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解,具体逻辑关系如图:‎ ‎ (2016·浙江10月学考)在某段平直的铁路上,一列以‎324 km/h高速行驶的列车某时刻开始匀减速行驶,5 min后恰好停在某车站,并在该站停留4 min,随后匀加速驶离车站,经‎8.1 km后恢复到原速‎324 km/h.‎ 图331‎ ‎(1)求列车减速时的加速度大小;‎ ‎(2)若该列车总质量为8.0×‎105 kg,所受阻力恒为车重的0.1倍,求列车驶离车站加速过程中牵引力的大小;‎ ‎(3)求列车从开始减速到恢复原速这段时间内的平均速度的大小.‎ ‎【解析】 由题意作vt图,如图 ‎(1)‎324 km/h=‎90 m/s,可得a1== m/s2=-‎0.3 m/s2‎ 所以减速时加速度的大小为0.3 m/s2.‎ ‎(2)根据牛顿第二定律,得F-Ff=ma2 ①‎ Ff=kmg=0.1 mg ②‎ 加速阶段加速度 a2== m/s2=‎0.5 m/s2 ③‎ 将②③代入①,得F=Ff+ma2=m(kg+a2)=8.0×105×(0.1×10+0.5) N=1.2×106 N 所以列车驶离车站加速过程中牵引力大小为1.2×106 N.‎ ‎(3)减速阶段位移x1=v0t+a1t2=90×‎300 m+×(-0.3)×‎3002 m=13 ‎‎500 m 总位移x=x1+x2=(13 500+8 100)m=21 600 m 加速阶段时间t3== s=180 s 所以平均速度v== m/s=30 m/s.‎ ‎【答案】 (1)0.3 m/s2 (2)1.2×106 N (3)30 m/s ‎1.静止在光滑水平地面上的物体的质量为‎2 kg,在水平恒力F推动下开始运动,4 s末它的速度达到‎4 m/s,则F的大小为(  ) 【导学号:81370112】‎ A.2 N    B.1 N   ‎ C.4 N    D.8 N A [在水平恒力F推动下物体做匀加速直线运动的加速度为a== m/s2=‎1 m/s2.‎ 由牛顿第二定律得F=ma=2×1 N=2 N.]‎ ‎2.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据.刹车线是指汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹.在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是‎14 m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7,g取‎10 m/s2,则汽车刹车前的速度为(  )‎ A.‎7 m/s B.‎10 m/s C.‎14 m/s D.‎20 m/s C [设汽车刹车后滑动的加速度大小为a,由牛顿第二定律可得μmg=ma,所以a=μg,由匀变速直线运动的规律得v=2ax,故汽车刹车前的速度为v0===‎14 m/s,选项C正确.]‎ ‎3.图332甲是1996年在地球上空测定火箭组质量的实验情景,其实验原理如图乙所示.实验时,用质量m=3 ‎400 kg的双子星号宇宙飞船去接触正在轨道上运行的火箭组M(发动机已熄火).接触后,开动飞船的推进器,使飞船和火箭组共同加速.推进器的平均推力F=895 N,推进器开动时间为7 s,测出飞船和火箭组的速度变化是‎0.91 m/s,用这种方法测出火箭组的质量计为M1,而发射前科学家在地面上已测出该火箭组的质量M2=3 ‎660 kg,则最接近 ‎(  ) 【导学号:81370113】‎ 图332‎ A.0.5% B.5% ‎ C.10% D.20%‎ B [飞船与火箭组一起加速,a===,可得M1=3 ‎485 kg,则=0.048,故选B.]‎ ‎4.行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞引起的伤害,人们设计了安全带.假定乘客质量为‎70 kg,汽车车速为‎90 km/h,从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5 s,安全带对乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)(  )‎ A.450 N B.400 N C.350 N D.300 N C [汽车的速度v0=‎90 km/h=‎25 m/s 设汽车匀减速的加速度大小为a,则a==5 m/s2‎ 对乘客应用牛顿第二定律可得:‎ F=ma=70×5 N=350 N,所以C正确.]‎ ‎5.如图333所示,质量为M的拖拉机拉着耙来耙地,由静止开始做匀加速直线运动,在时间t内前进的距离为x.耙地时,拖拉机受到的牵引力恒为F,受到地面的阻力为自重的k倍,耙所受阻力恒定,连接杆质量不计且与水平面的夹角θ保持不变.求:‎ 图333‎ ‎(1)拖拉机的加速度大小;‎ ‎(2)拖拉机对连接杆的拉力大小. 【导学号:81370114】‎ ‎【解析】 (1)拖拉机在时间t内匀加速前进x,根据位移公式x=at2①‎ 变形得a=.②‎ ‎(2)拖拉机受到牵引力、地面支持力、重力、地面阻力和连接杆的拉力FT,根据牛顿第二定律 Ma=F-kMg-FTcos θ③‎ ‎②③联立变形得 FT=[F-M(kg+)]④‎ 根据牛顿第三定律,拖拉机对连接杆的作用力为 FT′=FT=[F-M(kg+)].‎ ‎【答案】 (1) ‎(2)[F-M(kg+)]‎ 考点二| 超重与失重现象 ‎1.超重:‎ ‎(1)定义: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.‎ ‎(2)产生条件:物体具有向上的加速度.‎ ‎2.失重:‎ ‎(1)定义: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.‎ ‎(2)产生条件:物体具有向下的加速度.‎ ‎3.尽管物体的加速度不在竖直方向,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.‎ ‎4.物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的,其大小等于ma.‎ ‎1.下列情景中属于超重现象的是(  )‎ D [汽车过拱桥最高点时,加速度竖直向下,汽车处于失重状态,选项A错误;载人航天器在太空中的运动,重力完全提供向心力,载人航天器处于完全失重状态,选项B错误;人站在体重计上突然下蹲的瞬间,加速度向下,人处于失重状态,选项C错误;电梯中的人随电梯向上加速运动,加速度向上,人处于超重状态,选项D正确.]‎ ‎2.关于超重和失重的下列说法中,正确的是(  )‎ A.超重就是物体所受的重力增大了,失重就是物体所受的重力减小了 B.物体做自由落体运动时处于完全失重状态,所以做自由落体运动的物体不受重力作用 C.物体具有向上的速度时处于超重状态,物体具有向下的速度时处于失重状态 D.物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在且不发生变化 D [物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,超重和失重并非物体的重力发生变化,而是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化,综上所述,A、B、C均错误,D正确.]‎ ‎3.小明站在电梯里,当电梯以加速度‎5 m/s2加速下降时,小明受到的支持力(  )‎ A.小于重力,但不为零 B.大于重力 C.等于重力 D.等于零 A ‎ ‎[由牛顿第二定律结合受力分析可知支持力小于重力,但不为零;或者由超重、失重的知识可知,当物体有向下的加速度时处于失重状态,压力(或支持力)小于重力.选项A正确.]‎ ‎4.某同学背着书包坐竖直升降的电梯,当感觉到背的书包变“轻”时,电梯可能在(  ) 【导学号:81370115】‎ A.匀速下降  B.匀速上升 C.加速下降 D.加速上升 C [感觉到背的书包变“轻”说明此时书包处于失重状态,有向下的加速度,物体可能减速上升或加速下降.选C.]‎ ‎5.如图334是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景.宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重或失重的考验,下列说法正确的是 ‎(  )‎ 图334‎ A.火箭加速上升时,宇航员处于失重状态 B.火箭加速上升时,宇航员处于超重状态 C.飞船加速下落时,宇航员处于超重状态 D.飞船落地前减速时,宇航员对座椅的压力小于其重力 B [火箭加速上升过程中加速度方向向上,宇航员处于超重状态,A错误,B正确;飞船加速下落时加速度方向向下,宇航员处于失重状态,C错误;飞船减速下落,加速度方向向上,宇航员处于超重状态,宇航员对座椅的压力大于其重力,D错误.]‎ 考点三| 动力学中的连接体问题 ‎1.整体法 当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时,可以把系统内的所有物体看成一个整体,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法.‎ ‎2.隔离法 当求系统内物体间相互作用的内力时,常把某个物体从系统中隔离出来,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法.‎ ‎3.外力和内力 如果以物体系统为研究对象,受到系统之外的物体的作用力,这些力是该系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力.应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力.如果把某物体隔离出来作为研究对象,则内力将转换为隔离体的外力.‎ ‎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335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(  ) 【导学号:81370116】‎ 图335‎ A.F        B.F C.F D.F B [以A、B两物体为一整体,应用牛顿第二定律可得:F=(m1+m2)a,设A对B的作用力为N,对B应用牛顿第二定律可得:N=m‎2a,以上两式联立可得:N=F,B正确.]‎ ‎2.如图336所示,在光滑水平面上有甲、乙两木块,质量分别为m1和m2,中间用一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧连接起来,现用一水平力F向左推木块乙,当两木块一起匀加速运动时,两木块之间的距离是(  )‎ 图336‎ A.L+ B.L- C.L- D.L+ B [对两木块整体进行分析,应用牛顿第二定律,可得F=(m1+m2)a,然后再隔离甲,同理可得F′=m‎1a,其中F′=k(L-L′),解得两木块之间距离L′=L-,故选B.]‎ ‎3.如图337所示,两物体A、B质量相等,相互接触放在光滑水平面上,对物体A施以水平向右推力F1,同时对B施加水平向左推力F2,且F1>F2,则物体B对物体A的作用力大小是(  ) 【导学号:81370117】‎ 图337‎ A. B. C. D. B [A在水平方向受到B对它的作用力和推力F1,由牛顿第二定律,对A、B系统有a=,对A有F1-FB=ma,解得FB=,B正确.]‎ ‎4.质量均为‎5 kg的物块1、2放在光滑水平面上并用轻质弹簧秤相连,如图338所示,今对物块1、2分别施以方向相反的水平力F1、F2,且F1=20 N、F2=10 N,则弹簧秤的示数为(  )‎ 图338‎ A.30 N B.15 N C.20 N D.10 N B [设两物块的质量为m,以两物块为一整体,应用牛顿第二定律可得:F1-F2=2ma,再以物块2为研究对象,应用牛顿第二定律得:FT-F2=ma,由以上两式可解得FT=15 N,B正确.]‎ ‎5.如图339所示,在光滑水平地面上,水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动.小车质量为M,木块质量为m,加速度大小为a,木块和小车之间的动摩擦因数为μ,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是(  )‎ 图339‎ A.μmg B. C.μ(M+m)g D.ma D [m与M无相对滑动,故a相同.对m、M整体F=(M+m)·a,故a=,m与整体加速度相同也为a,对m:Ff=ma,即Ff=,故只有D正确.]‎
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