2020版新一線高考物理（人教版）一輪復習教學案：第3章第3節(jié)　牛頓運動定律的綜合應用-學案下載-教習網

第3節(jié)　牛頓運動定律的綜合應用
知識點一| 超重和失重

1．實重和視重
(1)實重：物體實際所受的重力，與物體的運動狀態(tài)無關，在地球上的同一位置是不變的。
(2)視重
①當物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為視重。
②視重大小等于彈簧測力計所受物體的拉力或臺秤所受物體的壓力。
2．超重、失重和完全失重的比較

超重現(xiàn)象
失重現(xiàn)象
完全失重
概念
物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)大于物體所受重力的現(xiàn)象
物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現(xiàn)象
物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)等于零的現(xiàn)象
產生條件
物體的加速度方向向上
物體的加速度方向向下
物體的加速度方向向下，大小a＝g
原理方程
F－mg＝ma
F＝m(g＋a)
mg－F＝ma
F＝m(g－a)
mg－F＝mg
F＝0
運動狀態(tài)
加速上升或減速下降
加速下降或減速上升
無阻力的拋體運動；繞地球勻速圓周運動

(1)失重說明物體的重力減小了。 (×)
(2)物體超重時，加速度向上，速度也一定向上。 (×)
(3)物體失重時，也可能向上運動。 (√)
(4)用彈簧測力計稱量浸沒在水中的物體時，示數(shù)小于實際重力G，這也是失重現(xiàn)象。 (×)

考法1　超重、失重現(xiàn)象的分析
1．平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運動，直至將物體拋出。對此現(xiàn)象分析正確的是(　　)
A．手托物體向上運動的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)
B．手托物體向上運動的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)
C．在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度
D．在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度
D　[手托物體上拋的開始階段，要使物體加速，則物體處于超重狀態(tài)，之后手將要離開物體，手和物體一起繼續(xù)向上運動，但要減速，這時物體處于失重狀態(tài)。物體離開手的瞬間只受重力作用，物體的加速度等于重力加速度。手和物體分離前速度相等，而手的減速一定要比物體快，才能離開物體，即分離瞬間手的加速度大于重力加速度。]
2.(2019·鄭州模擬)某跳水運動員在3 m長的踏板上起跳，我們通過錄像觀察到踏板和運動員要經歷如圖所示的狀態(tài)，其中A為無人時踏板靜止點，B為人站在踏板上靜止時的平衡點，C為人在起跳過程中人和踏板運動的最低點，則下列說法中正確的是(　　)

A．人在C點具有最大速度
B．人和踏板由C到B的過程中，人向上做勻加速運動
C．人和踏板由C到A的過程中，人處于超重狀態(tài)
D．人和踏板由C到A的過程中，先超重后失重
D　[由題圖可知，C點是最低點，人在C點的速度為零，故A項錯誤；C到B的過程中，重力不變，彈力一直減小，合力減小，所以加速度減小，不是勻加速運動，故B項錯誤；人和踏板由C到B的過程中，彈力大于重力，加速度向上，人處于超重狀態(tài)，從B到A的過程中，重力大于彈力，加速度向下，處于失重狀態(tài)，故C項錯誤，D項正確。]
[考法指導]　判斷超重和失重現(xiàn)象的技巧
(1)從受力的角度判斷：當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；當拉力(或支持力)小于重力時，物體處于失重狀態(tài)；當拉力(或支持力)等于零時，物體處于完全失重狀態(tài)。
(2)從加速度的角度判斷：當物體具有豎直向上的加速度(或加速度分量)時，物體處于超重狀態(tài)；當物體具有豎直向下的加速度(或加速度分量)時，物體處于失重狀態(tài)；當豎直向下的加速度等于重力加速度時，物體處于完全失重狀態(tài)。
考法2　超重、失重的計算
3.如圖所示，A為電磁鐵，C為膠木秤盤，A和C(包括支架)的總質量為m總；B為鐵塊，質量為m，整個裝置用輕繩懸掛于點O。當電磁鐵通電時，鐵塊被吸引上升的過程中，輕繩上拉力F的大小為(　　)

A．F＝m總g
B．m總gμmg。下列關于運動中的速度—時間圖象正確的是(　　)

A　　　　　　B　　　　　C　　　　　　D
C　[開始時小球所受支持力方向向上，隨著時間的增加，小球速度增大，F(xiàn)增大，則支持力減小，摩擦力減小，根據牛頓第二定律，可知這一階段小球的加速度增大。當豎直向上的力F的大小等于小球重力的大小時，小球的加速度最大。再往后豎直向上的力F的大小大于重力的大小，直桿對小球的彈力向下，F(xiàn)增大，則彈力增大，摩擦力增大，根據牛頓第二定律，小球的加速度減小，當加速度減小到零時，小球做勻速直線運動，故C正確。]
考法2　動力學中的a-t圖象
2．廣州塔，昵稱小蠻腰，總高度達600米，游客乘坐觀光電梯大約一分鐘就可以到達觀光平臺。若電梯簡化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在t＝0時由靜止開始上升，a-t圖象如圖所示。則下列相關說法正確的是(　　)

A．t＝4.5 s時，電梯處于失重狀態(tài)
B．5～55 s時間內，繩索拉力最小
C．t＝59.5 s時，電梯處于超重狀態(tài)
D．t＝60 s時，電梯速度恰好為零
D　[利用a-t圖象可判斷：t＝4.5 s時，電梯有向上的加速度，電梯處于超重狀態(tài)，則選項A錯誤；0～5 s時間內，電梯處于超重狀態(tài)，拉力大于重力，5～55 s時間內，a＝0，電梯處于勻速上升過程，拉力等于重力，55～60 s時間內，電梯處于失重狀態(tài)，拉力小于重力，綜上所述，選項B、C錯誤；因a-t圖線與t軸所圍的“面積”代表速度改變量，而圖中橫軸上方的“面積”與橫軸下方的“面積”相等，則電梯的速度在t＝60 s時為零，選項D正確。]
考法3　動力學中F-t圖象
3．(多選)物體最初靜止在傾角θ＝30°的足夠長斜面上，如圖甲所示受到平行斜面向下的力F的作用，力F隨時間變化的圖象如圖乙所示，開始運動2 s后物體以2 m/s的速度勻速運動，下列說法正確的是(g取10 m/s2)(　　)

甲　　　　　　　　　　乙
A．物體的質量m＝1 kg
B．物體的質量m＝2 kg
C．物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝
D．物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝
AD　[由開始運動2 s后物體以2 m/s的速度勻速運動，可知0～2 s內物體的加速度大小為a＝1 m/s2；在0～2 s內對物體應用牛頓第二定律得，F(xiàn)1＋mgsin 30°－μmgcos 30°＝ma,2 s后由平衡條件可得，F(xiàn)2＋mgsin 30°－μmgcos 30°＝0，聯(lián)立解得m＝1 kg，μ＝，選項A、D正確。]
考法4　動力學中的F-x圖象
4.(2018·全國卷Ⅰ)如圖所示，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運動。以x表示P離開靜止位置的位移，在彈簧恢復原長前，下列表示F和x之間關系的圖象可能正確的是(　　)

A　　　　　B　　　　C　　　　　D
A　[假設物塊靜止時彈簧的壓縮量為x0，則由力的平衡條件可知kx0＝mg，在彈簧恢復原長前，當物塊向上做勻加速直線運動時，由牛頓第二定律得F＋k(x0－x)－mg＝ma，由以上兩式解得F＝kx＋ma，顯然F和x為一次函數(shù)關系，且在F軸上有截距，則A正確，B、C、D錯誤。]
[考法指導]　分析圖象問題時常見的誤區(qū)
(1)沒有看清縱、橫坐標所表示的物理量及單位。
(2)不清楚圖線的點、斜率、面積等的物理意義。
(3)忽視對物體的受力情況和運動情況的分析。

(多選)(2019·黃岡檢測)如圖所示，光滑水平地面上，可視為質點的兩滑塊A、B在水平外力的作用下緊靠在一起壓縮彈簧，彈簧左端固定在墻壁上，此時彈簧的壓縮量為x0，以兩滑塊此時的位置為坐標原點建立如圖所示的一維坐標系，現(xiàn)將外力突然反向并使B向右做勻加速運動，下列關于外力F、兩滑塊間彈力FN與滑塊B的位移x變化的關系圖象可能正確的是(　　)

A　　　　　B　　　　　C　　　　　D
BD　[設A、B向右勻加速運動的加速度大小為a，根據牛頓第二定律，對整體有F＋k(x0－x)＝(mA＋mB)a，可得F＝kx＋(mA＋mB)a－kx0，若(mA＋mB)a＝kx0，得F＝kx，則F與x成正比，F(xiàn)-x圖象可能是過原點的直線，對A有k(x0－x)－FN＝mAa，得FN＝－kx＋kx0－mAa，可知FN-x圖象是向下傾斜的直線，當FN＝0時A、B開始分離，此后B做勻加速運動，F(xiàn)不變，則A、B開始分離時有x＝x0－tan θ，則下圖中能客觀地反映小木塊的速度隨時間變化關系的是(　　)

A　　　　　B　　　　　C　　　　　D
C　[剛開始，木塊的速度小于傳送帶的速度，木塊受到的摩擦力方向向下，木塊做勻加速運動；當木塊的速度與傳送帶的速度相同時，由于μ>tan θ，故此時摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力，且方向向上，此后木塊勻速下滑，C正確，A、B、D錯誤。]
[考法指導]　
類型
圖示
滑塊可能的運動情況
水平傳送帶

(1)v0>v時，可能一直減速，也可能先減速再勻速
(2)v0v時，返回速度大小為v；v0