高一物理牛顿运动定律

高一物理牛顿运动定律内容摘要：

用试算的方法，若题中不知物体是否是一直做匀加速直线运动，可以通过计算确定摩擦力的情况，进而确定物理过程． 例 如图所示，有一水平传送带以 2 m /s 的速度匀速运动，现将一物体轻轻放在传送带上，若物体与传送带间的动摩擦因数为 ，则传送带将该物体传送 10 m 的距离所需时间为多少。 【错解】 由于物体轻放在传送带上，所以 v0＝ 0 ，物体在竖直方向合外力为零，在水平方向受到滑动摩擦力 ( 传送带施加 ) ，做 v0＝ 0 的匀加速运动，位移为 10 m . 据牛顿第二定律 F ＝ ma 有 f ＝ μmg ＝ ma ， a ＝ μg ＝ 5 m /s2. 据初速为零的匀加速直线运动位移公式 s ＝12at2可知 t ＝2 xa＝ 2 s. • 【 正解 】 上述解法错在对这一物理过程的认识．传送带上轻放的物体的运动有可能分为两个过程．一是在滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动；二是达到与传送带相同速度后，无相对运动，也无摩擦力，物体开始做匀速直线运动．关键问题应分析出什么时候达到传送带的速度，才可以对问题进行解答． • 以传送带上轻放物体为研究对象，如图所示， • 在竖直方向受重力和支持力，在水平方向受 • 滑动摩擦力，做 v0＝ 0的匀加速运动． • 据牛顿第二定律： F＝ ma， • 水平方向： f＝ ma① • 竖直方向： N－ mg＝ 0② • f＝ μN③ • 由式①②③解得 a＝ 5 m/s2 • 设经时间 t1，物体速度达到传送带的速度，据匀加速直线运动的速度公式 vt＝ v0＋ at④ • 解得 t1＝ s. • 时间 t1内物体的位移 s1＝ at2/2＝ 5 ＝ m10 m. • 物体位移为 m时，物体的速度与传送带的速度相同，物体 s后无摩擦力，开始做匀速运动 s2＝ v2t2⑤ • 因为 s2＝ s－ s1＝ 10 m－ m＝ m， v2＝ 2 m/s， • 代入式⑤得 t2＝ s. • 则传送 10 m所需时间为 t＝ s＋ s＝ s. • 【 答案 】 s 第 3节 牛顿第二定律的应用 • 一、超重和失重 分类 受力特征 运动特征 (产生条件 ) 运动状态 超重 物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力，也叫视重 )________物体所受重力的现象 物体具有________的加速度 向上 ____运动或向下 ______运动 失重 物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力 )________物体所受重力的现象 物体具有________的加速度 向上 ____运动或向下 ______运动 完全 失重 物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力 )等于________的现象 物体向下的加速度为 ____时 向上 ____运动或向下 ______运动 • 二、整体法和隔离法 • 1. 整体法 在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个________来处理的方法，当整体受到的外力已知时，可用________求出整体的加速度． • 2. 隔离法 将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． • 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 ________，而系统内各物体间的相互作用力为 ________．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 ________将转换为隔离体的 ________． • 自我校对 • 一、 大于 竖直向上 加速 减速 小于 竖直向下 减速 加速 0 g 减速 加速 • 二、 1. 整体 合外力 3. 外力 内力 内力 外力 • 考点 1 对超重和失重的理解 • 1. 根据加速度判断超重和失重 加速度情况 视重 (绳的拉力或 支持物的支持力 ) 超重和失重 a＝ 0 F＝ mg 既不超重也不失重 方向竖直向上 F＝ m(g＋ a) 超重 方向竖直向下 F＝ m(g－ a) 失重 等于重力加速度 F＝ 0 完全失重 说明：加速度有竖直方向的分量相应的对应着超重或失重 • 2. 关于超重现象和失重现象的几个问题 重力是 否变化 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，好像物体的重力增大或减小 是否与速度的方向有关 物体处于超重状态还是失重状态，取决于物体在竖直方向 (或竖直分量 )的加速度方向，与物体的运动方向无关 是否一定在竖直方向上运动 超重时物体具有向上的加速度或具有向上的加速度分量；失重时物体具有向下的加速度或具有向下的加速度分量；物体不一定是竖直方向上的运动 关于完 全失重 当物体处于完全失重状态 (a＝ g)时，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强，绕地球做匀速圆周运动的飞行器中与重力有关的仪器不能正常工作 (测力计可测拉力 ) 例 1 ( 高考改编题 ) 如图所示，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块，木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上．若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为 ( ) A . 加速下降 B . 匀速上升 C . 减速上升 D. 减速下降 【点拨】 根据已知确定物体的加速度方向→确定物体所处的运动状态是超重或失重→根据超重和失重状态确定运动状态 • 【 解析 】 分析木箱静止时的受力情况，此时物块对箱顶有压力，说明物块受到箱顶向下的压力，弹簧的弹力大于物体受到的重力，当物块对箱顶刚好无压力时，物体只受到重力和弹簧的弹力，系统具有向上的加速度，是超重状态，所以木箱的运动状态可能为加速上升或减速下降， D正确． • 【 答案 】 D • 点睛笔记 物体超重和失重的实质是物体具有竖直方向的加速度，当加速度向上时，物体的运动状态一定是超重状态；当加速度向下时，物体的运动状态一定是失重状态 • 1. (高考改编题 )某人在地面上用弹簧秤称得体重为 490 N．他将弹簧秤移至电梯内称其体重， t0至 t3时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的 vt图可能是 (取电梯向上运动的方向为正 ) ( ) • 【 解析 】 由图可知，在 t0～ t1时 • 间内，弹簧秤的示数小于实际重 • 量，则处于失重状态，此时具有 • 向下的加速度；在 t1～ t2阶段弹簧 • 秤示数等于实际重量，则既不超 • 重也不失重；在 t2～ t3阶段，弹簧 • 秤示数大于实际重量，则处于超 • 重状态，具有向上的加速度．若电梯向下运动，则 t0～ t1时间内向下加速， t1～ t2阶段匀速运动， t2～ t3阶段减速下降，A正确， BD错误， C项 t0～ t1内超重，不符合题意． • 【 答案 】 A 考点 2 整体法与隔离法 适用情况 用途 优点 解题步骤 整 体 法 若系统内各物体具有相同的加速度且不需要求解物体之间的作用力 主要是用 来求解物 体系受外 部作用力 或整体加 速度 可以避免 对整体内 部进行复 杂的分析， 常常使问 题解答更 简洁明了 (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)寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解 隔 离 法 系统内各 物体的加 速度不相 同，且需要 求解物体 之间的作 用力 主要是用 来求解系 统内各部 分的相互 作用力 能排除与 研究对象 无关的因 素，使事物 的特征明 显地显示 出来，从而 进行有效 的处理 (1)明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象．选择原则：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 • 特别提醒 整体法和隔离法不是相互对立的，一般随着研究对象的转化，往往两种方法交替运用，若系统内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律球作用力，即“先整体求加速度，后隔离求内力”，否则分别隔离求解 . • 例 2（ 2020安徽高考卷 )在 2020年北京残奥 • 会开幕式上，运动员手拉绳索向上攀登，最 • 终点燃了主火炬，体现了残疾运动员坚忍不 • 拔的意志和自强不息的精神．为了探究上升 • 过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将 • 过程简化．一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的 • 定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅 • 上的运动员拉住，如图所示．设运动员的质 • 量为 65 kg，吊椅的质量为 15 kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦．重力加速度取 g＝ 10 m/a＝ 1 m/s2上升时，试求： • (1)运动员竖直向下拉绳的力． • (2)运动员对吊椅的压力． • 【 点拨 】 (1)先用整体法求加速度，后用隔离法求运动员与吊椅间的相互作用力． • (2)整体法和隔离法的联系点是加速度，即根据整体法和隔离法求得的加速度相同 . • 【 解析 】 解法一： (1)设运动员受到绳向上的拉力为 F，由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等，吊椅受到绳的拉力也是 ，则有：2F－ (m人 ＋ m椅 )g＝ (m人 ＋ m椅 )a， • F＝ 440 N. • 由牛顿第三定律可知运动员竖直向下拉绳的力 • F′＝ 440 N. • (2)设吊椅对运动员的支持力为 N，对运动员进行受力分析如图所示，则有： • F＋ N－ m人 g＝ m人 a， • N＝ 275 N， • 由牛顿第三定律，运动员对吊椅 • 的压力也为 275 N. • 解法二：设运动员和吊椅的质量 • 分别为 M和 m；运动员竖直向下 • 的拉力为 F，对吊椅的压力大小 • 为 ，绳对运 • 动员的拉力大小为 F，吊椅对运动员的支持力为 动员和吊椅为研究对象，根据牛顿第二定律可得： F＋ N－Mg＝ Ma① • F－ N－ mg＝ ma② • 由①②得 F＝ 440 N， N＝ 275 N. • 【 答案 】 (1)440 N (2)275 N • 点睛笔记 运用整体法分析问题时，系统内各物体的加速度的大小各方向均应相同，如果系统内物体的加速度不同或仅大小相同（如通过滑轮连接的物体），应采用隔离法求解 2. (2020重庆模拟 )质量为 M的人站在地面 上，用绳通过定滑轮将质量为 m的重物从 高处放下，如图所示，若重物以加速度 a 向下降落 (ag)，则人对地面的压力大小 为 ( ) A. (m＋ M)g－ ma B. M(g－ a)－ ma C. (M－ m)g＋ ma D. Mg－ ma • 【 解析 】 以重物 m为研究对象，物体受重力 mg，绳子拉。