高三物理高考总复习课件：专题3 第3讲牛顿运动定律的应用

05
牛顿运动定律在万有引力 与航天中的应用
万有引力定律
1 2 3
万有引力定律的内容
自然界中任何两个物体都存在相互吸引的力，这 种力的大小与两物体的质量乘积成正比，与它们 之间的距离的平方成反比。
万有引力定律的公式
F=G*m1*m2/r^2，其中G为万有引力常量， m1和m2分别为两物体的质量，r为两物体之间 的距离。
两个物体之间的作用力和反作用 力，在同一条直线上，作用在相 互作用的两个物体上，大小相等
，方向相反。
表达式
F=-F'（其中F表示作用力，F'表示 反作用力）。
意义
揭示了物体间相互作用的本质，即 力总是成对出现，且作用力与反作 用力大小相等、方向相反、作用在 同一条直线上。
02
牛顿运动定律在力学中的 应用
万有引力提供向心力
对于绕中心天体做匀速圆周运动的星体，万有引力提供向心 力，即G*Mm/r^2=m*v^2/r，可推导出v=√(GM/r)， T=2π√(r^3/GM)等公式。
航天器变轨问题
01
航天器变轨的原理
航天器在轨道上运行时，通过改变自身的速度来改变所受的万有引力，
从而改变轨道。当航天器加速时，它会进入更高轨道；当航天器减速时
曲线运动的加速度
曲线运动中，加速度的方向与 速度变化量的方向相同，且指
向轨迹的凹侧。
02
01
加速度的大小等于单位时间内速 度的变化量，即加速度等于速度
对时间的变化率。
曲线运动的轨迹
01
曲线运动的轨迹是一条曲线，其 形状由物体的初速度和所受的合 外力共同决定。
02
在曲线运动中，物体在某一点的 速度方向沿轨迹上该点的切线方 向，而加速度方向则指向轨迹的 凹侧。

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(2)若斜面倾角变为60°,并改变斜面粗糙(cūcāo)程度,小 物块上滑的同时用水平向右的推力F作用在物块上,发现 物块匀减速上滑过程中加速度与推力大小无关,求此时加 速度大小。
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【解析(jiě xī)】(1)上滑加速度a1=gsinθ+μgcosθ 下滑加速度a2=gsinθ-μgcosθ x=1 at2 又t21∶t2=1∶
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【解析】选B、C。由图象可知木板与水平面的夹角处 于θ1和θ2之间时,物块的加速度为零,当θ=θ1时,物 块所受的摩擦力沿斜面向下,当θ=θ2时,物块所受的 摩擦力沿斜面向上,木板与水平面的夹角大于θ2时,物 块所受摩擦力一定沿木板向上,A错误,B正确(zhèngquè);当θ=0 时,F-μmg=ma0,即8N-0.2×1×10N=1kg×a0,所以a0= 6m/s2,C正确(zhèngquè);当θ=45°时,F<mgsin45°+μmgcos45°
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【题组过关】 1.(2016·福州一模)甲、乙两个(liǎnɡ ɡè)质点,质点甲固定在 原点O,质点乙只能在x轴上运动,甲、乙之间的作用力F与x的 关系如图所示。若乙质点自P点(x=2.2m)由静止释放,乙只受 力F作用,规定力F沿+x方向为正,则质点乙沿+x方向运动时,下 列说法正确的是 ( )
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(2)小球下落(xiàluò)的加速度受哪些因素影响?
提示:小球下落(xiàluò)m时ga=kr 度受小球半径的影响。 m
g
3k,所以小球的加速
4r 2
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【解析(jiě xī)】选B、D。设小球的密度为ρ,其质量4m=r3 ,

2.连接体问题的具体类型 (1)通过滑轮和绳的连接体问题:若要求绳的拉力,绳跨过定滑轮,连接的两物 体虽然加速度大小相同但方向不同,故采用隔离法. (2)水平面上的连接体问题:这类问题一般多是连接体(系统)中各物体保持相 对静止,即具有相同的加速度.解题时,一般整体法、隔离法交替应用. (3)斜面体及其上面物体组成的系统的问题:当物体具有沿斜面方向的加速度, 而斜面体相对于地面静止时,解题时一般采用隔离法分析;若物体随斜面体共 同加速运动,一般整体法、隔离法交替应用.
D
A.当0<F≤μmg时,绳中拉力为0 B.当μmg<F≤2μmg时,A,B物体均静止 C.当F>2μmg时,绳中拉力等于 F D.无论F多大,绳中拉力都不可能2 等于
F 3
3.[斜面上的连接体问题](2018·山东济南调研)如图所示,物体A和B叠放在固 定光滑斜面上,A,B的接触面与斜面平行.当A,B以相同的速度沿斜面向上运动时, 关于物体A的受力个数,正确的是( B )
2. [超重、失重问题的分析和计算]空中缆车是旅游景点给游客准备的上山和 进行空中参观的交通工具,如图所示,一质量为m的游客乘坐空中缆车沿着坡度 为30°的钢绳索上行.开始时缆车平稳匀速上行,由于故障,缆车以a= 的加速 度A.减缆速车上平行稳g2,匀下速列上判行断和中减正速确上的行是时( ,缆 车)对游客的摩擦力D平行钢绳索向上 B.缆车平稳匀速上行和减速上行时,游客对缆车的作用力均竖直向下 C.缆车减速上行时,缆车对游客的作用力比平稳匀速上行时的大 D.缆车减速上行时,缆车对游客的支持力比平稳匀速上行时的小
考点二 应用整体法与隔离法处理连接体问题
1.方法选取 (1)整体法的选取原则 若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作用力,则可以 把它们看成一个整体,分析整体受到的合外力,应用牛顿第二定律求出加速度 (或其他未知量). (2)隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同,或者需要求出系统内各物体之间的作用力, 则需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解. (3)整体法、隔离法的交替运用 若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以选 用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定 律求作用力.即“先整体求加速度,后隔离求内力”.

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命题点一 超重(chāo zhòng)与失重现象
1．实重和视重 (1)实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关。 (2)视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的 压力将不等于物体的重力。此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。
2．对超重、失重的理解 (1)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。 (2)物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物 体的加速度方向，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。 (3)当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生 a＝g 的加速度效果，不再有 其他效果。
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命题(mìng tí)点一 超重与失重现象
角度③ 根据超、失重现象判断物体的运动状态 读数偏大，表明装置处于超重状
在一个封闭装置中，用弹簧测力计测一物体 态，其加速度方向向上，可能的
的重力，根据读数与物体实际重力之间的关系， 运 动 情 况 是 加 速 上 升 或 减 速 下
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命题(mìng tí)点三 动力学中的连接体问题
角度② 弹簧连接体
如图所示，质量分别为 m1、m2 的两个物 体通过轻弹簧连接，在力 F 的
作用下一起沿水平方向做匀加
速直线运动(m1 在光滑地面上，
m2 在空中)。已知力 F 与水平
方向的夹角为 θ。则 m1 的加速度大小为( )
第三章 牛顿 运动定律 (niú dùn) 专题三 牛顿(niú dùn)运动定律的综合应用
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【小题速诊速纠】 1.判一判 (1)超重就是物体的重力变大的现象。 ( ) (2)失重时物体的重力小于mg。 ( ) (3)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。 ( ) (4)加速上升的物体处于超重状态。 ( ) (5)物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化。 ( ) (6)整体法和隔离法是指选取研究对象的方法。 ( ) 提示:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)√
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【解析】选C。她在助跑过程中,可能做变加速直线运动,不一定做匀加速直线 运动,A错误;她在上升过程中,受到杆子的作用力,加速度先向上后向下,所以先 处于超重状态后处于失重状态,B错误;她在下落过程中,向下做加速运动,加速 度向下,处于失重状态,C正确;如果她过最高点时的速度为零,接下来将做自由 落体运动,但运动轨迹是曲线,说明在最高点还有水平速度,D错误。综上所述, 本题正确答案为C。
提示:变化 小丁同学在地面上最多能举起60 kg的重物,可知小丁对重物竖直 方向的最大作用力F=600 N,对重物应用牛顿第二定律有F-m1g=m1a,解得m1= 40 kg。
二、整体法与隔离法
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(1)已知力求运动：知道物体受力情况，应用牛顿第二定律求加速度，再结合初始条件应 用运动学规律求出物体在任意时刻的速度、位移等． (2)已知运动求力：知道物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的加速度，再应用牛 顿第二定律，分析物体的受力情况．
围绕加速度联系运动学和动力学来得到受力情况和运动情况是解题的关键．
【解析】
甲队拉绳的力和绳子对甲队的拉力是一对相互作用力，大小相等 、方向相反；同理，乙队拉绳的力和绳子对乙队的拉力也大小相 等、方向相反；又因为绳子对甲队的拉力和对乙队的拉力相等， 故甲、乙两队拉绳子的力大小相等、方向相反，故A、C错误，D正 确．甲队获胜的原因是甲队与地面间的最大静摩擦力大于乙队与 地面间的最大静摩擦力，故B正确．
时间的单位有年、小时、分、秒等，这些单位都是基本物理量的单位，称为基本单 位． (2)导出单位
由基本量根据物理公式推导出来的其他物理量的单位叫作导出单位，如利用牛顿第二 定律F＝ma可导出力的单位“kg·m/s2”，即N. (3)单位制
由基本单位和导出单位共同组成的单位系统叫作单位制．
单位制
3．动力学的两类基本问题
4．超重和失重现象
(1)实重和视重：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力，即实重；当物体挂在弹簧测拉力力计下 或放在台秤上时，压弹力簧测力计或台秤的读数弹叫力视重，其大小等于弹簧测力计所受的________或台
秤所受的________，视重的本质是________．
(2)超重和失重
①视重等于实重：物体在竖直方向没有加速度，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力的大小
例6
[重庆理综2015·5，6分]若货物随升降机运动的v－t图像如图所示(竖直向上为正)，则 货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是( )

必考内容 第3章 第4讲
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高考物理总复习
归纳领悟 1．运用整体法解题的基本步骤 (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)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．
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第3章 第4讲
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第3章 第4讲
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第3章 第4讲
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连接体问题
命题规律 利用整体法和隔离法分析求解多物体间
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的相互作用力，或能根据受力情况求其运动情况．
(2011· 盐城模拟)
必考内容
第3章 第4讲
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如图所示，固定在水平面上的斜面倾角 θ＝37° ，木 块 A 的 MN 面上钉着一颗小钉子，质量 m＝1.5kg 的小 球 B 通过一细线与小钉子相连接，细线与斜面垂直，木 块与斜面间的动摩擦因数 μ＝0.50.现将木块由静止释放， 木块将沿斜面下滑．求在木块下滑的过程中小球对木块 MN 面的压力． g＝10m/s2， (取 sin37° ＝0.6， cos37° ＝0.8)
必考内容
第3章 第4讲
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[解析] 由极限思想当滑轮质量 m＝0 时，则 A、D 答 m1m2g 案中 T1＝ 由于单选故 A、D 错．B 答案中 T1＝ m1＋m2 m1m2g 2m1m2g ，C 答案中 T1＝ .由牛顿第二定律对 m1、 2m1＋m2 m1＋m2 m2 取整体： 则有 m1g－m2g＝(m1＋m2)a① 以 m1 为研究对象时：m1g－T1＝m1a② 2m1m2g 联立①②解得 T1＝ ，故选项 C 正确. m1＋m2

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。
知识梳理
考点自诊
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
速度 g
知识梳理
项目
考点自诊
运动
状态
超 重
加速 上升或
减速 下降
失 重
完全失重
加速 下降或 以 a=g 加速 下降
减速 上升
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
知识梳理
考点自诊
二、整体法和隔离法
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
3.当物体处于完全失重状态时,重力只有使物体产生a=g的加速
度效果,不再有其他效果。
命题点一
命题点二
命题点三
例1(2017·广东佛山二模)广州塔,昵称小蛮腰,总高度达600米,游
客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台。若电梯简化成
只受重力与绳索拉力,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图象如
图所示。则下列相关说法正确的是(
)
关闭
利用a-t图象可判断:t=4.5 s时,电梯有向上的加速度,电梯处于超重状态,则
A错误;0~5 s时间内,电梯处于超重状态,拉力大于重力,5~55 s时间内,电梯

变式训练 2 质量分别为 m 和 2m 的物块 A、B 用轻弹簧相连， 设两物块与接触面间的动摩擦因数都相同．当用水平力 F 作用于 B 上 且两物块在粗糙的水平面上共同向右加速运动时，弹簧的伸长量为 x1， 如图甲所示；当用同样大小的力 F 竖直向上以相同的加速提升两物块 时，弹簧的伸长量为 x2，如图乙所示；当用同样大小的力 F 沿固定斜 面向上拉两物块使之共同加速运动时，弹簧的伸长量为 x3，如图丙所 示，则 x1∶x2∶x3 等于( )
[思维诊断] (1)超重说明物体的重力增大了．( × ) (2)失重说明物体的重力减小了．( × ) (3)物体处于超重时，加速度向上，速度也一定向上．( × ) (4)应用牛顿运动定律进行整体分析时，一定要分析内力．( × )
考点一 对超重、失重的理解 1.判断方法： (1)不管物体的加速度是不是竖直方向，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． (2)物体的一部分具有竖直方向的分加速度时，整体也会处于超重 或失重状态． 2．易错易混点拨： (1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也 不是重力完全消失了．在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且 不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化． (2)在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完 全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生 压强等．
[答案] D
变式训练 1 (多选)某人在地面上用弹簧秤称得其体重为 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 如图甲所示，电梯运行的 v－t 图象可能是图乙中的(取电梯向上运动的 方向为正)( )
【解析】 本题考查超重和失重问题，意在考查学生利用速度— 时间图象处理问题的能力．从图可以看出，t0～t1 时间内，该人的视重 小于其重力，t1～t2 时间内，视重正好等于其重力，而在 t2～t3 时间内， 视重大于其重力，根据题中所设的正方向可知，t0～t1 时间内，该人具 有向下的加速度，t1～t2 时间内，该人处于平衡状态，而在 t2～t3 时间 内，该人则具有向上的加速度，所以可能的图象为 AD.

体，确定示数的变化．分析此类问题时，要特别注意以下 几点： (1)超重、失重不是重力增加或减少了，而是重力用作其他用 途，是对水平支持面的压力或对竖直悬线的拉力变大或变 小了，重力的大小是没有变化的，仍为mg. (2)超重、失重与物体的速度无关，只取决于物体的加速度方 向．
(3)对系统超重、失重的判定不能只看某一物体，要综合分析， 某一物体的加速运动会不会引起其他物体运动状态的变 化．例如台秤上放一容器，一细线拴一木球，线另一端拴 于盛水容器的底部，剪断细线，木球加速上升同时有相同 体积的水以相同的加速度在加速下降，综合起来，台秤示 数会减小．若不能注意到这一点，会得出相反的错误结 论．
物体每一瞬时的加速度只决定于这一瞬时的 ， 而 与 这
一瞬时之前或之后的力 ．
合外力
无关
2．两种基本模型
(1)刚性绳(或接触面)：可认为是一种不发生明显形变就能 的物体．若剪断(或脱离)后，其弹力
产生，弹不力需要考虑形变恢复时间．一般题目中所立给即的细线
消和失接触面，在不加特殊说明，均可按此模型处理．
“飘起来”
解析：设箱子与物体的质量为M，箱内物体的质量为m.
因箱子下落过程中受空气阻力为Ff＝kv2，故整体下落过程
的加速度a＝
Mg－Ff M
，方向竖直向下，处于失重状态．当v
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
＝0时，a＝g，v≠0时，a<g，且随下落过程v的增加而减
小．对箱内物体而言，当a＝g时完全失重，故FN＝0，随着
加速度a的减小，对箱子的压力(视重)FN＝m(g－a)越来越
(2)弹簧(或橡皮绳)：此类物体的特点是形变量 ，形变恢复
需要较长时间．在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看
成不变．