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牛頓運動定律的綜合運用(整體法與隔離法的靈活應用)

考綱

1.牛頓運動定律、牛頓定律的應用

2.超重和失重

實驗四:驗證牛頓運動定律

本章內容是高考的重點,單獨考查的題目多為選擇題,與直線運動、曲線運動、電磁學等知識結合的題目多為計算題。

01

超重與失重





1.實重和視重

(1)實重:物體實際所受的重力,它與物體的運動狀態(tài)無關。

(2)視重:測力計所指示的數值。

2.超重、失重和完全失重比較



02

整體法與隔離法





1.整體法

當連接體內(即系統(tǒng)內)各物體的加速度相同時,可以把系統(tǒng)內的所有物體看成一個整體,分析其受力和運動情況,運用牛頓第二定律對整體列方程求解的方法。

2.隔離法

當求系統(tǒng)內物體間相互作用的內力時,常把某個物體從系統(tǒng)中隔離出來,分析其受力和運動情況,再用牛頓第二定律對隔離出來的物體列方程求解的方法。

3.外力和內力

如果以物體系統(tǒng)為研究對象,受到系統(tǒng)之外的物體的作用力,這些力是該系統(tǒng)受到的外力,而系統(tǒng)內各物體間的相互作用力為內力。應用牛頓第二定律列方程時不考慮內力。如果把某物體隔離出來作為研究對象,則內力將轉換為隔離體的外力。



03

超重與失重問題





(1)盡管物體的加速度不是豎直方向,但只要其加速度在豎直方向上有分量即a(y)≠0,物體就會出現超重或失重狀態(tài)。當a(y)方向豎直向上時,物體處于超重狀態(tài);當a(y)方向豎直向下時,物體處于失重狀態(tài)。

(2)盡管整體沒有豎直方向的加速度,但只要物體的一部分具有豎直方向的分加速度,整體也會出現超重或失重狀態(tài)。

(3)超重并不是說重力增加了,失重并不是說重力減小了,完全失重也不是說重力完全消失了。在發(fā)生這些現象時,物體的重力依然存在,且不發(fā)生變化,只是物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)發(fā)生變化。

(4)在完全失重的狀態(tài)下,平常一切由重力產生的物理現象都會完全消失,如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產生向下的壓強等。

總結歸納

(1)無論超重還是失重,物體的重力并沒有變化。

(2)由物體超重或失重,只能判斷物體的加速度方向,不能確定其速度方向。

(3)物體超重或失重的多少是由發(fā)生超、失重現象的物體的質量和豎直方向的加速度共同決定的,其大小等于ma。



04

整體法與隔離法的靈活應用





(1)隔離法的選取原則:

若連接體或關聯體內各物體的加速度不相同,或者要求出系統(tǒng)內兩物體之間的作用力時,就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來,應用牛頓第二定律列方程求解。

(2)整體法的選取原則:

若連接體內各物體具有相同的加速度,且不需要求物體之間的作用力,可以把它們看成一個整體來分析整體受到的外力,應用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量)。

(3)整體法、隔離法交替運用原則:

若連接體內各物體具有相同的加速度,且要求物體之間的作用力時,可以先用整體法求出加速度,然后再用隔離法選取合適的研究對象,應用牛頓第二定律求作用力。即“先整體求加速度,后隔離求內力”。



05

整體法與隔離法常涉及的問題類型





1.涉及隔離法與整體法的具體問題類型

(1)涉及滑輪的問題

若要求繩的拉力,一般都必須采用隔離法。

(2)水平面上的連接體問題

①這類問題一般多是連接體(系統(tǒng))各物體保持相對靜止,即具有相同的加速度。解題時,一般采用先整體、后隔離的方法。

②建立坐標系時也要考慮矢量正交分解越少越好的原則,或者正交分解力,或者正交分解加速度。

(3)斜面體與上面物體組成的連接體的問題

當物體具有沿斜面方向的加速度,而斜面體相對于地面靜止時,解題時一般采用隔離法分析。

解決這類問題的關鍵

正確地選取研究對象是解題的首要環(huán)節(jié),弄清各個物體之間哪些屬于連接體,哪些物體應該單獨分析,分別確定出它們的加速度,然后根據牛頓運動定律列方程求解。



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