2020版高考物理总复习第三章第2节牛顿第二定律教学案新人教版.docx

第2节牛顿第二定律【p44】夯实基础1牛顿第二定律(1)定律内容：物体的加速度跟物体_所受的合外力_成正比，跟_物体的质量_成反比，加速度的方向跟合外力的方向_相同_(2)表达式：F合_ma_该表达式只能在国际单位制中成立因为F合k_ma_，只有在国际单位制中才有k1.力的单位的定义：使质量为1 kg的物体，获得1 m/s2的加速度的力，叫做1 N，即1 N_1_kgm/s2_(3)适用范围牛顿第二定律只适用于_惯性_参考系(相对地面静止或_匀速直线_运动的参考系)牛顿第二定律只适用于_宏观_物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况. 2对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律是动力学的核心内容，我们要从不同的角度，多层次、系统化地理解其内涵：F量化了迫使物体运动状态发生变化的外部作用，m量化了物体“不愿改变运动状态”的基本特性(惯性)，而a则描述了物体的运动状态(v)变化的快慢明确了上述三个量的物理意义，就不难理解如下的关系了：aFa另外，牛顿第二定律给出的F、m、a三者之间的瞬时关系，也是由力的作用效果的瞬时性特征所决定的(1)矢量性：加速度a与合外力F合都是_矢量_，且方向总是_相同_(2)瞬时性：加速度a与合外力F合同时_产生_、同时_变化_、同时_消失_，是瞬时对应的(3)同一性：加速度a与合外力F合是对同一物体而言的两个物理量(4)独立性：作用于物体上的每个力各自产生的加速度都遵循牛顿第二定律，而物体的合加速度则是每个力产生的加速度的_矢量和_，合加速度总是与合外力相对应(5)相对性：物体的加速度是对相对地面静止或相对地面做匀速运动的物体而言的(6)局限性：只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子3单位制(1)单位制：_基本_单位和_导出_单位共同组成了单位制基本单位：基本物理量的单位力学中的基本物理量有_长度_、_质量_、_时间_，它们的国际单位分别是_米_、_千克_、_秒_导出单位是由基本单位根据_物理关系_推导出来的其他物理量的单位有力(N)、速度(m/s)、加速度(m/s2)等(2)国际单位制中的基本物理量和基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安(培)A热力学温度T开(尔文)K物质的量n摩(尔)mol发光强度I坎(德拉)cd特别提醒：有些物理单位属于基本单位，但不是国际单位，如厘米、克、小时等有些单位属于国际单位，但不是基本单位，如米/秒(m/s)、帕斯卡(Pa)、牛(顿)(N)等考点突破例1如图所示，一根轻质弹簧上端固定，下端挂一质量为m0的平盘，盘中有一物体质量为m.当盘静止时，弹簧伸长了L，今向下拉盘使弹簧再伸长L后停止，然后松手放开，设弹簧总处在弹性限度内，则刚松手时盘对物体的支持力等于()A.mg B.mgC.g D.g【解析】当盘静止时，由胡克定律得(mm0)gkL设使弹簧再伸长l时手的拉力大小为F，再由胡克定律得(mgm0gF)k(LL)由联立得F(mm0)g刚松手瞬时弹簧的弹力没有变化，则以盘和物体整体为研究对象，所受合力大小等于F，方向竖直向上设刚松手时，加速度大小为a，根据牛顿第二定律得ag对物体研究：FNmgma解得FNmg，故选A.【答案】A【小结】根据牛顿第二定律知，加速度与合外力存在瞬时对应关系在分析瞬时对应关系时应注意两个基本模型特点的区别：(1)轻绳、轻杆模型：轻绳、轻杆产生弹力时的形变量很小；轻绳、轻杆的拉力可突变；(2)轻弹簧模型：弹力的大小为Fkx，其中k是弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量；弹力突变的特点：若释放端未连接物体，则轻弹簧的弹力可突变为零；若释放端仍连接物体，则轻弹簧的弹力不发生突变，释放的瞬间仍为原值针对训练1放在光滑水平面上的物块1、2用轻质弹簧测力计相连，如图所示今对物块1、2分别施加方向相反的水平力F1、F2，且F1大于F2，则弹簧测力计的示数(A)A一定大于F2小于F1B一定等于F1F2C一定等于F1F2D一定等于【解析】因为F1F2，所以物块1和2都具有水平向左的加速度，设弹簧测力计的示数为T，对m2，有TF2m2a，对m1有F1Tm1a，a.TF2m2，只有当m1m2时，T才等于，TF2m2aF2，TF1m1aF1.2如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻弹簧下端固定一个质量为m的小球，小球上下振动时，框架始终没有跳起当框架对地面压力为零的瞬间，小球的加速度大小为(已知重力加速度为g)(D)Ag B.gC0 D.g【解析】当框架对地面压力为零时，地面对框架无作用力，弹簧被压缩，弹力大小为Mg，框架受弹力向上，小球受弹力向下，以小球为研究对象，由牛顿第二定律有(Mm)gma，因此可得小球的加速度大小为ag，选项D正确【p45】夯实基础用牛顿第二定律解题的两大类型1已知受力情况求物体的运动情况2已知运动情况求物体的受力情况其中加速度是联系运动和受力的重要“桥梁”，将运动学规律和牛顿第二定律相结合是解决问题的基本思路考点突破1已知物体的运动情况求物体的受力情况例2一游客在峨眉山滑雪时，由静止开始沿倾角为37的山坡匀加速滑下下滑过程中从A点开始给游客抓拍一张连续曝光的照片如图所示经测量游客从起点到本次曝光的中间时刻的位移恰好是40 m已知本次摄影的曝光时间是0.2 s，照片中虚影的长度L相当于实际长度4 m，则下列选项不正确的是(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)()A运动员在曝光的中间时刻的速度为v020 m/sB运动员下滑的加速度为5.0 m/s2C滑雪板与坡道间的动摩擦因数为D滑雪板与坡道间的动摩擦因数为【解析】用s表示题中的位移，表示斜面倾角，t表示曝光时间，表示滑雪板与坡道间的动摩擦因数，m表示滑雪运动员的质量设运动员下滑的加速度为a，曝光的中间时刻的速度为v0，则有v0，代入数据得v020 m/s，故A选项正确；由v2as可求得：a5.0 m/s2，故B选项正确；又根据牛顿第二定律有mgsin mgcos ma，可求得动摩擦因数为，故C选项正确而D选项错误【答案】D针对训练3在水平地面上有一质量为4.0 kg的物体，物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动.10 s后水平拉力减为 F.该物体的vt图象如图所示求：(1)物体受到的水平拉力F的大小；(2)物体与地面间的动摩擦因数(g取10 m/s2)【解析】(1)物体的运动分为两个过程，由图可知两个过程加速度分别为：a11 m/s2，a20.5 m/s2，受力图如下对于两个过程，由牛顿第二定律得：FFfma1Ffma2联立以上二式解得：F9 NFf5 N，方向与运动方向相反(2)由滑动摩擦力公式得：FfFNmg解得：0.1254据报道，某航空公司的一架客机，在正常航线上做水平飞行时，由于突然受到强大垂直气流作用，使飞机在10 s内下降高度1 700 m，造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究飞机在竖直方向上的运动，且假设这一运动为匀变速运动(g取10 m/s2)试计算：(1)飞机在竖直方向上产生的加速度；(2)乘客所系安全带的拉力与乘客体重的比值为多少时，才能使乘客不脱离座椅；(3)未系安全带的乘客，相对于机舱将向什么方向运动，最可能受到伤害的是人体的什么部位【解析】(1)由运动学公式得：hat2a34 m/s2(2)由牛顿第二定律：Fmgma拉力与体重比值k为：k2.4(3)向上运动，头部2已知物体的受力情况求物体的运动情况例3地震发生后，需要向灾区运送大量救灾物资，在物资转运过程中大量使用了如图所示的传送带已知某传送带与水平面成37角，皮带的AB部分长L5.8 m，皮带以恒定的速率v4 m/s按图示方向运动，若在B端无初速度地放置救灾物资P(可视为质点)，P与皮带之间的动摩擦因数0.5(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)，求：(1)物资P从B端开始运动时的加速度；(2)物资P到达A端时的速度【解析】(1)物资P刚放在B点时，受沿传送带向下的滑动摩擦力的作用，mgsin Fma1FNmgcos FFN其加速度为a1gsin gcos 10 m/s2，方向沿传送带向下(2)物资P加速到与传送带速度相同时的位移s0.8 mmgsin 370.6mg，而cos 37mg0.4mg，物资P会以v4 m/s为初速度，以a2gsin 37gcos 372 m/s2，继续向下加速度运动(Ls)才到A端，依vv22a2(Ls)，代入数据解得vA6 m/s.【小结】应用牛顿第二定律解答动力学问题时，首先要对物体的受力情况及运动情况进行分析，确定题目属于动力学中的哪类问题，不论是由受力情况求运动情况，还是由运动情况求受力情况，都需用牛顿第二定律列方程应用牛顿第二定律的解题步骤(1)通过审题灵活地选取研究对象，明确物理过程(2)分析研究对象的受力情况和运动情况，必要时画好受力示意图和运动过程示意图，规定正方向(3)根据牛顿第二定律和运动公式列方程求解(列牛顿第二定律方程时可把力进行分解或合成处理，再列方程)(4)检查答案是否完整、合理，必要时需进行讨论针对训练5频闪照相是研究物理过程的重要手段，如图所示是某同学研究小滑块从光滑水平面滑上粗糙斜面并向上滑动时的频闪照片，已知斜面足够长，倾角为37，闪光频率为10 Hz.经测量换算获得实景数据：x1x240 cm，x335 cm，x425 cm，x515 cm.取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，2.24，设滑块通过平面与斜面连接处时速度大小不变求：(1)滑块沿斜面上滑时的初速度v0；(2)滑块与斜面间的动摩擦因数；(3)滑块从滑上斜面到返回斜面底端所用的时间【解析】(1)由题意可知，滑块在水平面上匀速运动，则：v0 m/s4 m/s.(2)在斜面上滑块做匀减速直线运动，且x3x4x4x5，设加速度大小为a1，根据公式：x3x4a1T2由牛顿第二定律：mgsin mgcos ma1，解得：0.5.(3)设滑块向上滑行所用的时间为t1，上滑的最大距离为s，返回斜面底端的时间为t2，加速度为a2，v0a1t1，sv0t1，解得：t10.4 smgsin mgcos ma2，sa2t，解得：t2 s所以：tt1t20.4 s s1.3 s.6如图甲所示为一倾角37足够长的斜面，将一质量为m1 kg的物体在斜面上由静止释放，同时施加一沿斜面向上的拉力，拉力随时间变化关系图象如图乙所示，物体与斜面间动摩擦因数0.25.取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，求：(1)2 s末物体的速度大小；(2)前16 s内物体发生的位移【解析】(1)mgsin 376 N，mgcos 372 Nfm，02 s内，F1.5 N，a12.5 m/s2，2 s末速度v2a1t12.52 m/s5 m/s；(2)向下的位移s1t15 m.2 s16 s内，F4.5 N，物体向下做匀减速运动；a20.5 m/s2，沿斜面向上经t210 s，速度减为0，滑动摩擦转化成静摩擦，fFmgsin 37，f1.5 Nfm.物体静止在斜面上前16 s内物体的位移等于前12 s内的位移，2 s12 s内的位移s21025 m.总位移ss1s230 m.【p47】夯实基础1超重和失重(1)实重和视重：实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态_无关_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)超重、失重和完全失重的比较：现象实质超重物体对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力_大于_物体重力的现象系统具有竖直向上的加速度或加速度有竖直向上的分量失重物体对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力_小于_物体重力的现象系统具有竖直向下的加速度或加速度有竖直向下的分量完全失重物体对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力_为零_的现象系统具有竖直向下的加速度a，且ag2.对超、失重现象的理解(1)发生超重或失重现象时，物体的重力_没有变化_，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_变大_或_变小_了(即“视重”变大或变小了)(2)只要物体有_向上_或_向下_的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关(3)即使物体的加速度不沿竖直方向，但只要在_竖直方向_上有分量，物体就会处于超重或失重状态(4)物体超重或失重多少由物体的质量和竖直加速度共同决定，其大小等于_ma_(5)在完全失重的状态下，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作用、液体柱不再产生压强等考点突破例4我国的嫦娥工程规划为三期，简称为“绕、落、回”第一步为“绕”，即发射我国第一颗月球探测卫星，突破至地外天体的飞行技术，实现月球探测卫星绕月飞行，在月球探测卫星奔月飞行过程中探测地月空间环境第二步为“落”，即发射月球软着陆器，突破地外天体的着陆技术第三步为“回”，即发射月球软着陆器，突破自地外天体返回地球的技术当“绕、落、回”三步走完后，我国的无人探月技术将趋于成熟，中国人登月的日子也将不再遥远关于无人探月飞船“绕、落、回”的整个过程中如下说法正确的是()A在地球上起飞的初始阶段，无人探月飞船处于超重状态B进入月球轨道稳定运行后，无人探月飞船不受任何力的作用C在月球上软着陆之前，无人探月飞船处于超重状态D返回地球落地之前，无人探月飞船处于失重状态【解析】在地球上刚起飞的阶段，是加速向上运动的，有向上的加速度，处于超重状态，故A正确；在月球轨道稳定运行后，飞船受月球万有引力做匀速圆周运动，处于完全失重状态，故B错；在月球表面软着陆之前与返回地球落地之前是相似的情景，飞船处于向下减速运动，也具有向上的加速度，处于超重状态，故C对，D错【答案】AC【小结】判断超重和失重现象的三个角度和技巧(1)从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于0时处于完全失重状态(2)从加速度的角度判断，当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，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态(3)从速度变化的角度判断物体向上加速或向下减速时，超重；物体向下加速或向上减速时，失重针对训练7如图所示，是某同学站在力传感器上，做下蹲起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为牛顿)，横坐标为时间由图线可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到以下信息(B)A该同学做了两次下蹲起立的动作B该同学做了一次下蹲起立的动作，且下蹲后约 2 s 起立C下蹲过程中人处于失重状态D下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态【解析】下蹲时，先向下加速，后向下减速，故先失重后超重；起立时，先向上加速，后向上减速，故先超重后失重，选B.8高跷运动是一项新型运动，图甲为弹簧高跷当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后，人就向上弹起，进而带动高跷跳跃，如图乙下列说法正确的是(C)A人向上弹起过程中，一直处于超重状态B人向上弹起过程中，踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力C弹簧压缩到最低点时，高跷对人的作用力大于人的重力D弹簧压缩到最低点时，高跷对地的压力等于人和高跷的总重力【解析】人向上弹起过程中，先加速向上，处于超重状态，然后减速向上，处于失重状态，选项A错误；踏板对人的作用力和人对踏板的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，选项B错误；弹簧压缩到最低点时，人的加速度向上，人处于超重状态，所以高跷对人的作用力大于人的重力，高跷对地的压力大于人和高跷的总重力，选项C正确，D错误考 点 集 训【p275】A组1在儿童蹦极游戏中，拴在腰间左右两侧的是弹性极好的橡皮绳，质量为m的小明如图所示静止悬挂时，两橡皮绳的拉力大小均恰为mg.若此时小明左侧橡皮绳断裂，则小明(B)A加速度为零，速度为零B加速度ag，沿原断裂橡皮绳的方向斜向下C加速度ag，沿未断裂橡皮绳的方向斜向上D加速度ag，方向竖直向下【解析】根据题意，腰间左右两侧的橡皮绳的弹力等于重力，小明左侧橡皮绳断裂，则小明此时所受合力方向沿原断裂橡皮绳的方向斜向下，大小等于mg，所以小明的加速度ag，沿原断裂橡皮绳的方向斜向下，选项B正确2(多选)如图所示，一质量M3 kg、倾角为45的斜面体放在光滑水平地面上，斜面体上有一质量为m1 kg的光滑楔形物体用一水平向左的恒力F作用在斜面体上，系统恰好保持相对静止地向左运动重力加速度为g10 m/s2，下列判断正确的是(BD)A系统做匀速直线运动BF40 NC斜面体对楔形物体的作用力大小为5 ND增大力F，楔形物体将相对斜面体沿斜面向上运动【解析】对整体受力分析如图甲所示，由牛顿第二定律有F(Mm)a，对楔形物体受力分析如图乙所示，由牛顿第二定律有mgtan 45ma，可得F40 N，a10 m/s2，A错，B对斜面体对楔形物体的作用力FN2mg10 N，C错外力F增大，则斜面体加速度增加，斜面体对楔形物体的支持力也增大，则支持力在竖直方向的分量大于重力，有向上的加速度，D对3(多选)如图所示，质量相同的木块A、B用轻质弹簧连接，静止在光滑的水平面上，此时弹簧处于自然状态现用水平恒力F推A.则从力F开始作用到弹簧第一次被压缩到最短的过程中(ACD)A弹簧压缩到最短时，两木块的速度相同B弹簧压缩到最短时，两木块的加速度相同C两木块速度相同时，加速度aAvB【解析】从力F开始作用到弹簧第一次被压缩到最短的过程中，对两木块运动过程分析可知，A做加速度减小的加速运动，B做加速度增大的加速运动，只要A的速度大于B的速度弹簧就处于被压缩变短的过程中，则两木块速度相同时弹簧压缩到最短，画出这一过程A、B两木块的vt图象，则t1时刻，A、B两木块的加速度相同(切线斜率相同)，且vAvB，t2时刻A、B两木块的速度相同，且aBaA，综上，A、C、D正确，B错误4(多选)如图甲所示，质量为m2 kg的物块静止放置在粗糙水平地面O处，物块与水平地面间的动摩擦因数0.5，在水平拉力F作用下物块由静止开始沿水平地面向右运动，经过一段时间后，物块回到出发点O处，取水平向右为速度的正方向，物块运动过程中其速度v随时间t变化规律如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2，则(CD)A物块经过4 s回到出发点B物块运动到第3 s时水平拉力的方向改变C3.5 s时刻水平力F的大小为4 ND4.5 s时刻水平力F的大小为16 N【解析】由vt图知，经过4 s，位移为6 m，A错.1 s3 s内，物块向右匀加速运动的加速度为a11 m/s2，滑动摩擦力fmg10 N，拉力F1fma112 N，水平向右.3 s5 s内，加速度a23 m/s2，方向向左，4 s时减速到0，3 s时拉力F2，fF2ma2，F2fma24 N，方向仍是水平向右，B错；3 s4 s时，水平拉力F的大小为4 N，方向向右，C对；4 s5 s，物块向左做初速为0，加速度为3 m/s2的匀加速运动，F3fma3，a33 m/s2，所以F316 N，D对5(多选)如图所示，在竖直平面内，A和B是两个相同的轻弹簧，C是橡皮筋，它们三者间的夹角均为120，已知A、B对质量为m的小球的作用力均为F，此时小球平衡，C处于拉直状态，已知当地重力加速度为g.则剪断橡皮筋的瞬间，小球的加速度可能为(BC)Ag，方向竖直向下 B.g，方向竖直向上C0 D.g，方向竖直向下【解析】由于橡皮筋C只能提供向下的拉力，所以轻弹簧A和B对小球的作用力一定是拉力可能有两种情况：(1)橡皮筋可能被拉伸，设拉力为FT，由平衡条件可知，2Fcos 60mgFT，解得橡皮筋拉力FTFmg.剪断橡皮筋的瞬间，小球所受合外力等于橡皮筋拉力FTFmg，方向竖直向上，由牛顿第二定律，F合ma，解得小球的加速度ag，选项B正确；(2)橡皮筋可能没有发生形变，拉力为零，则剪断橡皮筋的瞬间，小球的加速度为零，选项C正确故选B、C.6如图甲所示，在倾角为30的足够长的光滑斜面上，有一质量为m的物体，受到沿斜面方向的力F作用，力F按图乙所示规律变化(图中纵坐标是F，力沿斜面向上为正)则物体运动的速度v随时间t变化的规律是(物体初速度为零，重力加速度g取10 m/s2)(C)【解析】在01 s内，a1，方向沿斜面向上，物体向上做匀加速直线运动，1 s末物体速度v1a1t15 m/s；在12 s内，拉力为零，a2，方向沿斜面向下，物体沿斜面向上做匀减速直线运动，2 s末速度为零；在23 s内，a3，方向沿斜面向下，物体沿斜面向下做匀加速直线运动，3 s末物体速度v3a3t315 m/s，故C正确，A、B、D错误7(多选)如图所示，一名消防队员在模拟演习训练中，沿着长为12 m的竖立在地面上的钢管往下滑已知这名消防队员的质量为60 kg，他从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑，滑到地面时速度恰好为零如果他加速时的加速度大小是减速时的2倍，下滑的总时间为 3 s，g取10 m/s2，下列说法正确的是(BD)A下滑过程中的最大速度为4 m/sB加速与减速过程的时间之比为12C加速与减速过程中所受摩擦力大小之比为12D加速与减速过程的位移之比为12【解析】作出消防员运动的vt图象由312，vm8 m/s，A错；又t1t23，vma1t1a2t2，t11 s，t22 s，B对.，D对加速时，加速度a18 m/s2，减速时，加速度大小为4 m/s2；加速时，摩擦力f1，mgf1ma1，f1m2；减速时，摩擦力f2，f2mgma2，f2m14，C错8(多选)如图甲所示，物体A放在某摩天大楼升降电梯的底板上，随电梯一起运动，此过程中物体对升降机底板的压力F随时间t变化的规律如图乙所示已知物体A的质量mA为60 kg，g取10 m/s2，以下说法正确的是(AC)A若电梯是由静止开始运动，则在25 s内电梯的位移大小为175 mB若电梯是由静止开始运动，则在25 s内电梯的位移大小为275 mC若电梯初速度v010 m/s，竖直向上，则在25 s内电梯的位移大小为75 mD若电梯初速度v010 m/s，竖直向上，则在25 s内电梯的位移大小为125 m【解析】由乙图知，05