2011高考物理专题复习课件大全：牛顿第二定律的应用.ppt

,牛顿第二定律的应用（一）,要点疑点考点,课 前 热 身,能力思维方法,要点疑点考点,一、基本题型 1.应用牛顿第二定律解题的基本题型可分两类： 一类是已知受力情况求解运动情况；另一类是已知运动情况求解受力情况. 2.解题思路：,要点疑点考点,二、应用牛顿第二定律时要注意以下几个特点： 1.同体性：是指表达式中的f、m、a是对同一物体而言的. 2.矢量性：是指加速度的方向与合外力的方向是一致的. 3.瞬时性：是指式中的a和f具有瞬时对应关系，即a与f是对于同一时刻的，如果f发生变化，a也同时发生变化. 4.独立性：是指作用在物体上的每一个力都能单独产生加速度，而合外力产生的加速度是这些加速度的矢量和.,课 前 热 身,1.设洒水车的牵引力不变，所受阻力跟车重成正比，洒水车原来在平直路面上匀速行驶，开始洒水后（d） a.继续做匀速运动 b.变为做匀加速运动 c.惯性越来越大 d.变为做变加速行动,课 前 热 身,12.汽车质量为2t，启动时汽车的牵引力为3000n，运动阻力为车重的0.05倍，则汽车启动时的加速度为1m/s2；关闭油门滑行时，加速度又为-0.5m/s2.,课 前 热 身,3.如图3-3-1所示，小车沿水平直线运动时，车内悬挂小球的细线与竖直方向成角，并与小车保持相对静止，分析小车可能的运动情况，并求出加速度大小.,图3-3-1,课 前 热 身,【答案】小车可能向右匀加速运动，也可能向左匀减速运动，加速度大小为gtan,课 前 热 身,4某同学坐在前进中列车的车厢内，观察水杯中水面变化，得出如下论断，其中正确的是：（图3-3-2表示水面向后倾）（ad）,图3-3-2,课 前 热 身,a.水面向后倾斜，可知列车可能在加速前进 b.水面向后倾斜，可知列车可能在减速前进 c.水面向前倾斜，可知列车可能在加速前进 d.水面向前倾斜，可知列车可能在减速前进,能力思维方法,【例1】如图3-3-3所示，小车沿水平面以加速度a向右做匀加速直线运动，车上固定的硬杆和水平面的夹角为，杆的顶端固定着的一个质量为m的小球，则杆对小球的弹力多大？方向如何？,图3-3-3,能力思维方法,【解析】由于小球的质量为m，小球加速度为a，方向水平向右，因此小球所受合外力方向向右，大小为ma.且小球只受重力和弹力作用，则重力、弹力与合力的关系如图所示，由图3-3-4可知,图3-3-4,能力思维方法,【解题回顾】硬杆对小球的弹力的方向并不一定沿杆的方向，它要随小球的运动状态的改变而改变，分析球受力时一定要注意其方向.这可借助于牛顿运动定律来进行受力分析.基本思路是物体处于平衡状态时，合外力应为0；物体处于变速运动状态时，满足f合=ma，f合方向与加速度方向一致.本题已知小球的加速度的大小及方向，根据牛顿第二定律可知小球受到的合外力的大小和方向，从而使问题转化为已知合力的大小、方向，和已知一个分力即重力的大小、方向，求解另一分力的问题.,能力思维方法,【例2】一倾角为30的斜面上放一木块，木块上固定一支架，支架末端用丝线悬挂一小球，木块在斜面上下滑时，小球与滑块相对静止共同运动.如图3-3-5所示，当细线沿竖直方向；与斜面方向垂直；沿水平方向，求上述三种情况下滑块下滑的加速度.,图3-3-5,能力思维方法,【解析】由题意知，小球与木块的加速度相等，而此加速度必定沿斜面方向. （1）如图3-3-6（a）所示，t1与mg都是竖直方向，故不可能有加速度，t1-mg=0，a=0，说明木块沿斜面匀速下滑.,图3-3-6,能力思维方法,（2）如图3-3-6（b）所示，t2与mg的合力必为加速度方向，即沿斜面方向，作出平行四边形，由直有三角形知识可知f合=mgsin，得a=f合/m=gsin，即加速度沿斜面向下，大小为gsin. （3）由于细绳只能产生拉力且沿绳的方向，故小球受力情况如图3-3-6（c）所示，由图可见 f合=mg/sin，即a=f合/m=g/sin,能力思维方法,【解题回顾】应用牛顿定律解题时要注意a与f合方向一致性的关系.有时可根据已知合力方向确定加速度方向，有时候则需要通过加速度的方向来判断合力方向.,能力思维方法,【例3】如图3-3-7甲、乙所示，图中细线不可伸长，物体均处于平衡状态，如果突然把两水平细线剪断，求剪断瞬时小球a、b的加速度各为多少（角已知）.,图3-3-7,甲,乙,能力思维方法,【解析】对a球进行受力分析，如3-3-8图(a)所示，剪断水平细线的瞬时，因线不可伸长，拉线oa的拉力发生突变，此后小球沿圆周运动，剪断瞬时，小球速度为0，向心加速度为0，小球的加速度沿切线方向，根据牛顿第二定律，有: f1=mgsin=ma1，a1=gsin,(a),(b),图3-3-8,能力思维方法,对b球进行受力分析，如图(b)所示，弹簧的弹力与其形变量成正比，剪断线瞬间，弹簧形变量不变（不可能突变），故弹力不变.在水平细线被剪断的瞬时，b球受重力g和弹簧的拉力t，合力水平向右. 根据牛顿第二定律有f2=mgtan，a=gtan,能力思维方法,【例4】如图3-3-9所示，小球自由下落一段时间后，落在竖直放置的弹簧上，从接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度、加速度、合外力的变化情况是怎样的？,图3-3-9,能力思维方法,【解析】速度变大或变小取决于速度方向与加速度方向的关系（当a与v同向时v变大，当a与v反向时v变小），而加速度由合外力决定，故要分析v、a的大小变化，必须先分析小球受到的合外力的变化. 小球接触弹簧时受两个力作用：向下的重力和向上的弹力（其中重力为恒力）.,能力思维方法,在接触的头一阶段，重力大于弹力，小球合力向下，且不断变小（f合=mg-kx，而x增大），因此加速度减少（a=f合/m），由于a与v同向，因此速度继续变大. 当弹力增大到等于重力时，合外力为0，加速度为0，速度达到最大.,能力思维方法,之后，小球由于惯性仍向下运动，但弹力大于重力，合力向上且逐渐变大.（f合=kx-mg）因而加速度向上且变大，因此速度减小至0.（注意：小球不会静止在最低点，在最低点时，弹力大于重力，小球将被弹簧上推向上运动，请同学们自己分析以后的运动情况）. 综上分析，小球向下压缩弹簧的过程中，f合方向先向下后向上，f合先变小后变大；a方向先向下后向上，a先变小后变大；v方向向下，大小先变大后变小.（向上推的过程也是先加速后减速）.,能力思维方法,【解题回顾】在分析物体某一运动过程中，要养成一个科学分析习惯，即：这一过程可否划分为两个或两个以上的不同小过程，中间是否存在转折点，找出了转折点就可以知道物体的前后过程是怎样运动了，如上题中弹力等于重力这一位置是个转折点，以这个转折点把小球的运动分为两个阶段进行分析.,牛顿第二定律的应用（二）,要点疑点考点,课 前 热 身,能力思维方法,延伸拓展,要点疑点考点,一、连接体问题 当两个或两个以上的物体之间通过轻绳、轻杆相连或直接接触一起运动的问题. 二、整体法与隔离法 1.当研究问题中涉及多个物体组成的系统时，通常把研究对象从系统中“隔离”出来，单独进行受力及运动情况的分析.这叫隔离法. 2.系统中各物体加速度相同时，我们可以把系统中的物体看做一个整体.然后分析整体受力，由f=ma求出整体加速度，再作进一步分析.这种方法叫整体法. 3.解决连接体问题时，经常要把整体法与隔离法结合起来应用.,课 前 热 身,1.如图3-4-1所示，静止的a、b两物体叠放在光滑水平面上，已知它们的质量关系是mamb，用水平恒力拉a物体，使两物体向右运动，但不发生相对滑动，拉力的最大值为f1；改用水平恒力拉b物体，同样使两物体向右运动，但不发生相对滑动，拉力的最大值为f2，比较f1与f2的大小，正确的是（a） a.f1f2 b.f1=f2 c.f1f2 d.无法比较大小,图3-4-1,课 前 热 身,2质量分别为m1、m2的物块用轻质细绳相连跨接在一轻定滑轮上，已知m1m2，开始时用手托住m1，使m1、m2处于静止状态，当把手突然抽出后，求绳中拉力大小. 【答案】分别对m1和m2同牛顿第二定律表述 即可解得t=(2m1m2g)/(m1+m2).,能力思维方法,【例1】如图3-4-2所示，物体a放在物体b上，物体b放在光滑的水平面上，已知ma=6kg，mb=2kg，a、b间动摩擦因数=0.2.a物上系一细线，细线能承受的最大拉力是20n，水平向右拉细线，假设a、b之间最大静摩擦力等于滑动摩擦力.在细线不被拉断的情况下，下述中正确的是（g=10m/s2）(cd),图3-4-2,能力思维方法,a.当拉力f12n时，a静止不动 b.当拉力f12n时，a相对b滑动 c.当拉力f=16n时，b受a摩擦力等于4n d.无论拉力f多大，a相对b始终静止,能力思维方法,【解析】要判断a、b是否有相对滑动，可假设f=f0时，a、b间的摩擦力达到最大值，求出此时拉力的数值f0，若ff0，则a、b有相对滑动；若ff0，则a、b无相对滑动. a、b间的最大静摩擦力为f0=mag=0.2610=12n. 当a、b间的静摩擦力f=f0时，由牛顿第二定律得： 对b： mag=mba, a=mag/mb=0.2610/2=6m/s2；,能力思维方法,对a、b整体： f0=(ma+mb)a=(6+2)6=48n. 可见，f48n时，a、b均可保持相对静止而一起做加速运动 因细线能承受最大拉力为20n48n，故在细线不断的情况下无论f多大，a、b总相对静止 当f=16n时， a、b共同运动，则a=f/ma+mb=16/6+2=2m/s2, 此时f=mba=22=4n. 本题答案：cd,能力思维方法,【解题回顾】在判断a、b间是否发生相对滑动时，不能主观地认为f0=f0.这是许多同学在解决此类问题时常犯的错误，请同学们仔细本会a、b相对滑动的条件。,能力思维方法,【例2】如图3-4-3，物体m、m紧靠着置于动摩擦因数为的斜面上，斜面的倾角为，现施一水平力f作用于m，m、m共同向上加速运动，求它们之间相互作用力的大小.,图3-4-3,能力思维方法,【解析】因两个物体具有相同的沿斜面向上的加速度，可以把它们当成一个整体（看做一个质点），其受力如图3-4-4所示，建立图示坐标系：,图3-4-4,能力思维方法,由fy=0， 有n1=（m+m）gcos+fsin ； 由fx=(m+m)a， 有fcos - f1-(m+m)gsin=(m+m)a， 且f1=n1 要求两物体间的相互作用力， 应把两物体隔离.,能力思维方法,对m受力分析如图3-4-5所示，,图3-4-5,能力思维方法,由fy=0得n2-mgcos=0 由fx=ma得n-f2-mgsin=ma 且f2=n2 由以上联合方程解得： n=（cos-sin）mf/(m+m). 此题也可以隔离后对m分析列式，但麻烦些.,能力思维方法,【解题回顾】若系统内各物体的加速度相同，解题时先用整体法求加速度，后用隔离法求物体间的相互作用力.注意：隔离后对受力最少的物体进行分析较简洁此题也可沿f方向建立x轴，但要分解加速度a，会使计算更麻烦.,能力思维方法,【例3】如图3-4-6，静止于粗糙的水平面上的斜劈a的斜面上，一物体b沿斜面向上做匀减速运动，那么，斜劈受到的水平面给它的静摩擦力的方向怎样？,图3-4-6,能力思维方法,【解析】此类问题若用常规的隔离方法分析将是很麻烦的.把a和b看做一个系统，在竖直方向受到向下的重力和竖直向上的支持力；在水平方向受到摩擦力f，方向待判定. 斜劈a的加速度a1=0，物体b的加速度a2沿斜面向下，将a2分解成水平分量a2x和竖直分量a2y（图3-4-7）,图3-4-7,能力思维方法,对a、b整体的水平方向运用牛顿第二定律fx外=m1a1x+m2a2x，得f=m2a2x f与a2x同方向 a受到的摩擦力水平向左. 此题还可做如下讨论：（1）当b匀速下滑时，f=0，（2）当b减速下滑时，f向右.,能力思维方法,【解题回顾】若一个系统内物体的加速度不相同，（主要指大小不同）又不需求系统内物体间的互相作用力时，利用fx外=m1a1x+m2a2x,fy外=m1a1g+m2a2y+对系统列式较简捷，因为对系统分析外力，可减少未知的内力，使列式方便，大大简化了运算，以上这种方法，我们把它也叫做“整体法”，用此种方法要抓住三点：（1）分析系统受到的外力；（2）分析系统内各物体的加速度大小和方向；（3）建立直角坐标系.分别在两方向上对系统列出方程.,能力思维方法,【例4】一弹簧称的称盘质量m1=1.5kg，盘内放一物体p，p的质量m2=10.5kg，弹簧质量不计，其劲度系数k=800n/m，系统处于静止状态，如图3-4-8所示，现给p施加一竖直向上的力f使从静止开始向上做匀加速运动，已知在最初0.2s内f是变力，在0.2s后f是恒力，求f的最小值和最大值各为多少？,图3-4-8,能力思维方法,【解析】未施加拉力时，系统处于平衡，故有 kx0=(m1+m2)g. 当0t0.2s时，p匀加速上升的位移 x0-x=1/2at2. 当t=02s时，p与称盘分离（n=0），,能力思维方法,由牛顿第二定律f=ma得： 对称盘：kx-m1g=m1a, 解得a=k(x0-1/2at2)-m1g/m1=6m/s2. 开始运动时，弹簧压缩量最大，f有最小值： fmin=(m1+m2)a=126=72n 当n=0时f有最大值： fmax=m2（g+a）=10.516=168n,能力思维方法,【解题回顾】本例中对于两物体分离的条件的判断是难点，也是解题的关键.n=0时，弹簧没有恢复原长.弹力方向向上.可以先分析m1对m2支持力的变化特点.对整体：f+f弹-(m1+m2)g=(m1+m2)a,随着弹簧弹力f弹减小，f增大.再对m2有f+fn-m2g=m2a，fn将随f增大而减小，当fn减小为0时，m2与m1分离.,延伸拓展,【例5】如图3-4-9所示，a、b两物体通过两个滑轮连接，其质量分别为m和m，光滑斜面的倾角为，绳的c端固定在斜面上.求a、b两物体的加速度.,图3-4-9,延伸拓展,【解析】因为a、b两物体的质量m和m的具体数据不知道，故其加速度的方向很难确定，为了便于分析，需要对加速度的方向作一假设，现假设a物体的加速度方向沿斜面向下、b物体的加速度方向竖直向上，且规定此方向为正，作a、b两物体受力分析图，见图3-4-10,图3-4-10,延伸拓展,由牛顿第二定律知：mgsina-ta=maa, tb-mg=mab 依题意有ta=2tb，aa=1/2ab 故解得aa=(msina-2m)g/(m+4m), ab=2(msina-2m)g/(m+4m),延伸拓展,【解题回顾】本题可作如下讨论： （1）当msin2m时，aa0,其方向与假设的正方向相同； (2)当msin=2m时，aa=ab=0,两物体处于平衡状态； (3)当msin2m时，aa0，ab0，其方向与假设的正方向相反，即a物体的加速度方向沿斜面向上，b物体的加速度方向竖直向下.,牛顿第二定律的应用（二）,要点疑点考点,课 前 热 身,能力思维方法,延伸拓展,要点疑点考点,一、连接体问题 当两个或两个以上的物体之间通过轻绳、轻杆相连或直接接触一起运动的问题. 二、整体法与隔离法 1.当研究问题中涉及多个物体组成的系统时，通常把研究对象从系统中“隔离”出来，单独进行受力及运动情况的分析.这叫隔离法. 2.系统中各物体加速度相同时，我们可以把系统中的物体看做一个整体.然后分析整体受力，由f=ma求出整体加速度，再作进一步分析.这种方法叫整体法. 3.解决连接体问题时，经常要把整体法与隔离法结合起来应用.,课 前 热 身,1.如图3-4-1所示，静止的a、b两物体叠放在光滑水平面上，已知它们的质量关系是mamb，用水平恒力拉a物体，使两物体向右运动，但不发生相对滑动，拉力的最大值为f1；改用水平恒力拉b物体，同样使两物体向右运动，但不发生相对滑动，拉力的最大值为f2，比较f1与f2的大小，正确的是（a） a.f1f2 b.f1=f2 c.f1f2 d.无法比较大小,图3-4-1,课 前 热 身,2质量分别为m1、m2的物块用轻质细绳相连跨接在一轻定滑轮上，已知m1m2，开始时用手托住m1，使m1、m2处于静止状态，当把手突然抽出后，求绳中拉力大小. 【答案】分别对m1和m2同牛顿第二定律表述 即可解得t=(2m1m2g)/(m1+m2).,能力思维方法,【例1】如图3-4-2所示，物体a放在物体b上，物体b放在光滑的水平面上，已知ma=6kg，mb=2kg，a、b间动摩擦因数=0.2.a物上系一细线，细线能承受的最大拉力是20n，水平向右拉细线，假设a、b之间最大静摩擦力等于滑动摩擦力.在细线不被拉断的情况下，下述中正确的是（g=10m/s2）(cd),图3-4-2,能力思维方法,a.当拉力f12n时，a静止不动 b.当拉力f12n时，a相对b滑动 c.当拉力f=16n时，b受a摩擦力等于4n d.无论拉力f多大，a相对b始终静止,能力思维方法,【解析】要判断a、b是否有相对滑动，可假设f=f0时，a、b间的摩擦力达到最大值，求出此时拉力的数值f0，若ff0，则a、b有相对滑动；若ff0，则a、b无相对滑动. a、b间的最大静摩擦力为f0=mag=0.2610=12n. 当a、b间的静摩擦力f=f0时，由牛顿第二定律得： 对b： mag=mba, a=mag/mb=0.2610/2=6m/s2；,能力思维方法,对a、b整体： f0=(ma+mb)a=(6+2)6=48n. 可见，f48n时，a、b均可保持相对静止而一起做加速运动 因细线能承受最大拉力为20n48n，故在细线不断的情况下无论f多大，a、b总相对静止 当f=16n时， a、b共同运动，则a=f/ma+mb=16/6+2=2m/s2, 此时f=mba=22=4n. 本题答案：cd,能力思维方法,【解题回顾】在判断a、b间是否发生相对滑动时，不能主观地认为f0=f0.这是许多同学在解决此类问题时常犯的错误，请同学们仔细本会a、b相对滑动的条件。,能力思维方法,【例2】如图3-4-3，物体m、m紧靠着置于动摩擦因数为的斜面上，斜面的倾角为，现施一水平力f作用于m，m、m共同向上加速运动，求它们之间相互作用力的大小.,图3-4-3,能力思维方法,【解析】因两个物体具有相同的沿斜面向上的加速度，可以把它们当成一个整体（看做一个质点），其受力如图3-4-4所示，建立图示坐标系：,图3-4-4,能力思维方法,由fy=0， 有n1=（m+m）gcos+fsin ； 由fx=(m+m)a， 有fcos - f1-(m+m)gsin=(m+m)a， 且f1=n1 要求两物体间的相互作用力， 应把两物体隔离.,能力思维方法,对m受力分析如图3-4-5所示，,图3-4-5,能力思维方法,由fy=0得n2-mgcos=0 由fx=ma得n-f2-mgsin=ma 且f2=n2 由以上联合方程解得： n=（cos-sin）mf/(m+m). 此题也可以隔离后对m分析列式，但麻烦些.,能力思维方法,【解题回顾】若系统内各物体的加速度相同，解题时先用整体法求加速度，后用隔离法求物体间的相互作用力.注意：隔离后对受力最少的物体进行分析较简洁此题也可沿f方向建立x轴，但要分解加速度a，会使计算更麻烦.,能力思维方法,【例3】如图3-4-6，静止于粗糙的水平面上的斜劈a的斜面上，一物体b沿斜面向上做匀减速运动，那么，斜劈受到的水平面给它的静摩擦力的方向怎样？,图3-4-6,能力思维方法,【解析】此类问题若用常规的隔离方法分析将是很麻烦的.把a和b看做一个系统，在竖直方向受到向下的重力和竖直向上的支持力；在水平方向受到摩擦力f，方向待判定. 斜劈a的加速度a1=0，物体b的加速度a2沿斜面向下，将a2分解成水平分量a2x和竖直分量a2y（图3-4-7）,图3-4-7,能力思维方法,对a、b整体的水平方向运用牛顿第二定律fx外=m1a1x+m2a2x，得f=m2a2x f与a2x同方向 a受到的摩擦力水平向左. 此题还可做如下讨论：（1）当b匀速下滑时，f=0，（2）当b减速下滑时，f向右.,能力思维方法,【解题回顾】若一个系统内物体的加速度不相同，（主要指大小不同）又不需求系统内物体间的互相作用力时，利用fx外=m1a1x+m2a2x,fy外=m1a1g+m2a2y+对系统列式较简捷，因为对系统分析外力，可减少未知的内力，使列式方便，大大简化了运算，以上这种方法，我们把它也叫做“整体法”，用此种方法要抓住三点：（1）分析系统受到的外力；（2）分析系统内各物体的加速度大小和方向；（3）建立直角坐标系.分别在两方向上对系统列出方程.,能力思维方法,【例4】一弹簧称的称盘质量m1=1.5kg，盘内放一物体p，p的质量m2=10.5kg，弹簧质量不计，其劲度系数k=800n/m，系统处于静止状态，如图3-4-8所示