高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）3.2 牛顿第二定律 两类动力学问题课件.ppt

第二节牛顿第二定律两类动力学问题 一 牛顿第二定律 问题导引由牛顿第二定律表达式f ma可知a 质量m与合外力f成正比 与加速度a成反比b 合外力f与质量m和加速度a都成正比c 物体的加速度的方向总是跟它所受合外力的方向一致d 物体的加速度a跟其所受的合外力f成正比 跟它的质量m成反比 答案 cd 知识梳理1 内容物体的加速度跟所受的成正比 跟物体的 成反比 加速度的方向跟的方向相同 2 表达式f 合力 质量 合力 ma 3 五个 性质 同向 合外力 国际 4 适用范围 1 牛顿第二定律只适用于 相对地面静止或做匀速直线运动的参考系 2 牛顿第二定律只适用于 相对于分子 原子 低速运动 远小于光速 的情况 惯性参考系 宏观物体 自主检测1 下列关于牛顿第二定律的说法中 正确的是a 物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力的大小决定 与物体的速度无关b 物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定 与速度方向无关c 物体所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的d 一旦物体所受合外力为零 则物体的加速度立即为零 其运动也就逐渐停止了答案ab 二 动力学的两类基本问题 知识梳理1 两类动力学问题 1 已知受力情况求物体的 2 已知运动情况求物体的 2 解决两类基本问题的方法以为 桥梁 由和 列方程求解 具体逻辑关系如图 运动情况 受力情况 加速度 运动学公式 牛顿运动定律 自主检测2 以15m s的速度在平直道路行驶的无轨电车 在关闭电动机后 经过10s停了下来 电车的质量是4 0 103kg 求电车所受的阻力 答案6 0 103n 方向与电车初速度方向相反 三 单位制 问题导引如图3 2 1为甲 乙 丙三人百米比赛冲刺时的速度大小 试比较三人冲刺速度的大小 由此看出应怎样比较物理量的大小 答案 v甲 11m s v乙 7200dm min 12m s v丙 36km h 10m s 故v乙 v甲 v丙 由此可以看出 要比较同一物理量的大小 必须统一单位 知识梳理1 单位制 由单位和单位一起组成了单位制 1 基本单位 基本物理量的单位 力学中的基本量有三个 它们是 它们的国际单位分别是 2 导出单位 由量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位 基本 导出 长度 质量 时间 米 千克 秒 基本 2 国际单位制中的七个基本物理量和基本单位 米 m 千克 kg 秒 s 自主检测3 关于力学单位制 下列说法正确的是a kg m s n是导出单位b kg m j是基本单位c 在国际单位制中 时间的单位是s 属基本单位d 在国际单位制中 力的单位是根据牛顿第二定律定义的答案cd 牛顿第二定律的表达式为f ma 其核心是加速度与合外力的瞬时对应关系 二者总是同时产生 同时消失 同时变化 具体可简化为以下两种模型 1 刚性绳 或接触面 不发生明显形变就能产生弹力的物体 剪断 或脱离 后 其弹力立即消失 不需要形变恢复时间 2 弹簧 或橡皮绳 两端同时连接 或附着 有物体的弹簧 或橡皮绳 特点是形变量大 其形变恢复需要较长时间 在瞬时性问题中 其弹力的大小往往可以看成保持不变 考点一用牛顿第二定律分析瞬时加速度 典例1 2014 合肥模拟 在光滑水平面上有一质量为1kg的物体 它的左端与一劲度系数为800n m的轻弹簧相连 右端连接一细线 物体静止时细线与竖直方向成37 角 此时物体与水平面刚好接触但无作用力 弹簧处于水平状态 如图3 2 2所示 已知sin37 0 6 cos37 0 8 重力加速度g取10m s2 则下列判断正确的是 a 在剪断细线的瞬间 物体的加速度大小为7 5m s2b 在剪断弹簧的瞬间 物体所受合外力为15nc 在剪断细线的瞬间 物体所受合外力为零d 在剪断弹簧的瞬间 物体的加速度大小为7 5m s2 思路引导 剪断轻绳前后弹簧的弹力不能发生突变 剪断轻绳前后水平面对球的支持力发生突变 答案 a 规律总结在求解瞬时加速度问题时应注意 1 物体的受力情况和运动情况是时刻对应的 当外界因素发生变化时 需要重新进行受力分析和运动分析 2 加速度可以随着力的突变而突变 而速度的变化需要一个过程的积累 不会发生突变 突破训练1 如图3 2 3所示 两个质量分别为m1 2kg m2 3kg的物体置于光滑的水平面上 中间用轻质弹簧秤连接 两个大小分别为f1 30n f2 20n的水平拉力分别作用在m1 m2上 则 a 弹簧秤的示数是25nb 弹簧秤的示数是50n c 在突然撤去力f2的瞬间 m1的加速度大小为5m s2d 在突然撤去力f1的瞬间 m1的加速度大小为13m s2 答案d 1 由受力情况判断物体的运动状态处理这类问题的基本思路是 先求出几个力的合力 由牛顿第二定律 f合 ma 求出加速度 再由运动学的相关公式求出速度或位移 2 由物体的运动情况判断受力情况处理这类问题的基本思路是 已知加速度或根据运动规律求出加速度 再由牛顿第二定律求出合力 从而确定未知力 至于牛顿第二定律中合力的求法可用力的合成和分解法 平行四边形定则 或正交分解法 考点二动力学两类基本问题 3 求解上述两类问题的思路 可用下面的框图来表示分析解决这类问题的关键 应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁 加速度 典例2 如图3 2 4所示 物体a放在足够长的木板b上 木板b静止于水平面上 已知a的质量ma和b的质量mb均为2 0kg a b之间的动摩擦因数 1 0 2 b与水平面之间的动摩擦因数 2 0 1 最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等 重力加速度g取10m s2 若从t 0开始 木板b受f1 16n的水平恒力作用 t 1s时f1改为f2 4n 方向不变 t 3s时撤去f2 1 木板b受f1 16n的水平恒力作用时 a b的加速度aa ab各为多少 2 从t 0开始 到a b都静止 a在b上相对b滑行的时间为多少 3 请以纵坐标表示a受到b的摩擦力ffa 横坐标表示运动时间t 从t 0开始 到a b都静止 取运动方向为正方向 在图3 2 5中画出ffa t的关系图线 以图线评分 不必写出分析和计算过程 审题指导 1 审读题干 获取有用信息 已知a b间和b与水平面间的动摩擦因数 可以计算摩擦力大小 f1 16n作用在b上 a b之间可能发生相对滑动 2 分析设问 确定解题方案 假设a b之间发生相对滑动 若ab aa 假设成立 分析a b各段受力 求解a b的加速度 确定到达速度相同所需的时间 解析 1 根据牛顿第二定律得 1mag maaaaa 1g 0 2 10m s2 2m s2f1 2 ma mb g 1mag mbab代入数据得ab 4m s2 2 t1 1s时 a b的速度分别为va vbva aat1 2 1m s 2m svb abt1 4 1m s 4m sf1改为f2 4n后 在b速度大于a速度的过程 a的加速度不变 b的加速度设为ab 根据牛顿第二定律得f2 2 ma mb g 1mag mbab 代入数据得ab 2m s2设经过时间t2 a b速度相等 此后它们保持相对静止 则va aat2 vb ab t2代入数据得t2 0 5sa在b上相对b滑行的时间为t t1 t2 1 5s 3 ffa t的关系图线如图所示 答案 见解析 规律总结动力学两类基本问题的解题步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 2 分析物体的受力情况和运动情况 画好受力分析图 明确物体的运动性质和运动过程 如果是比较复杂的问题 应该明确整个物理问题是由哪几个物理过程组成的 找出相邻过程的联系点 再分别研究每一个物理过程 3 选取正方向或建立坐标系 通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 4 运用牛顿第二定律 或运动学公式 求加速度 5 运用运动学公式 或牛顿第二定律 建立待求量与加速度的关系方程并求解 必要时还要对结果进行讨论 2 2014 四川省资阳质检 如图3 2 6所示 在倾角 37 的固定斜面上放置一质量m 1kg 长度l 3m的薄平板ab 平板的上表面光滑 其下端b与斜面底端c距离为9m 在平板的上端a处放一质量m 0 6kg的滑块 让平板和滑块从静止同时释放 设平板与斜面间 滑块与斜面间的动摩擦因数均为 0 5 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 突破训练 图3 2 6 1 滑块在平板上滑动时平板的加速度a1和滑块的加速度a2 2 滑块离开薄板时的速度大小 3 薄板下端b到达斜面底端点时薄板速度的大小 解析 1 对薄板 受力情况如图所示 沿斜面向下的分力为 f1 mgsin 6n与斜面间的最大静摩擦为ff m m gcos 6 4nf1 ff故滑块在薄板上滑动时 薄板静止不动 即a1 0对滑块 在薄板上滑行时的加速度a2 gsin37 6m s2 答案 1 06m s2 2 6m s 3 6m s 4 用整体法与隔离法求解连接体问题 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 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 解题方法技巧 2 隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同 或者要求出系统内各物体之间的作用力时 就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 且要求物体之间的作用力时 可以先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 典例3 2012 江苏单科 如图3 2 7所示 一夹子夹住木块 在力f作用下向上提升 夹子和木块的质量分别为m m 夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f 若木块不滑动 力f的最大值是 答案 a 规律总结1 整体法与隔离法常涉及的问题类型 1 涉及滑轮的问题 若要求绳的拉力 一般都采用隔离法 2 水平面上的连接体问题 这类问题一般是连接体 系统 各物体保持相对静止 即具有相同的加速度 解题时 一般采用先整体 后隔离的方法 建立直角坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则 或者正交分解力 或者正交分解加速度 3 斜面体与物体组成的连接体的问题 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 2 解决这类问题的关键正确地选取研究对象是解题的首要环节 弄清各物体之间哪些属于连接体 哪些物体应该单独分析 并分别确定出它们的加速度 然后根据牛顿运动定律列方程求解 2 滑块 木板 模型 模型概述 滑块在长木板上表面发生滑动 构成 滑块 木板 模型 此类模型的特点是 滑块与木板之间有摩擦力作用 两者的加速度大小不同 发生相对滑动 分类方法 分析滑块和木板的受力情况 根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度 对滑块和木板进行运动情况分析 找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系 建立方程 特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移 物理模型构建 典例4 18分 如图3 2 8所示 木板静止于水平地面上 在其最右端放一可视为质点的木块 已知木块的质量m 1kg 木板的质量m 4kg 长l 2 5m 上表面光滑 下表面与地面之间的动摩擦因数 0 2 现用水平恒力f 20n向右拉木板 g取10m s2 求 1 木板加速度的大小 2 要使木块能滑离木板 水平恒力f作用的最短时间 3 如果其他条件不变 假设木板的上表面也粗糙 其上表面与木块之间的动摩擦因数为 1 0 3 欲使木板能从木块的下方抽出 对木板施加的拉力应满足什么条件 4 若木板的长度 木块的质量 木板的上表面与木块之间的动摩擦因数 木板与地面间的动摩擦因数都不变只将水平恒力增加为30n 则木块滑离木板需要多长时间 思路引导 木板上表面光滑时 木块不受摩擦力的作用 木块将静止不动 木板上表面粗糙时 欲使木板能从木块下方抽出 应使a木板 a木块 答案 1 2 5m s2 2 1s 3 大于25n 4 2s 规律总结分析滑块 木板模型问题时应掌握的技巧1 分析题中滑块 木板的受力情况 求出各自的加速度 2 画好运动草图 找出位移 速度 时间等物理量间的关系 3 知道每一过程的末速度是下一过程的初速度 4 两者发生相对滑动的条件 1 摩擦力为滑动摩擦力 2 二者加速度不相等 随堂演练 答案d 2 2014 四川省成都模拟 为了让乘客乘车更为舒适 某探究小组设计了一种新的交通工具 乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整 使座椅始终保持水平 如图3 2 10所示 当此车减速上坡时 乘客a 处于超重状态b 受到向前 水平向右 的摩擦力作用c 重力势能增加d 所受力的合力沿斜坡向上图3 2 10 解析当车减速上坡时 车与乘客的加速度方向沿斜面方向向下 此加速度可分解为水平向左的加速度和竖直向下的加速度 因此乘客所受力的合力沿斜坡向下 处于失重状态 受到向后 水平向左 的摩擦力作用 选项a b d错误 乘客向上运动 重力势能增加 选项c正确 答案c 3 2014 莱州一中检测 如图3 2 11所示 小车沿水平面做直线运动 小车内光滑底面上有一物块被压缩的弹簧压向左壁 小车向右加速运动 若小车向右加速度增大 则车左壁受物块的压力f1和车右壁受弹簧的压力f2的大小变化是 a f1不变 f2变大b f1变大 f2不变c f1 f2都变大d f1变大 f2减小解析若小车向右加速度增大 则车左壁受物块的压力f1增大 车右壁受弹簧的压力f2的大小不变 选项b正确 答案b 4 2014 福建四地六校联考 如图3 2 12所示 在光滑水平面上有两个质量分别为m1和m2的物体a b m1 m2 a b间水平连接着一轻质弹簧测力计 若用大小为f的水平力向右拉b 稳定后b的加速度大小为a1 弹簧测力计示数为f1 如果改用大小为f的水平力向左拉a 稳定后a的加速度大小为a2 弹簧测力计示数为f2 则以下关系式正确的是 a a1 a2 f1f2c a1a2 f1 f2解析把a b两个物体和弹簧测力计看做一个整体 由牛顿第二定律可知 a1 a2 隔离后面的物体进行受力分析 由牛顿第二定律可知 f1 f2 故选项b