天之骄子高考物理一轮总复习 第3章 牛顿运动定律 第2节 牛顿第二定律课件 新人教版.ppt

2017高三一轮总复习 物理 必修一 第三章牛顿运动定律 第二节牛顿第二定律 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 方法技巧归纳 考题随堂演练 物理模型构建 基础知识整合 某同学去医院住院部看望病人 病人在住院部10楼 该同学在医院1楼大厅乘电梯前 发现医院有1号和2号两部电梯 由于住院部每层上下人员众多 医院规定 1号电梯只在奇数楼层上下人员 2号电梯只在偶数楼层和1楼大厅上下人员 若已知电梯每次停靠等待人员上下的时间是15s 电梯加速和减速的加速度大小都为a 1m s2 电梯上升的最大速度为2m s 每层楼高5m 重力加速度g 10m s2 求 1 该同学在电梯中受到的最大支持力和最小支持力之比 2 该同学从住院部1楼大厅乘电梯到10楼的最短时间是多少 思路引导 1 什么时候同学受到的支持力最大 什么时候受到的支持力最小 如何确定最大值和最小值 2 同学通过乘坐哪部电梯上楼 才可以耗费时间最短 解析 本题属于牛顿运动定律知识板块中已知受力求运动 已知运动求受力的典型类型题 解决本题的关键要理清电梯的运动情况 再与牛顿第二定律和运动学公式结合解答 要知道电梯的加速度方向向下时支持力小于重力 加速度方向向上时支持力大于重力 2 该同学从住院部1楼大厅乘电梯到10楼的最短时间就是电梯正常运行的时间 即电梯加速和减速的时间与电梯停靠等待人员上下的时间之和 牛顿第二定律1 内容 物体加速度的大小跟它受到的作用力成 比 跟物体的质量成 比 加速度的方向跟作用力的方向 2 表达式 f kma 在国际单位制中k 1 即f ma 1 虽然有等式f ma成立 但等号两边各代表两种不同的物理含义 绝不能把 ma 看作一种力 2 力与加速度为因果关系 力是因 加速度是果 力与加速度无先后关系 知识点1 正 反 相同 3 物理意义 力是产生 的原因 4 力学单位 牛顿 的含义 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度需要的力为1n 5 适用范围 牛顿第二定律中只能解决物体的 运动问题 不能解决物体的高速运动问题 只适用于 物体 不适用于微观粒子 加速度 低速 宏观 单位制1 单位制 由 单位和 单位共同组成 2 基本单位 基本物理量的单位 力学范畴中基本物理量为 时间和 对应的国际单位制中的基本单位为千克 kg 和米 m 3 导出单位 由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位 知识点2 基本 导出 质量 长度 秒 s 两类动力学问题1 两类基本问题 1 已知运动情况求解 情况 2 已知受力情况求解 情况 2 解决两类问题的基本方法以 为桥梁 根据运动学规律和牛顿运动定律列方程求解 知识点3 受力 运动 加速度 特别提醒1 物理公式决定物理量之间的关系 同时也决定了物理量单位之间的关系 可以借助物理公式来推导物理量的单位 同时也可以根据物理量的单位判断物理公式的正确与否 2 两类动力学问题中 加速度是连接运动学和牛顿运动定律的桥梁 解决此类问题的关键是求解加速度 热门考点研析 1 同体性 加速度 合外力和质量是对应于同一个物体的 所以分析问题时一定要确定好研究对象 把研究对象全过程的受力情况都搞清楚 2 因果性 力是产生加速度的原因 物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果 3 矢量性 加速度与合外力都是矢量 它们的方向始终相同 加速度的方向唯一由合外力的方向决定 4 瞬时性 物体的加速度跟它所受到的合外力之间存在着瞬时对应关系 加速度随合外力同时产生 同时变化 同时消失 对牛顿第二定律的理解 力和运动的关系 考点1 5 统一性 牛顿第二定律是实验定律 通过实验得出f ma 写成等式为f kma 其中k为比例系数 为使k 1 力 质量 加速度的单位必须统一使用同一单位制 通常使用国际单位制 6 独立性 物体受到多个力作用时 每个力都独立地产生一个加速度 且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律 就好像其他力不存在一样 多选 在光滑水平面上有一物块受水平恒力f的作用而运动 在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧 如图所示 当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短的过程中 下列说法正确的是 a 物块接触弹簧后立即做减速运动b 物块接触弹簧后先加速后减速c 当弹簧处于压缩量最大时 物块的加速度不等于零d 当物块的速度为零时 它所受的合力不为零 思路引导 1 物体接触弹簧后 受到哪些力作用 弹簧弹力如何变化 2 物体什么时候加速度为零 什么时候速度为零 例1 解析 物体接触弹簧后 受到水平恒力f和弹簧弹力kx作用 f kx ma 物体做加速度减小的加速运动 a选项错误 当f kx时 速度最大 后续过程中 kx f ma 物体做加速度增大的减速运动 b选项正确 当弹簧压缩量最大时 物体速度为零 此时加速度不为零 合外力不为零 c d选项正确 答案 bcd 总结提升 1 力是产生加速度的原因 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 3 合力不为零 一定存在加速度 但是不一定存在速度 如图所示 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变大 f2不变b f1不变 f2变大c f1 f2都变大d f1变大 f2减小 针对训练1 解析 分析物块的受力情况 水平方向上 受到弹簧向左的弹力f2和右壁的支持力f1 根据牛顿第二定律得 f1 f2 ma 当小车向右的加速度增大时 物块向右的加速度也增大 弹簧形变量不变 弹力f2不变 右壁的支持力f1变大 a选项正确 答案 a 利用牛顿第二定律解题过程中 当遇到物体受到不在一条直线上的多个力的作用时 针对这类问题 常用正交分解法解题 即利用牛顿第二定律得正交表达形式列方程进行求解 正交分解在动力学中的应用 考点2 解题步骤1 选取研究对象 进行受力分析 2 建立坐标系建立直角坐标系时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 一种情况是把各个力分解到相互垂直的两个坐标轴上 即分解力不分解加速度 另一种情况是把加速度分解到相互垂直的两个坐标轴上 即分解加速度不分解力 3 根据牛顿第二定律列方程求解x轴方向上 fx max y轴方向上 fy may 2013年安徽高考 如图所示 细线的一端系一质量为m的小球 另一端固定在倾角为 的光滑斜面体顶端 细线与斜面平行 在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中 小球始终静止在斜面上 小球受到细线的拉力ft和斜面的支持力fn分别为 重力加速度为g a ft m gsin acos fn m gcos asin b ft m gcos asin fn m gsin acos c ft m acos gsin fn m gcos asin d ft m asin gcos fn m gsin acos 思路引导 1 分析小球的受力情况 如何建立坐标系 分解力还是分解加速度 2 通过计算得出分解加速度比分解力解题的优势 例2 解析 解法一 分析小球的受力情况 以加速度方向和垂直于加速度方向建立坐标轴 如图所示 水平方向 ftcos fnsin ma 竖直方向 ftsin fncos mg 联立解得 ft m gsin acos fn m gcos asin a选项正确 解法二 以平行于斜面方向和垂直于斜面方向建立坐标系 如图所示 x轴方向 ft mgsin macos y轴方向 mgcos fn masin 解得 ft m gsin acos fn m gcos asin a选项正确 答案 a 图示为索道输运货物的情景 已知倾斜的索道与水平方向的夹角为37 重物与车厢地板之间的动摩擦因数为0 30 当载重车厢沿索道向上加速运动时 重物与车厢仍然保持相对静止状态 重物对车厢内水平地板的正压力为其重力的1 15倍 那么这时重物对车厢地板的摩擦力大小为 a 0 35mgb 0 30mgc 0 23mgd 0 20mg解析 对物体受力分析 将加速度进行分解 物体在水平和竖直方向都有加速度 在竖直方向上 fn mg ma竖 水平方向上 ff ma水 针对训练2 答案 d 两类动力学问题的解题思路1 明确研究对象根据题目要求和解题的方便 合理的选择研究对象 可以把某一物体作为研究对象 也可以是几个物体组成的系统 2 运动状态分析明确物体的运动过程和运动性质 3 受力情况分析进行受力分析 画出受力分析图 情景示意图 两类动力学问题 考点3 4 正交分解选取正方向 建立坐标系 一般以加速度方向和垂直于加速度的方向建立坐标系 这样可以分解力不分解加速度 某些题目中也可能以力的方向建立坐标轴 分解加速度而不分解力 5 列方程求解根据牛顿第二定律f ma 列方程求解 对结果进行讨论 将质量m 2kg的小物块从斜面底端以一定的初速度沿斜面向上滑出 斜面上的速度传感器可以在计算机屏幕上得到其速度大小随时间的变化关系图象如图所示 求 1 物块上滑和下滑的加速度大小a1 a2 2 斜面的倾角 及物块与斜面间的动摩擦因数 例3 思路引导 1 如何根据图象确定物体上滑和下滑的加速度 2 如何根据牛顿第二定律确定加速度表达式 总结提升 处理两类动力学问题的基本思路解题的关键是抓住 两个分析 一个桥梁 无论哪类问题 正确理解题意 把握条件 理清物体运动的过程是解题的前提 正确的受力分析和运动情况分析是解决这类问题的关键 加速度是联系力与运动的桥梁 2016届江西模拟 我国第一艘航空母舰 辽宁号 已经投入使用 为使战斗机更容易起飞 辽宁号 使用了跃飞技术 其甲板可简化为如图所示的模型 ab部分水平 bc部分倾斜 倾角为 战机从a点开始滑跑 c点离舰 此过程中发动机的推力和飞机所受甲板和空气阻力的合力大小恒为f abc甲板总长度为l 战斗机质量为m 离舰时的速度为vm 不计飞机在b处的机械能损失 求ab部分的长度 针对训练3 方法技巧归纳 瞬时加速度求解方法物体的运动情况和受力情况是瞬时对应的 要求物体的瞬时加速度 需要注意外界因素发生变化的前后瞬间 进行受力分析和运动分析 然后根据牛顿第二定律求解 注意两类模型1 刚性轻绳 或接触面 受力不会发生明显的形变 剪断 或脱离 后 产生的弹力立即消失 不需要形变恢复时间 应该从发生的实际运动入手 分析受力求解加速度 2 轻弹簧 或橡皮绳 受力后产生明显的形变 其形变恢复需要一定的时间 在瞬时性问题中 其弹力的大小往往可以看成保持不变 多选 2015年海南高考 如图 物块a b和c的质量相同 a和b b和c之间用完全相同的轻弹簧s1和s2相连 通过系在a上的细线悬挂于固定点o 整个系统处于静止状态 现将细线剪断 将物块a的加速度的大小记为a1 s1和s2相对于原长的伸长分别记为 l1和 l2 重力加速度大小为g 在剪断的瞬间 a a1 3gb a1 0c l1 2 l2d l1 l2 例4 思路引导 1 剪断细线的瞬间 细线的拉力会不会突变 弹簧的弹力会发生什么变化 2 分析上端弹簧s1的伸长量 研究对象是谁 分析下端弹簧s2时 以哪部分为研究对象 解析 剪断细线 弹簧弹力不能突变 物块b c受力平衡 加速度为零 以a b c为研究对象 3mg ma1 解得加速度a1 3g a选项正确 以c为研究对象 k l2 mg 以b c为研究对象 k l1 2mg 故 l1 2 l2 c选项正确 答案 ac 多选 如图所示 在动摩擦因数 0 2的水平面上 质量m 2kg的物块与水平轻弹簧相连 物块在与水平方向成 45 角的轻绳拉力f作用下处于静止状态 此时水平面对物块的弹力恰好为零 g取10m s2 以下说法正确的是 针对训练4 a 此时轻弹簧的弹力大小为20nb 当撤去拉力f的瞬间 物块的加速度大小为8m s2 方向向左c 若剪断弹簧 则剪断的瞬间物块的加速度大小为8m s2 方向向右d 若剪断弹簧 则剪断的瞬间物块的加速度为10m s2 方向向右 解析 分析物块的受力情况 重力 拉力f和弹簧的弹力 如图所示 答案 ab 物理模型构建 连接体问题 板块模型牛顿运动定律的应用中多涉及到多物体问题 两个或两个以上的物体存在相互作用即构成了连接体 在求解有关连接体的问题时 通常用到整体法和隔离法 1 方法介绍 1 整体法 在连接体问题中 如果不要求知道各个运动物体之间的相互作用力 可以把它看作整体 只分析整体所受的外力 列牛顿第二定律的关系式即可求解 2 隔离法 需要研究组成系统的各部分之间的相互作用力时 就需要把某一个物体从系统中隔离出来 分析这个物体受到的力 根据牛顿第二定律列式 2 应用技巧 1 解决系统各部分具有相同的加速度的情况时 优先采用整体法 对于加速度不同的连接体一般采用隔离法 2 若连接体内各物体具有相同的加速度且需要求解物体间的相互作用力 就可以先用整体法求解出加速度 再利用隔离法分析其中某一个物体的受力 应用牛顿第二定律求解力 即 先整体求解加速度 后隔离求解内力 3 若已知某物体的受力情况 可先隔离该物体 分析求解出它的加速度 再以整体为研究对象 分析求解整体所受的外力 4 若问题涉及加速度或力的最值 最值的出现往往与临界条件相对应 临界条件就是加速度或力取得最值的条件 3 板块 模型 板块 问题属于物体间相互作用的模型 实质是相对运动问题 1 板块 运动的临界条件 板块 运动的临界条件是拉力f等于地面对物体b的最大静摩擦力 即当f 2 ma mb g时 板块 开始相对地面运动 如图所示 在水平放置的 板块 当对物体a施加作用力时 板块 运动情况如何 什么情况下出现相对运动 要解决这两个问题 关键是临界条件的确定 2 板块 间相对运动的临界条件 如图所示 光滑水平面上放置质量分别为m 2m和3m的三个木块 其中质量为2m和3m的木块间用一不可伸长的轻绳相连 轻绳能承受的最大拉力为t 现用水平拉力f拉其中一个质量为3m的木块 使三个木块以同一加速度运动 则以下说法正确的是 a 质量为2m的木块受到四个力的作用b 当f逐渐增大到t时 轻绳刚好被拉断c 当f逐渐增大到1 5t时 轻绳还不会被拉断 思路引导 1 分析轻绳的拉力应该以哪部分为研究对象 2 如何通过水平拉力f的变化 确定轻绳拉力的变化情况 例5 答案 c 针对训练5 答案 bcd 考题随堂演练 1 根据牛顿第二定律 下列叙述正确的是 a 物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比b 物体所受合外力必须达到一定值时 才能使物体产生加速度c 物体加速度的大小跟它的所受作用力中的任一个的大小成正比d 当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时 物体水平加速度大小与其质量成反比 解析 根据牛顿第二定律得知 物体加速度的大小跟质量成反比 与速度无关 故a选项错误 力是产生加速度的原因 只要有力 就产生加速度 力与加速度是瞬时对应的关系 故b选项错误 物体加速度的大小跟物体所受的合外力成正比 不是跟它的所受作用力中的任一个的大小成正比 故c选项错误 当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时 根据牛顿第二定律f ma可知 物体水平加速度大小与其质量成反比 故d选项正确 答案 d 2 2016届新乡调研 如图所示 在建筑工地 民工兄弟用两手对称水平使力将两长方体水泥制品夹紧并以加速度a竖直向上匀加速搬起 其中a的质量为m b的质量为3m 水平作用力为f a b之间的动摩擦因数为 在此过程中 a b间的摩擦力为 a fb 2 f 解析 a b没有相对滑动 之间存在静摩擦力ffab 设手与制品间的静摩擦力为ff 以整体为研究对象 根据牛顿第二定律得 2ff m 3m g m 3m a 隔离分析物体a 根据牛顿第二定律得 ff ffab mg ma 联立解得 ffab m g a d选项正确 答案 d 3 多选 2016届保定月考 冬天连降大雪 路面结冰严重 行驶汽车难以及时停车 经常出现事故 因此某些路段通过在道路上洒一些炉灰来增加轮胎与地面的摩擦 如图所示 一辆运送炉灰的自卸卡车装满炉灰 灰粒之间的动摩擦因数为 1 炉灰与车厢底部材料的动摩擦因数为 2 车厢的倾角用 表示 已知 2 1 假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 下列说法正确的是 a 要顺利地卸干净全部炉灰 应满足tan 2b 要顺利地卸干净全部炉灰 应满足sin 2c 只卸去部分炉灰 车上还留有一部分炉灰 应满足 1 tan 2d 只卸去部分炉灰 车上还留有一部分炉灰 应满足tan 1 2解析 以全部炉灰为研究对象 要顺利地卸干净全