《高考风向标》高考物理一轮复习 专题三 第2讲 牛顿第二定律课件.ppt

第2讲牛顿第二定律 考点1 牛顿第二定律 合外力 合外力 1 内容 物体的加速度跟所受 成正比 跟物体的 成反比 加速度的方向跟 的方向一致 2 表达式 f合 ma 质量 3 对牛顿第二定律的理解 牛顿第二定律揭示了加速度与力及质量的关系 着重解决了加速度的大小 方向和决定因素等问题 对于牛顿第二定律 应从以下几方面加深理解 1 因果性 2 矢量性 3 瞬时性 4 同体性 5 相对性 4 惯性系和非惯性系 1 能使牛顿运动定律成立的参考系是惯性系 相对于地面静止或匀速直线运动的参考系 不能使牛顿运动定律成立的参考系是非惯性系 2 在惯性系中可以直接运用牛顿第二定律进行计算 而在非惯性系中为了使牛顿第二定律成立 必须加一个假想的惯性力 f ma 其方向与非惯性系的加速度的方向相反 5 牛顿运动定律的适用范围 牛顿运动定律只适用于宏观物体的低速问题 而不适用于微观粒子和高速运动的物体 1 单选 惠州2011届高三调研 电梯内有一个物体 质量为m 用绳子挂在电梯的天花板上 当电梯以g 3的加速度竖直 加速下降时 细线对物体的拉力为 b 2 单选 有一个恒力能使质量为m1的物体获得3m s2的加速度 如将其作用在质量为m2的物体上能产生1 5m s2的加速度 若将m1和m2合为一体 该力能使它们产生多大的加速度 d a 2 25m s2 b 3m s2 c 1 5m s2 d 1m s2 教师参考 备选题 如图甲所示 沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中 悬挂小球的悬线偏离竖直方向37 角 球和车厢相对静止 球的质量为1kg g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 2 求悬线对球的拉力 解 1 球和车厢相对静止 它们的运动情况相同 由于对球的受力情况知道的较多 故应以球为研究对象 球受两个力作用 重力mg和线的拉力ft 由球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动 故其加速度沿水平方向 合外力沿水平方向 做出平行四边形如图乙所示 球所受的合外力为f合 mgtan37 由牛顿第二定律f合 ma可求得球的加速度为 加速度方向水平向右 车厢可能水平向右做匀加速直线运动 也可能水平向左做匀减速直线运动 考点2 合外力 加速度和速度的关系 1 三者关系如下表 2 速度大小变化与加速度的关系 当a与v同向时 v 当a与v反向时 v 而加速度大小由合力的大小决定 所以要分析v a的变化情况 必须先分析物体受到的 的 变化情况 增大 减小 合力 3 单选 在光滑的水平面上做匀加速直线运动的物体 当 d 它所受的合力逐渐减小而方向不变时 物体的 a 加速度越来越大 速度越来越大b 加速度越来越小 速度越来越小c 加速度越来越大 速度越来越小d 加速度越来越小 速度越来越大 解析 开始时物体做匀加速直线运动 说明合力与速度同向 当合力逐渐减小时 根据牛顿第二定律可知 物体的加速度逐渐减小 但合力始终与物体运动同向 物体仍做加速运动 速度仍在增加 只是单位时间内速度的增加量在减小 即速度增加得慢了 4 双选 如图3 2 1所示 一轻质弹簧一端固定在墙上的o点 自由伸长到b点 今用一小物体m把弹簧压缩到a点 m与弹簧不连接 然后释放 小物体能经b点运动到c点而静止 小物体m与水平面间的动摩擦因数 恒定 则下列说法中 正确的是 bd a 物体从a到b速度越来越大b 物体从a到b速度先增加后减小 c 物体从a到b加速度越来越小 d 物体从a到b加速度先减小后增加 图3 2 1 解析 物体从a到b的过程中水平方向一直受到向左的滑动摩擦力大小不变 还一直受到向右的弹簧的弹力 从某个值逐渐减小为0 开始时 弹力大于摩擦力 合力向右 物体向右加速 随着弹力的减小 合力越来越小 到a b间的某一位置时 弹力和摩擦力大小等值反向 合力为0 速度达到最大 随后 摩擦力大于弹力 合力增大但方向向左 合力方向与速度方向相反 物体开始做减速运动 正确选项为b d 考点3 牛顿第二定律的瞬时性 1 力和加速度的瞬时对应关系物体运动的加速度a与其所受的合外力f有瞬时对应关系 每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力 而与这一瞬时之前或瞬时之后的力无关 若合外力变为零 加速度也立即变为零 加速度可以突变 这就是牛顿第二定律的瞬时性 2 求瞬时加速度时的几类力学模型在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时 经常会遇到轻绳 轻杆 轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型 全面准确地理解它们的特点 可帮助我们灵活正确地分析问题 1 这些模型的共同点是 都是质量可忽略的理想化模型 都会发生形变而产生弹力 同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关 2 这些模型的不同点是 轻绳 非弹性绳 只能产生拉力 且方向一定沿着绳子背离受力物体 不能承受压力 认为绳子不可伸长 即无论绳子所受拉力多大 长度不变 只要不被拉断 绳子的弹力可以发生突变 瞬时产生 瞬时改变 瞬时消失 轻杆 既能承受拉力 又可承受压力 施力或受力方向不一定沿着杆的轴向 只有 二力杆件 才沿杆的轴向 认为杆子既不可伸长 也不可缩短 杆子的弹力也可以发生突变 轻弹簧 既能承受拉力 又可承受压力 力的方向沿弹簧的轴线 受力后发生较大形变 弹簧的长度既可变长 又可变短 遵循胡克定律 因形变量较大 产生形变或使形变消失都有一个过程 故弹簧的弹力不能突变 在极短时间内可认为弹力不变 当弹簧被剪断时 弹力立即消失 橡皮绳 弹性绳 只能受拉力 不能承受压力 其长度只能变长 不能变短 同样遵循胡克定律 因形变量较大 产生形变或使形变消失都有一个过程 故橡皮绳的弹力同样不能突变 在极短时间内可认为弹力不变 当橡皮绳被剪断时 弹力立即消失 5 单选 如图3 2 2所示 质量为m的小球被水平绳ao和与竖直方向成 角的轻弹簧系着处于静止状态 现用火将绳 a ao烧断 在绳ao烧断的瞬间 下列说法正确的是 图3 2 2 解析 烧断oa之前 小球受3个力 如图10所示 烧断细绳的瞬间 绳子的张力没有了 但由于轻弹簧的形变的恢复需要时间 故弹簧的弹力不变 a正确 烧断细绳的瞬间 小球受到的合力等大反向 即f合 mgtan 则小球的加速度a gtan 图10 6 双选 2011年佛山一模 儿童蹦极 中 栓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3 2 3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 皮绳在腰间断裂 则小明此时 ab 图3 2 3a 速度为零b 加速度a g 沿原断裂绳的方向斜向下c 加速度a g 沿未断裂绳的方向斜向上d 加速度a g 方向竖直向下 解析 本题首先应理解橡皮绳模型的特点 其弹力不能突变 但被剪断时 弹力会立即消失 再分析橡皮绳断裂前的受力和断裂后的瞬时受力 然后根据牛顿第二定律分析求解 热点1 应用牛顿定律求解动力学问题 例1 单选 2009年广东理基 建筑工人用图3 2 4所示的定滑轮装置运送建筑材料 质量为70 0kg的工人站在地面上 通过定滑轮将20 0kg的建筑材料以0 500m s2的加速度拉升 忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦 则工人对地 b 面的压力大小为 g取10m s2 a 510nb 490nc 890nd 910n 图3 2 4 解析 对建筑材料进行受力分析 根据牛顿第二定律有 f mg ma 得绳子的拉力大小等于f 210n 然后再对人受力分析 由平衡的知识得mg f fn 得fn 490n 根据牛顿第三定律可知人对地面间的压力为490n 牛顿第二定律的两类问题包括已知运动情况求受 力和已知受力情况求运动 高考中将本块知识作为考察牛顿运动定律的重点 其中有两块必要的能力要具备 即受力分析和匀变速直线运动的规律 1 双选 2010年东莞一中模拟 如图3 2 5所示 竖直向下的力f作用在质量为m的小球上 使球压紧轻质弹簧并静止 已知弹簧未超过弹性限度 小球没有与弹簧连接 现撤去 力f 则下列说法正确的是 ac 图3 2 5a 刚撤去力f时 弹簧弹力大于小球重力b 撤去力f后 小球加速度先增大后减小c 撤去力f后 小球在上升过程中一定先加速后减速d 撤去力f后 小球在上升过程中一定会脱离弹簧 解析 本题考察角度为从受力分析入手分析物体的运动 弹簧的弹力与形变量成正比例关系 在弹簧恢复原长的过程中有一个位置 弹簧弹力等于小球的重力 在这之前弹簧弹力大于小球重力 小球加速 在这一位置之后弹簧弹力小于小球重力 小球减速 热点2 动力学多过程问题 例2 2009年海南卷 一卡车拖挂一相同质量的车厢 在水平直道上以v0 12m s的速度匀速行驶 其所受阻力可视为与车重成正比 与速度无关 某时刻 车厢脱落 并以大小为a 2m s2的加速度减速滑行 在车厢脱落t 3s后 司机才发觉并紧急刹车 刹车时阻力为正常行驶时的3倍 假设刹车前牵引力不变 求卡车和车厢都停下后两者之间的距离 解析 设卡车质量为m 车所受阻力与车重之比为 刹车前卡车牵引力大小为f 卡车刹车前后加速度大小分别为a1和a2 重力加速度大小为g 卡车匀速行驶时有f 2 mg 0 对于脱落的车厢有 mg ma 对于卡车 车厢脱落后卡车刹车前有f mg ma1 车厢脱落卡车刹车后有3 mg ma2 得到 a g 2m s2a1 g a a2 3 g 3a 动力学的多过程问题往往是求解整个过程中的某一个物理量 或者是力学量 或者是运动学的量 关键是采用动力学方程 将每一段的运动表示出来 在方程中求解 2 2010年广东六校联考 如图3 2 6为一滑梯的示意图 滑梯ab的长度为l 倾角为 bc段为与滑梯平滑连接的水平地面 一个小孩从滑梯顶端由静止开始滑下 离开b点后在地面上滑行了s后停下 小孩与滑梯间的动摩擦因数为 不计空气阻力 重力加速度为g 求 图3 2 6 1 小孩沿滑梯下滑时的加速度a的大小 2 小孩滑到滑梯底端b时的速度v的大小 3 小孩与地面间的动摩擦因数 解 1 小孩沿斜面下滑时受力如图11所示 图11 由牛顿运动定律 mgsin n man mgcos 0 解得 a gsin gcos 易错点1 传送带问题 例1 如图3 2 7 有一水平传送带以2m s的速度匀速运动 现将一物体轻轻放在传送带上 若物体与传送带间的动摩擦因数为0 5 则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少 图3 2 7 正确解析 以传送带上轻放物体为研究对象 如图3 2 8 在竖直方向受重力和支持力 在水平方向受滑动摩擦力 做初 速度v0 0的匀加速运动 图3 2 8 1 如图3 2 9 倾角 30 的传送带以恒定速率v 2m s运动 皮带始终是绷紧的 皮带ab长l 5m 将质量m 1kg的物体放在a点 经t 2 9s到达b点 求物体和皮带间的摩擦力 图3 2 9 解 物体刚放到传送带上时受到的力如图12所示 由牛顿第二定律可得f mgsin ma图12 当物体的速度与传送带速度相同时 两者相对静止 物体 匀速运动到b点 由运动学公式可得s2 vt2又s1 s2 l t1 t2 2 9s v 2m s 30 由以上式子解得t1 0 8s f 7 5n 所以在0 8s前物体受到的是滑动摩擦力f 7 5n 0 8s后 物体受到的是静摩擦力 大小为mgsin 5n 易错点2 混淆轻绳和轻弹簧两种模型 例2 如图3 2 10所示 一质量为m的物体系于长度分别为l1 l2的两根细线上 l1的一端悬挂在天花板上 与竖直方向夹角为 l2水平拉直 物体处于平衡状态 现将l2线剪断 求剪断瞬时物体的加速度 图3 2 10 错解分析 设l1线上拉力为t1 l2线上拉力为t2 重力为mg 物体在三力作用下处于平衡 t1cos mg t1sin t2 解得t2 mgtan 剪断线的瞬间 t2突然消失 物体却在t2反方向获得加速度 因为mgtan ma 所以加速度a gtan 方向在t2反方向 正确解析 当l2被剪断的瞬间 因t2突然消失 而引起l1上的张力发生突变 使物体的受力情况改变 瞬时加速度沿垂直l1斜向下方 为a gsin 牛顿第二定律f合 ma反映了物体的加速度a跟它 所受合外力的瞬时对应关系 物体受到外力作用 同时产生了相应的加速度 外力恒定不变 物体的加速度也恒定不变 外力随着时间改变时 加速度也随着时间改变 某一时刻 外力停止作用 其加速度也