高考物理大一轮复习 第三章 牛顿运动定律 基础课2 牛顿第二定律 两类动力学问题课件 新人教版

基础课2牛顿第二定律两类动力学问题 知识点一 牛顿第二定律单位制1 牛顿第二定律 1 内容物体加速度的大小跟作用力成 跟物体的质量成 加速度的方向与 方向相同 2 表达式 F 3 适用范围 只适用于 参考系 相对地面静止或 运动的参考系 只适用于 物体 相对于分子 原子 低速运动 远小于光速 的情况 正比 反比 作用力 ma 惯性 匀速直线 宏观 2 单位制 1 单位制由 和 一起组成了单位制 2 基本单位 的单位 力学中的基本量有三个 它们分别是 和 它们的国际单位分别是 和 3 导出单位由 根据物理关系推导出来的其他物理量的单位 基本单位 导出单位 基本物理量 质量 长度 时间 kg m s 基本单位 知识点二 两类动力学问题1 动力学的两类基本问题第一类 已知受力情况求物体的 第二类 已知运动情况求物体的 运动情况 受力情况 2 解决两类基本问题的方法以 为 桥梁 由运动学公式和 列方程求解 具体逻辑关系如图 加速度 牛顿第二定律 思考判断 1 牛顿第二定律表达式F ma在任何情况下都适用 2 对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力 当力刚作用瞬间 物体立即获得加速度 3 物体由于做加速运动 所以才受合外力作用 4 F ma是矢量式 a的方向与F的方向相同 与速度方向无关 5 物体所受合外力减小 加速度一定减小 而速度不一定减小 6 物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系 同时也确定了物理量间的单位关系 7 运动物体的加速度可根据运动速度 位移 时间等信息求解 所以加速度由运动情况决定 答案 1 2 3 4 5 6 7 对牛顿第二定律的理解 1 牛顿第二定律的 五个性质 1 对牛顿第二定律的理解 由牛顿第二定律F ma可知 无论怎样小的力都可能使物体产生加速度 可是当用很小的力去推很重的桌子时 却推不动 这是因为 A 牛顿第二定律不适用于静止的物体B 桌子加速度很小 速度增量也很小 眼睛观察不到C 推力小于桌子所受到的静摩擦力 加速度为负值D 桌子所受的合力为零 加速度为零答案D 2 速度 加速度 合外力之间的关系 多选 下列关于速度 加速度 合外力之间的关系 正确的是 A 物体的速度越大 则加速度越大 所受的合外力也越大B 物体的速度为0 则加速度为0 所受的合外力也为0C 物体的速度为0 但加速度可能很大 所受的合外力也可能很大D 物体的速度很大 但加速度可能为0 所受的合外力也可能为0 解析物体的速度大小和加速度大小没有必然联系 一个很大 另一个可以很小 甚至为0 物体所受合外力的大小决定加速度的大小 同一物体所受合外力越大 加速度一定也越大 故选项C D对 答案CD 3 应用牛顿第二定律定性分析 如图1所示 弹簧左端固定 右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体 现将弹簧压缩到A点 然后释放 物体可以一直运动到B点 如果物体受到的阻力恒定 则 图1 A 物体从A到O先加速后减速B 物体从A到O做加速运动 从O到B做减速运动C 物体运动到O点时 所受合力为零D 物体从A到O的过程中 加速度逐渐减小解析物体从A到O 初始阶段受到的向右的弹力大于阻力 合力向右 随着物体向右运动 弹力逐渐减小 合力逐渐减小 由牛顿第二定律可知 加速度向右且逐渐减小 由于加速度与速度同向 物体的速度逐渐增大 当物体向右运动至AO间某点 设为点O 时 弹力减小到与阻力相等 物体所受合力为零 加速度为零 速度达到最大 此后 随着物体继续向右运动 弹力继续减小 阻力大于弹力 合力方向变为向左 至O点时弹力减为零 此后弹力向左且逐渐增大 所以物体越过O 点后 合力 加速度 方向向左且逐渐增大 由于加速度与速度反向 故物体做加速度逐渐增大的减速运动 综合以上分析 只有选项A正确 答案A 牛顿第二定律的瞬时性 典例 2016 安徽合肥一中二模 两个质量均为m的小球 用两条轻绳连接 处于平衡状态 如图2所示 现突然迅速剪断轻绳OA 让小球下落 在剪断轻绳的瞬间 设小球A B的加速度分别用a1和a2表示 则 图2 A a1 g a2 gB a1 0 a2 2gC a1 g a2 0D a1 2g a2 0 解析由于绳子张力可以突变 故剪断OA后小球A B只受重力 其加速度a1 a2 g 故选项A正确 答案A 拓展延伸1 把 轻绳 换成 轻弹簧 在 典例 中只将A B间的轻绳换成轻质弹簧 其他不变 如图3所示 则典例选项中正确的是 图3 解析剪断轻绳OA后 由于弹簧弹力不能突变 故小球A所受合力为2mg 小球B所受合力为零 所以小球A B的加速度分别为a1 2g a2 0 故选项D正确 答案D 拓展延伸2 改变平衡状态的呈现方式把 拓展延伸1 的题图放置在倾角为 30 的光滑斜面上 如图4所示系统静止时 弹簧与细线均平行于斜面 在细线被烧断的瞬间 则下列说法正确的是 图4 解析细线被烧断的瞬间 小球B的受力情况不变 加速度为零 烧断前 分析整体受力可知线的拉力为T 2mgsin 烧断瞬间 A受的合力沿斜面向下 大小为2mgsin 所以A球的瞬时加速度为aA 2gsin30 g 故选项B正确 答案B 抓住 两关键 遵循 四步骤 1 分析瞬时加速度的 两个关键 明确绳或线类 弹簧或橡皮条类模型的特点 分析瞬时前 后的受力情况和运动状态 2 四个步骤 第一步 分析原来物体的受力情况 第二步 分析物体在突变时的受力情况 第三步 由牛顿第二定律列方程 第四步 求出瞬时加速度 并讨论其合理性 方法技巧 1 静态瞬时问题 如图5所示 A B两球质量相等 光滑斜面的倾角为 图甲中 A B两球用轻弹簧相连 图乙中A B两球用轻质杆相连 系统静止时 挡板C与斜面垂直 轻弹簧 轻杆均与斜面平行 则在突然撤去挡板的瞬间有 图5 A 两图中两球加速度均为gsin B 两图中A球的加速度均为零C 图乙中轻杆的作用力一定不为零D 图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的2倍解析撤去挡板前 挡板对B球的弹力大小为2mgsin 因弹簧弹力不能突变 而杆的弹力会突变 所以撤去挡板瞬间 图甲中A球所受合力为零 加速度为零 B球所受合力为2mgsin 加速度为2gsin 图乙中杆的弹力突变为零 A B球所受合力均为mgsin 加速度均为gsin 可知只有D正确 答案D 2 动态瞬时问题 2017 芜湖模拟 如图6所示 光滑水平面上 A B两物体用轻弹簧连接在一起 A B的质量分别为m1 m2 在拉力F作用下 A B共同做匀加速直线运动 加速度大小为a 某时刻突然撤去拉力F 此瞬时A和B的加速度大小为a1和a2 则 图6 答案D 动力学两类基本问题 1 解决两类动力学基本问题应把握的关键 1 两类分析 物体的受力分析和物体的运动过程分析 2 一个 桥梁 物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁 2 解决动力学基本问题时对力的处理方法 1 合成法 在物体受力个数较少 2个或3个 时一般采用 合成法 2 正交分解法 若物体的受力个数较多 3个或3个以上 则采用 正交分解法 典例 12分 如图7所示为四旋翼无人机 它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器 目前得到越来越广泛的应用 一架质量m 2kg的无人机 其动力系统所能提供的最大升力F 36N 运动过程中所受空气阻力大小恒为f 4N g取10m s2 图7 1 无人机在地面上从静止开始 以最大升力竖直向上起飞 求在t 5s时离地面的高度h 2 当无人机悬停在距离地面高度H 100m处 由于动力设备故障 无人机突然失去升力而坠落 求无人机坠落地面时的速度v 规范解答 1 设无人机上升时加速度为a 由牛顿第二定律 有F mg f ma 2分 解得a 6m s2 2分 答案 1 75m 2 40m s 拓展延伸 在 典例 中在无人机坠落过程中 在遥控设备的干预下 动力设备重新启动提供向上最大升力 为保证安全着地 求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t1 两类动力学问题的解题步骤 方法技巧 1 已知受力分析运动 12分 为了减少汽车刹车失灵造成的危害 如图8所示为高速路上在下坡路段设置的可视为斜面的紧急避险车道 一辆货车在倾角 30 的连续长直下坡高速路上 以v0 7m s的速度在刹车状态下匀速行驶 在此过程及后面过程中 可认为发动机不提供牵引力 突然汽车刹车失灵 开始加速运动 此时汽车所受到的摩擦力和空气阻力共为车重的0 2 在加速前进了x0 96m后 货车冲上了平滑连接的倾角 37 的避险车道 已知货车在该避险车道上所受到的摩擦力和空气阻力共为车重的0 65 货车的各个运动过程均可视为直线运动 取sin53 0 8 g 10m s2 求 1 货车刚冲上避险车道时的速度大小v 2 货车在避险车道上行驶的最大距离x 图8 答案 1 25m s 2 25m 2 已知运动分析受力 14分 一质量为m 2kg的滑块能在倾角为 30 的足够长的斜面上以a 2 5m s2匀加速下滑 如图9所示 若用一水平向右的恒力F作用于滑块 使之由静止开始在t 2s内沿斜面运动 其位移x 4m g取10m s2 求 1 滑块和斜面之间的动摩擦因数 2 恒力F的大小 图9 等时圆模型及应用1 模型特征 1 质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到环的最低点所用时间相等 如图甲所示 2 质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等 如图乙所示 3 两个竖直圆环相切且两环的竖直直径均过切点 质点沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到下端所用时间相等 如图丙所示 2 思维模板 图10 答案B 图11 A 在同一水平线上B 在同一竖直线上C 在同一抛物线上D 在同一圆周上 答案D 1 2016 全国卷 19 多选 两实心小球甲和乙由同一种材料制成 甲球质量大于乙球质量 两球在空气中由静止下落 假设它们运动时受到的阻力与球的半径成正比 与球的速率无关 若它们下落相同的距离 则 A 甲球用的时间比乙球长B 甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小C 甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小D 甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功 答案BD 2 2015 海南单科 8 多选 如图12所示 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相对于原长的伸长量分别记为 l1和 l2 重力加速度大小为g 在剪断的瞬间 图12 答案AC 3 在遥控直升机下面用轻绳悬挂质量为m的摄像机可以拍摄学生在操场上的跑操情况 开始时遥控直升机悬停在C点正上方 若遥控直升机从C点正上方运动到D点正上方经历的时间为t 已知C D之间距离为L 直升机的质量为M 直升机的运动视作水平方向的匀加速直线运动 在拍摄过程中悬挂摄像机的轻绳与竖直方向的夹角始终为 重力加速度为g 假设空气对摄像机的作用力始终水平 则 图13 答案D 4 2016 陕西西郊中学模拟 如图14所示 水平平台ab长为20m 平台b端与长度未知的特殊材料制成的斜面bc连接 斜面倾角为30 在平台a端放上质量为5kg的物块 并给物块施加与水平方向成37 角的大小为50N的推力后 物块由静止开始运动 已知物块与平台间的动摩擦因数为0 4 重力加速度g取10m s2 sin37 0 6 图14 1 求物块由a运动到b所用的时间 2 若物块从a端运动到P点时撤掉推力 则物块刚好能从斜面b端开始下滑 则a