高考物理 第三章 第二讲牛顿第二定律教案

用心 爱心 专心1 第第 2 2 讲讲 牛顿第二定律牛顿第二定律 一 一 考纲解读考纲解读 考纲内容能力要求考向定位 1 牛顿第二定律 1 知道牛顿第二定律的内容 理解牛顿第二定律的矢量性 瞬时性 独立性 2 能用正交分解方法解决受 力比较复杂的动力学问题 3 能用整体法和隔离法求解 有关连接体问题 牛顿第二定律是动力学的 基础 而力与加速度的瞬时 对应性 矢量性 物体系问 题的处理等一直是高考的一 个热点和难点 主要以选择题 和计算题的形式加以考查 二 考点整合二 考点整合 考点一 牛顿第二定律 1 定律内容 物体的加速度跟物体 成正比 跟物体的 成反比 加速度的 方向跟合外力的方向 2 牛顿第二定律的矢量性 瞬时性 独立性 矢量性 是指加速度的方向取决 瞬时性 是指加速度和合外力存在着 关系 合外力改变 加速度相应改变 独立性 是指作用在物体上的每个力都独立的产生各自的加速度 合外力的加速度即是 这些加速度的矢量和 3 牛顿第二定律的分量式 Fx max Fy may 特别提醒 F 是指物体所受到的合外力 即物体所有受力的合力 加速度与合外力是瞬时 对应关系 即有合外力就有加速度 没有合外力就没有加速度 例 1 如图所示 小车上固定着三角硬杆 杆的端点固定着一个质量为m的小球 当小 车水平向右的加速度逐渐增大时 杆对小球的作用力的变化 用F1至F4变化表示 可能是 下图中的 OO 沿杆方向 解析 对小球进行受力分析 小球受重力和杆对小球的弹力 弹力在竖直方向的分量和 重力平衡 小球在水平方向的分力提供加速度 故 C 正确 答案 C 方法点评 本题考查牛顿第二定律 只要能明确研究对象 进行受力分析 根据牛顿第 二定律列方程即可 考点二 力 加速度和速度的关系 在直线运动中当物体的合外力 加速度 与速度的方向 时 物体做加速运动 若 合外力 加速度 恒定 物体做 运动 若合外力 加速度 变化 则物体做 运 动 当物体的合外力 加速度 方向与速度的方向 时 物体做减速运动 若合外力 加速度 恒定 物体做 运动 若合外力 加速度 变化 则物体做 运动 特别提醒 要分析清楚物体的运动情况 必须从受力着手 因为力是改变运动状态的原 O F2 F1 O F3 F4 A O F2 F1 O F3 F4 B O F2 F1 O F3 F4 C O O F2 F1 F3 F4 D 用心 爱心 专心2 因 求解物理问题 关键在于建立正确的运动情景 而这一切都必须从受力分析开始 例 2 如图 3 12 1 所示 自由下落的小球下落一段时间后 与弹簧接触 从 它接触弹簧开始 到弹簧压缩到最短的过程中 小球的速度 加速度的变化情 况如何 解析 小球接触弹簧后受两个力 向下的重力 mg 和向上的弹力xk 如图 3 12 2 a 所示刚开始时 当xk mg 合力向上 由于加速度的方向和速度方 向相反 小球做加速度增大的减速运动 因此速度减小 到零弹簧被压缩到最短 如图 3 12 2 c 所示 答案答案 小球压缩弹簧的过程 合外力的方向先向下后向上 大小是先变小至零后变大 加速度的方向也是先向下后向上 大小是先变小后变大 速度的方向始终向下 大小是先变大后变小 还可以讨论小球在 最低点的加速度和重力加速度的关系 方法技巧方法技巧 要分析物体的运动情况一定要从受力分析着手 再结合牛顿第二定律进行讨论 分析 对于弹簧类问题的求解 最好是画出弹簧的原长 现在的长度 这样弹簧的形变长度 就一目了然 使得求解变得非常的简单明了 考点三 瞬时问题 瞬时问题主要是讨论细绳 或细线 轻弹簧 或橡皮条 这两种模型 细绳模型的特点 细绳不可伸长 形变 故其张力可以 弹簧 或橡皮条 模型的特点 形变比较 形变的恢复需要时间 故弹力 特别提醒 求解瞬时问题 首先一定要分清类型 然后分析变化之前的受力 再分析变化瞬间的受力 这样就可以很快求解 例例 3 3 如图 5 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 AO 烧断 在绳 AO 烧 断的瞬间 下列说法正确的是 A 弹簧的拉力 cos mg F B 弹簧的拉力 sinmgF C 小球的加速度为零 D 小球的加速度 singa 解析 烧断 OA 之前 小球受 3 个力 如图所示 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 图 3 12 1 图 3 12 2 a b c v0 vm F mg F mg F mg mg T F 用心 爱心 专心3 方法技巧方法技巧 对于牛顿第二定律的瞬时问题 首先必须分析清楚是弹簧模型还是轻绳模型 然后分析状态变化之前的受力和变化后的瞬时受力 根据牛顿第二定律分析求解 同学们还 可以讨论把 OB 换成轻绳 也可以剪断轻弹簧 从而讨论小球的瞬时加速度 考点整合参考答案考点整合参考答案 考点 1 合外力 质量 一致 合外力方向 瞬时对应 考点 2 相同 匀加速 变加速 相反 匀减速 变减速 考点 3 较小 突变 较大 不能突变 高考重点热点题型探究高考重点热点题型探究 热点 1 物体运动情况的判断 真题 1 一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动 小球通过细绳与车顶相连 小球某 时刻正处于图示状态 设斜面对小球的支持力为N 细绳对小球的拉力为T 关于此时刻小 球的受力情况 下列说法正确的是 A 若小车向左运动 N可能为零 B 若小车向左运动 T可能为零 C 若小车向右运动 N不可能为零 D 若小车向右运动 T不可能为零 解析解析 对小球受力分析 当N为零时 小球的合外力水平向右 加速度向右 故小车可 能向右加速运动或向左减速运动 A 对 C 错 当T为零时 小球的合外力水平向左 加速 度向左 故小车可能向右减速运动或向左加速运动 B 对 D 错 答案答案 AB 方法指引 解题时抓住N T为零时受力分析的临界条件 小球与车相对静止 说明小球 和小车只能有水平的加速度 热点 2 整体法和隔离法的应用 真题 2 如图 质量为M的楔形物块静置在水平地面上 其斜面的倾角为 斜面上有 一质量为m的小物块 小物块与斜面之间存在摩擦 用恒力F沿斜面向上拉小物块 使之 匀速上滑 在小物块运动的过程中 楔形物块始终保持静止 地面对楔形物块的支持力为 A M m g B M m g F C M m g Fsin D M m g Fsin 解析 本题可用整体法的牛顿第二定律解题 竖直方向由平衡条件 Fsin N mg Mg 则N mg Mg Fsin 答案 D 针对训练针对训练 1 一物块以某一初速度沿粗糙的斜面向上沿直线滑行 到达最高点后自行向下滑动 不计 空气阻力 设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同 下列哪个图象能正确地表示物块在这 m F M 用心 爱心 专心4 0 0 0 0 t t t t v v v v A B C D 一过程中的速率与时间的关系 2 如图所示 物体A放在斜面上 与斜面一起向右做匀加速运动 物体A受到斜面对它的 支持力和摩擦力的合力方向可能是 A 向右斜上方 B 竖直向上 C 向右斜下方 D 上述三种方向均不可能 4 如图 3 12 18 所示 质量为m的小球用水平轻弹簧系住 并用 倾角为 30 的光滑木板AB托住 小球恰好处于静止状态 当木 板AB突然向下撤离的瞬间 小球的加速度大小为 A 0 B g 3 32 C g D g 3 3 8 如图 在光滑地面上 水平外力F拉动小车和木块一起作无相对滑动的加速运动 已知 小车质量是M 木块质量是m 力大小是F 加速度大小是a 木块和小车之间动摩擦因数 是 则在这个过程中 关于木块受到的摩擦力大小正确的是 A ma B ma C mM mF D F Ma 9 如图所示 倾角为 的斜面静止不动 滑轮的质量和摩擦不计 质量为 M 的物体 A 与斜 面的动摩擦因素为 设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等 质量为 m 的物体 B 通过定 滑轮用细线与 M 相连接 则 A 当 m M sin cos 时 m 一定有向下的加速度 B 当 mM sin 一 cos 时 m 一定有向下的加速度 D 当 mMg sin cos 时 m 一定有向下的加速度 当绳子拉力较小时 物体有下滑的趋 势 当 mg Mg sin 一 cos 时 m 一定有向上的加速度 10 解析 如图所示 小球在杆上受到四个力作用 重力mg 拉力F 杆的弹力FN和滑动摩 擦力Ff 建立如图所示的直角坐标系 由牛顿第二定律得 F mg sin Ff ma F