高一物理牛顿定律的应用北师大版知识精讲

用心 爱心 专心 高一物理高一物理牛顿定律的应用牛顿定律的应用北师大版北师大版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 牛顿定律的应用 合力的计算方法 牛顿定律解题的一般过程 知识总结归纳 1 运用牛顿运动定律解题应该注意 1 弄清题目中所研究的物理过程 尽可能的画出实物图 2 从题目涉及的实物中选取明确的研究对象 3 认真分析研究对象所受的外力 清楚的画出它的受力分析图 4 当所研究的物体受的外力都不在一条直线上时 如果物体只受两个力 可以用平 行四边形定则求其合力 如果物体受力较多时 一般把它们正交分解到两个方向上去分别 求合力 5 分析研究对象的运动状态 6 根据牛顿运动定律列方程 7 选一个研究对象不能解决问题时 应再选其他研究对象列式 联立求解 8 检查计算结果是否合理 2 合成法 平行四边形定则 若物体只受两个力作用而产生加速度时 应用力的合成法较简单 注意合外力的方向 就是加速度的方向 因此只要知道合外力的方向 就可知道加速度的方向 反之亦然 在 解题时要准确做出力的平行四边形 3 正交分解法 当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时 常用正交分解法解题 多数情况下是 把力正交分解在加速度方向和垂直加速度方向上 特殊情况下分解加速度比分解力更简单 例 如图所示 质量为 M 的人站在自动扶梯上 扶梯正以加速度 a 斜向上作减速运动 a 与水平方向夹角为 求人受的支持力和摩擦力 以人为研究对象 受力分析如图甲所示摩擦力 F2为所求值 且必沿水平方向 可假设 为向右 将加速度 a 沿水平方向和竖直方向分解如图乙所示 根据牛顿第二定律得 典型例题典型例题 例 1 如图 1 所示 轻质弹簧上面固定一块质量不计的薄板 竖立在水平面上 在薄板上 放一重物 手将重物向下压缩到一定程度后 突然将手撤去 则重物将被弹簧射出去 则 在弹射过程中 重物与弹簧脱离之前 重物的运动情况是 用心 爱心 专心 A 一直加速运动 B 匀加速运动 C 先加速运动后减速运动 D 先减速运动后加速运动 解析 解析 物体的运动状态的改变取决于所受合外力 所以 对物体进行准确的受力分析 是解决此题的关键 物体在整个过程中受到重力和弹簧弹力的作用 刚放手时 弹簧弹力 大于重力 合力向上 物体向上加速运动 但随着物体上移 弹簧形变量减小 弹力随之 变小 合力减小 加速度减小 当弹簧弹力减至与重力相等瞬间 合力为零 加速度为零 此时物体的速度最大 此后 弹簧弹力继续减小 物体受到的合力向下 物体做减速运动 当弹簧恢复原长时 二者分离 答案 答案 C 疑难解析 疑难解析 解此类题时 受力分析 运动过程分析是关键 要建立起清晰的物理情景 搞清物理过程 且要寻找运动过程中的重要的临界点 如上题中 F k x mg 的点和弹簧 恢复原长的特殊点 例 2 静止在光滑水平面上的物体受到一个水平拉力的作用 该力随时间变化的关系如图 2 所示 则下列说法中正确的是 A 物体在 2s 内的位移为零 B 4s 末物体将回到出发点 C 2s 末时物体的速度为零 D 物体一直在朝一个方向运动 解析 解析 由 F ma 知 物体各段加速度大小不变 方向改变 但加速度与速度不同 由 物体的运动过程分析可知 0 1s 物体朝正方向做匀加速直线运动 1s 末达到一定速度 此时加速度反向 物体并不会立即反向运动 而是继续向前做匀减速运动 至 2s 末速度恰 为零 之后重复上述过程 由以上分析知正确答案为 CD 疑难解析 疑难解析 对力和运动关系一类问题的分析思路是 力 加速度 速度变化 运动状 态改变 即物体受到合外力决定了物体当时加速度的大小 而加速度的大小决定了单位时 间内速度的变化而与物体当时的速度无关 例 3 一个质量为 0 2kg 的小球用细绳吊在底角 53 的斜面顶端 如图 3 甲所示 斜面静止时 球紧靠在斜面上 绳与斜面平行 不计摩擦 当斜面以 10m s2的加速度向左 做加速运动时 求绳子的拉力及斜面对小球的弹力 解析 解析 先分析物理现象 用极限法把加速度 a 推到两个极端来分析 当 a 较小 a 0 时 小球受到三个力 重力 绳拉力和斜面的支持力 作用 此时绳平行于斜面 当 a 较大 足够大 时 小球将 飞离 斜面 此时绳与水平方向的夹角未知 那么 a 10m s2向左时 究竟是上述两种情况中的哪一种 解题时必须先求出小球离开斜面的临 界值 a0 然后才能确定 解答 解答 令小球处在离开斜面的临界状态 N 刚好为零 时 斜面向左的加速度为 a0 此时对小球 用心 爱心 专心 小球离开斜面 如图 3 乙 而向左加速 此题中的临界条件就是当小球仍与斜面接触但与斜面间的弹力为零 在用极限法 分 别设加速度为无穷大和零 分析出小球的两种可能后 最关键的问题就是找出这两种状态 的分界点的特点 也就是临界条件 例 4 一人站在体重计上 弹簧秤 由静止开始突然下蹲 在此过程中 体重计的示数 如何改变 解析 解析 此题可以直接利用 超重 失重 现象结论进行分析 人站在体重计上 体 重计的读数实际上是人对体重计产生的压力 也称为 视重 当人与体重计都静止时 其 数值与人受到的重力相等 人突然下蹲过程中 人体的重心必然是先向下加速而后向下减 速直到停止 故先失重后超重 也就是弹簧的读数是先变小后变大 答案 答案 体重计示数先变小后变大 例 5 一木箱质量为 m 与水平地面间的动摩擦因数为 现用斜向右下方与水平方向 成 角的力 F 推木箱 求 1 经过 t 秒末时木箱的速度 2 t 秒末时撤去外力物体还能滑多远 解析 解析 1 如图 5 所示 物体受力情况 在 F 作用下 由牛顿第二定律 2 当撤去 F 时 物体滑行加速度 a2 则 例 6 美国密执安大学五名学习航空航天工程的大学生最近搭乘 NASA 的飞艇参加了 微重学生飞行机会计划 飞行员将飞艇开到 6000m 的高空后 让其自由下落 以模拟 一种微重力环境 下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的 0 04 倍 这样可以获得持续 25s 之久的失重状态 大学生们就可以进行微重力影响的实验 后接着飞艇又做匀减速运 动 若飞艇离地面的高度不得低于 500m 重力加速度 g 恒取 10m s2 试计算 1 飞艇在 25s 内所下落的高度是多少 2 在飞艇后来的减速过程中 大学生对座位的压力是重力的多少倍 解 解 1 飞艇自由下落过程中受重力 阻力 向下加速度 a1 2 当飞艇减速至零时 离地高为 500m 用心 爱心 专心 即大学生对座位压力为 N 则加速度 a2为 模拟试题模拟试题 一 单选题 1 关于惯性的说法 正确的是 A 只有运动的物体才有惯性 B 只有物体的运动状态发生改变时 物体才有惯性 C 质量相同的两个物体 由于受力情况不同 所以惯性不一定相同 D 物体的惯性与物体的运动状态无关 2 质量一定的物体 A 受到的合外力越大 加速度越大 B 受到的合外力越大 速度越大 C 加速度越大 速度越大 D 在外力的作用下做匀加速直线运动 当合外力逐渐减小时 速度逐渐减小 3 质量相等的甲 乙两物体的速度 v 时间 t 图象互相平行 如图所示 由此可 知 A 甲的初速度与乙的初速度大小相同 B 在相同时间内甲的速度变化大于乙的速度变化 C 在相同时间内甲通过的位移大于乙通过的位移 D 甲所受到的合外力大于乙所受的合外力 4 下列说法中正确的是 A 放在水平桌面上静止的物体 其重力与对桌面的压力大小相等 是一对平衡力 B 人向前走时 是因为地面对人脚的作用力大于脚对地面的作用力 C 鸡蛋掉在地上破了 而地面未损坏 说明地面对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对地面的作 用力 D 跳高运动员从地面上跳起 是由于地面给运动员的支持力大于运动员所受的重力 5 只有恒力 F 作用在质量为 m 的物体上 使其在时间 t 内从静止移动的距离为 s 如果 用 F 2 的力作用在质量 m 2 的物体上 经过 t 2 的时间 物体移动的距离为 A s 2B s 4C s 8D s 6 两个小球 A 和 B 体积相同 质量 它们从同一高度由静止落下 设落下时所受阻力 相同 那么 A A 球先到达地面 B B 球先到达地面 C 两球同时到达地面 D 无法判断谁先到达地面 二 多选题 用心 爱心 专心 1 关于牛顿第二定律 正确的说法是 A 物体的质量跟外力成正比 跟加速度成反比 B 加速度的方向一定与合外力的方向一致 C 加速度跟合外力成正比 跟物体的质量成反比 D 由于加速度跟合外力成正比 整块砖的重力加速度一定是半块砖重力加速度的 2 倍 2 从匀速上升的气球上掉下一个小物体 从这时开始 不计空气阻力 A 物体的加速度为 g B 物体做自由落体运动 C 气球仍匀速上升 D 气球加速上升 3 质量为 1kg 的物体只受两个大小分别为 2N 和 3N 的力 物体产生加速度的可能值是 A 零B C D 4 如图所示 木箱内用一悬绳吊着一球 球与箱壁保持接触 摩擦不计 木箱静止时 绳的拉力为 F 则 A 木箱向上加速运动时 F 变大 B 木箱向下加速运动时 F 变大 C 木箱水平向右加速运动时 F 不变 D 木箱水平向左加速运动时 F 不变 三 填空题 1 在国际单位制中 力的单位是 质量单位是 加速度的 单位是 2 一个人在空气中以 10m s 的初速度竖直向上抛出一个排球 排球在空气中受到的阻力 是其重力的三分之一 这个球上升时间和下降时间的关系 填 3 静止在粗糙的水平桌面上的物体 受到木棒的水平推力后仍保持静止 1 物体的重力和桌面对它的支持力是一对 2 物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对 3 木棒对物体的推力和 是一对平衡力 4 木棒对物体的推力和 是一对作用力和反作用力 4 物体在高为 h 的斜面上端从静止开始沿斜面匀加速下滑 当它滑到距地面高度为 h 2 时所用的时间是滑到底端所用时间的 倍 当下滑时间是滑到底端时间的一半 时 距地面的高度为 h 5 一个重 500N 的物体放在粗糙的水平地面上 用一根与水平成 30 的绳子向右上方拉 物体 当拉力 F 等于 100N 物体作匀速直线运动 1 在下图作出物体的受力示意图 2 物体所受的支持力是 N 滑动摩擦力是 N 3 动摩擦因数 四 计算题 1 一个物体置于光滑的水平面上 受到 6N 水平拉力作用从静止出发 经 2s 钟 速度加 到 24m s g 取 求 用心 爱心 专心 1 物体的质量是多大 2 若改用同样大小的力竖直向上提升这个物体 它的加速度多大 3 物体在这个竖直向上的力的作用下速度由零增大到 4m s 的过程中 物体上升的 高度多大 2 在匀速上升的电梯里用弹簧秤吊着一个重物 弹簧秤的读数为 10N 突然弹簧秤的读 数变成了 8N 这时电梯在做什么运动 电梯的加速度是多大 g 取 3 选作题 质量为 20kg 的物体若由 20N 的水平力牵引它 刚好能在水平面上匀速前 进 求 1 若改用 50N 拉力沿与水平方向成 37 的夹角向斜上方拉它 使物体由静止出发 在水平面上前进 2 3m 时 它的速度多大 2 在前