高考物理一轮复习 第3单元牛顿运动定律第2讲　牛顿第二定律及其应用课件 新人教版.ppt

第2讲牛顿第二定律及其应用 知识建构 技能建构 1 内容 物体的加速度a跟它所受 合外力成正比 跟它的质量成反比 加速度与合外力的 方向相同 一 牛顿第二定律 2 表达式 f合 ma 知识建构 技能建构 4 牛顿第二定律中 物体受到的合外力决定物体的加速度 物体受到力的同时产生 加速度 有合外力就有加速度 合外力变化加速度就变化 合外力为零加速度也为零 并不是物体先受到合外力再产生加速度 3 牛顿第二定律突出了力是物体运动状态改变的原因 不是维持物体运动的原因 物体的加速度跟合外力成正比 跟物体的质量成反比 知识建构 技能建构 5 牛顿第二定律的适用范围是 宏观物体 低速运动 在应用牛顿第二定律解题时需要注意各物理量单位的统一 都必须采用国际单位制中的力学单位制 二 动力学的两类基本问题 1 已知物体的受力情况 求物体的 运动情况 知识建构 技能建构 2 已知物体的运动情况 求物体的 受力情况 说明 由加速度的定义式a 及决定式a 可知 加速度是联系力和运动的 桥梁 解决动力学问题的关键在于利用加速 桥梁 作用 将运动学规律和牛顿第二定律相结合 根据题设条件寻找加速度和待求量的关系 是解决这两类问题的分析方向 三 单位制 1 单位制由 基本单位和导出单位共同组成 知识建构 技能建构 2 基本单位 人为选定的基本物理量的单位 力学单位制中的基本单位 长度 m 质量 kg 时间 s 在物理学中共有七个基本单位 导出单位 根据物理公式中其他物理量和基本物理量的关系 推导出的物理量的单位 力学单位制中的导出单位 力 n 速度 m s 加速度 m s2 知识建构 技能建构 3 以下是中学阶段国际单位制中的基本物理量和相应的国际单位制中的基本单位 知识建构 技能建构 1 搬运工人沿粗糙斜面把一个物体拉上卡车 当力沿斜面向上 大小为f时 物体的加速度为a1 若保持力的方向不变 大小变为2f时 物体的加速度为a2 则 a a1 a2b a1 a2 2a1 c a2 2a1d a2 2a1 解析 当拉力大小为f时 有a1 当为2f时 有a2 2a1 可知a2 2a1 d对 答案 d 知识建构 技能建构 2 如图所示 物体a b用一根不可伸长的细线相连 再用一根轻弹簧跟a相连 弹簧上端固定在天花板上 已知物体a b的质量相等 当在p点处剪断绳子的瞬间 a 物体a的加速度大小为零 b 物体a的加速度大小为2g c 物体b的加速度大小为零 d 物体b的加速度大小为g 知识建构 技能建构 得及收缩 拉力不变 所以物体a的加速度为g 方向竖直向上 物体b的加速度也为g 方向竖直向下 选项d正确 答案 d 解析 剪断绳子瞬间 绳子的拉力突然变为零 但弹簧还没有来 知识建构 技能建构 3 冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目 比赛场地示意图如图所示 比赛时 运动员从起滑架处推着冰壶出发 在投掷线ab处放手让冰壶以一定的速度滑出 使冰壶的停止位置尽量靠近圆心o 为使冰壶滑行得更远 运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面 使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小 设冰壶与冰面间的动摩擦因数 1 0 008 用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至 2 0 004 在某次比赛中 运动员使冰壶c在投掷线中点处以2m s的速度沿虚线滑出 为使冰壶c能够沿虚线恰好到达30m处的圆心o点 运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少 g取10m s2 知识建构 技能建构 f1 1mg ma1 f2 2mg ma2 设冰壶的初速度v0 2m s 冰壶刚到达被毛刷擦过的冰面处的速度为v 由运动学公式有 v2 2a1s1 0 v2 2a2s2 联立以上各式 解得s2 代入数据得s2 10m 答案 10m 解析 设冰壶在未被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为s1 所受摩擦力的大小为f1 在被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为s2 所受摩擦力的大小为f2 则有s1 s2 s 式中s为投掷线到圆心o的距离 知识建构 技能建构 例1如图甲所示 一质量为m的小球系于长度分别为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 一 牛顿第二定律的瞬时性的理解 知识建构 技能建构 2 若将图甲中的细线l1改为质量不计的轻弹簧而其余情况不变 如图乙所示 求剪断l2瞬间物体的加速度 名师点金 分析细线剪断前后小球的受力情况 特别注意弹簧与细线作用力是否会发生变化 1 现将l2细线剪断 求剪断瞬间小球的加速度 知识建构 技能建构 2 对图乙的情况 设弹簧上拉力为ft1 l2线上拉力为ft2 重力为mg 物体在三力作用下保持平衡 有ft1cos mg ft1sin ft2 ft2 mgtan 剪断细线的瞬间 ft2突然消失 物体即在ft2反方向获得加速度 因为mgtan ma2 所以加速度a2 gtan 方向在ft2反方向 即水平向右 答案 1 gsin 方向为垂直l1斜向下 规范全解 1 对图甲的情况 l2剪断的瞬间 线l1不可伸缩 物体的加速度只能沿切线方向 则mgsin ma1 所以a1 gsin 方向为垂直l1斜向下 2 gtan 方向水平向右 知识建构 技能建构 方法概述 牛顿第二定律是表示力的瞬时作用的规律 描述的是力的瞬时作用效果 加速度 物体在某一时刻加速度的大小和方向 是由该物体在这一时刻受到的合外力的大小和方向来决定的 当物体所受到的合外力发生变化时 它的加速度也要随即发生变化 f ma对运动过程的每一瞬间成立 加速度与力是同一时刻的对应量 即同时产生 同时变化 同时消失 物体的受力情况应符合物体的运动状态 当外界因素发生变化 如撤力 变力 断绳等 时 需重新进行运动分析和受力分析 切忌想当然 求解此类瞬时性问题 要注意以下四种理想模型的区别 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 变式训练1图为蹦极运动的示意图 弹性绳的一端固定在o点 另一端和运动员相连 运动员从o点自由下落 至b点弹性绳自然伸直 经过合力为零的c点到达最低点d 然后弹起 整个过程中忽略空气阻力 分析这一过程 下列表述正确的是 经过b点时 运动员的速率最大 经过c点时 运动员的速率最大 从c点到点d 运动员的加速度增大 从c点到d点 运动员的加速度不变 a b c d 知识建构 技能建构 规范全解 运动员的下落过程 o b自由落体运动 b c重力大于弹性绳的弹力 做加速度越来越小的加速运动 c点加速度为零 速度最大 c d弹力大于重力 加速度向上 运动员做加速度增大的减速运动 d点速度为零 可见b正确 答案 b 知识建构 技能建构 例2一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 g取10m s2 二 解决动力学两类基本问题的方法和步骤 知识建构 技能建构 名师点金 卡车拖挂车厢做匀速直线运动时 f牵与共同的阻力大小相等 对卡车和车厢受力分析 根据牛顿第二定律找出各自的加速度 卡车先做匀加速直线运动后做匀减速直线运动 车厢一直做匀减速直线运动 知识建构 技能建构 规范全解 设卡车的质量为m 车所受阻力与车重之比为 刹车前卡车牵引力的大小为f 卡车刹车前后加速度的大小分别为a1和a2 由牛顿第二定律有 f 2 mg 0 f mg ma1 mg ma 3 mg ma2 设车厢脱落后 t 3s内卡车行驶的路程为s1 末速度为v1 根据运动学公式有 s1 v0t a1t2 知识建构 技能建构 v1 v0 a1t 2a2s2 式中 s2是卡车在刹车后减速行驶的路程 设车厢脱落后滑行的路程为s 有 2as 卡车和车厢都停下来后相距 s s1 s2 s 代入题给数据解得 s 36m 答案 36m 知识建构 技能建构 已知力去求运动 处理的思路是 先求出几个力的合力 由牛顿第二定律求出加速度 再由运动学的有关公式求出速度或位移 已知运动去求力 处理的思路是 已知加速度或根据运动规律求出加速度 再由牛顿第二定律求出合力 从而确定未知力 至于牛顿第二定律中合力的求法可用力的合成和分解法或正交分解法 解题步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 2 分析物体的受力情况和运动情况 画好受力分析图 明确物体的运动性质和运动过程 3 选取正方向或建立坐标系 通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 4 求合外力f 5 根据牛顿第二定律列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 6 分析流程图 方法概述 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 变式训练2如图甲所示 质量为30kg的雪橇在与水平面成30 角的拉力f作用下 沿水平地面向右做直线运动 经过0 5m 速度由0 6m s均匀地减至0 4m s 已知雪橇与地面间的动摩擦因数 0 2 g取10m s2 求作用力f的大小 甲 知识建构 技能建构 规范全解 由v2 2as得雪橇做匀减速运动的加速度的大小 乙 答案 55 90n 知识建构 技能建构 例3如图甲所示 质量m 1kg的物块放在倾角为 的斜面上 斜面体的质量m 2kg 斜面与物块间的动摩擦因数 0 2 地面光滑 37 现对斜面体施加一水平推力f 要使物体相对斜面静止 力f应为多大 设物体与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 sin37 0 6 g取10m s2 三 动力学中的临界问题 甲 知识建构 技能建构 名师点金 用极限法把f推向两个极端来分析 当f较小 趋近于0 时 由于 tan 因此 物块将沿斜面加速下滑 若f较大 足够大 时 物块将相对斜面向上滑 因此f不能太小 也不能太大 f的取值是一个范围 知识建构 技能建构 规范全解 设物块处于相对斜面下滑的临界状态 物块恰好不下滑 时推力为f1 此时物块受力如图乙所示 取加速度a1的方向为x轴正向 对物块有 x方向 fn1sin fn1cos ma1 y方向 fn1cos fn1sin mg 0 解得 a1 4 78m s2 对整体有 f1 m m a1 故f1 14 34n 知识建构 技能建构 答案 14 34n f 33 6n 知识建构 技能建构 方法概述 在应用牛顿定律解决动力学问题中 当物体运动的加速度不同时 物体有可能处于不同的状态 特别是题目中出现 最大 最小 刚好 等词语时 往往会有临界现象 此时要采用极限分析法 看物体在不同加速度时 会有哪些现象发生 尽快找出临界条件 知识建构 技能建构 变式训练3如图所示 在光滑水平面上放着紧靠在一起的a b两物体 b的质量是a的2倍 b受到向右的恒力fb 2n a受到的水平力fa 9 2t n t的单位是s 从t 0开始计时 则 a a物体在3s末时刻的加速度是初始时刻的倍 b t 4s后 b物体做匀加速直线运动 c t 4 5s时 a物体的速度为零 d t 4 5s后 a b的加速度方向相反 知识建构 技能建构 规范全解 对于a b整体根据牛顿第二定律有 fa fb ma mb a 设a b间的作用力为fn 则对b据牛顿第二定律可得 fn fb mba 解得fn mb fb n 当t 4s时fn 0 a b两物体开始分离 此后b做匀加速直线运动 而a做加速度逐渐减小的加速运动 当t 4 5s时a物体的加速度为零而速度不为零 t 4 5s后 a所受合外力反向 即a b的加速度方向相反 当t 4s时 a b的加速度均为a 综上所述 选项a b d正确 答案 abd 知识建构 技能建构 高考真题1 a a1 g a2 gb a1 0 a2 g c a1 0 a2 gd a1 g a2 g 知识建构 技能建构 解析提示 解决本题的关键是区分瞬时力与延时力 命题分析 本题属于牛顿第二定律应用的瞬时加速度问题 在近几年的高考中经常出现 知识建构 技能建构 规范全解 在抽出木板的瞬时 弹簧对1的支持力和对2的压力并未改变 木块1受重力和支持力 有mg f a1 0 木块2受重力和压力 根据牛顿第二定律有a2 g 答案 c 知识建构 技能建构 考向预测1 2011年广东佛山质检 儿童蹦极 中 拴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 a 速度为零 b 加速度a g 沿原断裂绳的方向斜向下 知识建构 技能建构 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 速度不能发生突变 左侧橡皮绳断裂瞬间 小明速度为零 选项a正确 断裂前 ft左 ft右 mg 由受力分析知 橡皮绳形变量比较大 不会发生突变 断裂瞬间 ft右与mg的合力沿断裂绳的反向延长线 大小等于mg 选项b正确 答案 ab 知识建构 技能建构 高考真题2 2010年高考 海南物理卷 在水平的足够长的固定木板上 一小物块以某一初速度开始滑动 经一段时间t后停止 现将该木板改置成倾角为45 的斜面 让小物块以相同的初速度沿木板上滑 若小物块与木板之间的动摩擦因数为 则小物块上滑到最高位置所需时间与t之比为 a b c d 知识建构 技能建构 解析提示 分别对水平面和斜面上的物体进行受力分析和运动分析 特别注意摩擦力不同 根据运动学规律求出两时间之比 命题分析 考察牛顿第二定律及运动学问题 动力学的两