高考物理一轮总复习 第三章 第2讲 牛顿第二定律 两类动力学问题配套课件 新人教版.pptVIP

第2讲牛顿第二定律两类动力学问题 知识点1牛顿第二定律 1 内容物体加速度的大小与 成正比 与 成反比 加速度方向与 相同 2 表达式 所受合外力的大小 物体的质量 合外力方向 f ma 3 惯性 静止 匀速直线 宏观 低速 知识点2牛顿运动定律的应用 1 动力学的两类基本问题 1 已知受力情况求物体的 2 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 结合 和 列方程求解 具体逻辑关系如图 加速度 运动学公式 牛顿运动定律 思考辨析 1 物体加速度的方向与所受合外力的方向可以不同 2 对静止在光滑水平面上的物体施加一水平力 当力刚开始作用瞬间 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 某物体所受合力变小 该物体的加速度一定变小 5 物体所受合力大 其加速度就一定大 6 牛顿第二定律适用于一切运动情况 7 力的单位 牛顿 是导出单位 分析 物体的加速度是由合外力产生的 其方向与合外力的方向相同 故 1 错 物体的加速度与合外力具有瞬时对应关系 当力作用在物体上的瞬间 物体立即获得加速度 故 2 对 物体的加速度与所受合外力具有因果关系 合外力是产生加速度的原因 并不是由于物体有加速度 而使物体受到了合外力 故 3 错 物体所受的合力变小 由牛顿第二定律可知 物体的加速度变小 故 4 对 物体的加速度大小跟它受到的合外力成正比 跟它的质量成反比 所受合力大的物体 其质量可能也很大 产生的加速度不一定大 故 5 错 牛顿第二定律只适用于惯性参考系和解决宏观物体的低速运动问题 不能用来处理微观粒子的高速运动问题 故 6 错 基本量的单位是基本单位 力学中的基本量只有质量 时间和长度 力不是基本量 其单位也不是基本单位 而是导出单位 故 7 对 考点1对牛顿第二定律的理解 考点解读 牛顿第二定律的 五性 深化理解 典例透析1 2013 新课标全国卷 一物块静止在粗糙的水平桌面上 从某时刻开始 物块受到一方向不变的水平拉力作用 假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 以a表示物块的加速度大小 f表示水平拉力的大小 能正确描述f与a之间关系的图像是 解题探究 1 根据物块受力情况 在f逐渐增大的过程中 加速度a的变化有什么特点 提示 当f小于最大静摩擦力时 a 0 f大于最大静摩擦力以后 a逐渐增大 2 根据受力情况确定图像有什么特点 图像一定 原点 a一定随f的增大而 不通过 增大 解析 选c 物块在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用 根据牛顿第二定律 有f f ma 即f ma f 该关系为线性函数 当a 0时 f f 当f 0时 a 符合该函数关系的图像为c 总结提升 力与运动的关系 1 力是产生加速度的原因 加速度是反映物体运动状态变化快慢的物理量 定量地描述了力与运动的关系 加速度与速度无关 力产生加速度 所以力也与速度无关 力不是维持物体运动的原因 2 作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律 而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量和 分力和分加速度在各个方向上的分量关系也遵从牛顿第二定律 变式训练 如图所示 位于光滑固定斜面上的小物块p受到一水平向右的推力f的作用 已知小物块p沿斜面加速下滑 现保持f的方向不变 使其减小 则加速度 a 一定变小b 一定变大c 一定不变d 可能变小 可能变大 也可能不变 解析 选b 受力分析如图所示 沿斜面方向由牛顿第二定律得 mgsin fcos ma 若f减小 则a增大 故b正确 考点2牛顿第二定律的瞬时性 考点解读 牛顿第二定律瞬时性的 两种 模型牛顿第二定律的表达式为f ma 其核心是加速度与合外力的瞬时对应关系 二者总是同时产生 同时消失 同时变化 具体可简化为以下两种模型 1 刚性绳 或接触面 不发生明显形变就能产生弹力的物体 剪断 或脱离 后 其弹力立即消失 不需要形变恢复时间 拓展延伸 2 弹簧 或橡皮绳 两端同时连接 或附着 有物体的弹簧 或橡皮绳 特点是形变量大 其形变恢复需要较长时间 在瞬时性问题中 其弹力的大小往往可以看成保持不变 典例透析2 如图所示 a b球的质量相等 弹簧的质量不计 倾角为 的斜面光滑 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 下列说法正确的是 a 两个小球的瞬时加速度均沿斜面向下 大小均为gsin b b球的受力情况变化 瞬时加速度为gsin c a球的瞬时加速度沿斜面向下 大小为2gsin d 弹簧有收缩的趋势 b球的瞬时加速度向上 a球的瞬时加速度向下 瞬时加速度都不为零 解题探究 1 细线的拉力和弹簧的弹力是否都能发生突变 提示 细线的拉力可以发生瞬间突变 而弹簧的弹力不能发生突变 2 请画出细线烧断前后a b球的受力分析图 提示 细线 细线 解析 选c 细线烧断瞬间 弹簧弹力与原来相等 b球受力平衡 ab 0 a球所受合力为mgsin kx 2mgsin maa 解得aa 2gsin 故a b d错误 c正确 总结提升 瞬时性问题的解题技巧 1 分析物体在某一时刻的瞬时加速度 关键是明确该时刻物体的受力情况或运动状态 再由牛顿第二定律求出瞬时加速度 此类问题应注意以下几种模型 2 在求解瞬时性加速度问题时应注意 物体的受力情况和运动情况是时刻对应的 当外界因素发生变化时 需要重新进行受力分析和运动分析 加速度可以随着力的突变而突变 而速度的变化需要一个积累的过程 不会发生突变 变式训练 如图 天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球 两小球均保持静止 当突然剪断细绳时 上面小球a与下面小球b的加速度a1 a2分别为 a a1 ga2 gb a1 ga2 0c a1 2ga2 0d a1 0a2 g 解析 选c 分别以a b为研究对象 对剪断前和剪断时进行受力分析 剪断前a b静止 a球受三个力 竖直向上的绳子的拉力f1 竖直向下的重力mg和弹簧的弹力f2 b球受两个力 竖直向下的重力mg和竖直向上的弹簧拉力f 大小等于f2 对a球有f1 mg f2 0 对b球有f mg 0 解得 f1 2mg f2 mg 剪断时 绳子拉力瞬间消失 但由于弹簧的形变不可能瞬间恢复 所以a球受两个力 a球受竖直向下的重力mg 弹簧的弹力f2 同理b球受竖直向下的重力mg和竖直向上的弹簧的弹力f 对a球有mg f2 ma1 对b球有f mg ma2 解得a1 2g 方向竖直向下 a2 0 故选项c正确 变式备选 一轻弹簧的上端固定 下端悬挂一重物 弹簧伸长了8cm 再将重物向下拉4cm 然后放手 则在释放重物瞬间 重物的加速度是 a b c d g 解析 选b 假设弹簧的劲度系数为k 第一次弹簧伸长了x1 8cm 第二次弹簧伸长了x2 12cm 第一次受力平衡 则有kx1 mg 0 第二次由牛顿第二定律得 kx2 mg ma 解得 a 选项b正确 考点3动力学的两类基本问题 考点解读 动力学的两类基本问题的解题步骤 1 选取研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 可以是一个物体 也可以是几个物体组成的整体 2 分析研究对象的受力情况和运动情况 注意画好受力分析图 明确物体的运动过程和运动性质 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 解题技巧 4 求合外力f 5 根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 典例透析3 如图所示 木块的质量m 2kg 与地面间的动摩擦因数 0 2 木块在拉力f 10n作用下 在水平地面上从静止开始向右运动 运动5 2m后撤去外力f 已知力f与水平方向的夹角 37 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 撤去外力前 木块受到的摩擦力大小 2 刚撤去外力时 木块运动的速度 3 撤去外力后 木块还能滑行的距离为多少 解题探究 1 木块在撤去外力前后分别做何种运动 提示 撤力前 木块做初速度为零的匀加速直线运动 撤力后 木块做匀减速直线运动 2 请画出撤去外力前后木块的受力分析图 提示 解析 1 木块受力如图所示 由牛顿第二定律得 竖直方向 n fsin37 mg 0f n解得 f 2 8n 2 由牛顿第二定律得 水平方向 fcos37 f ma1解得 a1 2 6m s2由运动学公式得 v2 2a1s1解得 v 5 2m s 3 撤去外力后 木块受力如图所示 由牛顿第二定律得 mg ma2解得 a2 2m s2由运动学公式得 v2 2a2s2解得 s2 6 76m答案 1 2 8n 2 5 2m s 3 6 76m 总结提升 解答动力学两类问题的基本程序 1 明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点 如果是比较复杂的问题 应该明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的 找出相邻过程的联系点 再分别研究每一个物理过程 2 根据问题的要求和计算方法 确定研究对象 进行分析 并画出示意图 图中应注明力 速度 加速度的符号和方向 对每一个力都明确施力物体和受力物体 以免分析力时有所遗漏或无中生有 3 应用牛顿运动定律和运动学公式求解 通常先用表示物理量的符号运算 解出所求物理量的表达式 然后将已知物理量的数值及单位代入 通过运算求结果 变式训练 2013 山东高考 如图所示 一质量m 0 4kg的小物块 以v0 2m s的初速度 在与斜面成某一夹角的拉力f作用下 沿斜面向上做匀加速运动 经t 2s的时间物块由a点运动到b点 a b之间的距离l 10m 已知斜面倾角 30 物块与斜面之间的动摩擦因数重力加速度g取10m s2 1 求物块加速度的大小及到达b点时速度的大小 2 拉力f与斜面夹角多大时 拉力f最小 拉力f的最小值是多少 解析 1 由运动学方程得 vb v0 at 代入数值解得 a 3m s2 vb 8m s 2 对物块受力分析如图所示 设拉力f与斜面成 角 对物块由牛顿第二定律得 垂直斜面方向 fsin n mgcos30 0 沿斜面方向 fcos mgsin30 f ma 又f n 联立 三式 代入数值解得 则 当 30 时 拉力f有最小值 且 答案 1 3m s28m s 2 30 资源平台 动力学中的临界问题如图所示 一个质量为m 0 2kg的小球用细绳吊在倾角为 53 的光滑斜面上 当斜面静止时 绳与斜面平行 当斜面以10m s2的加速度向右做加速运动时 求绳子的拉力及斜面对小球的弹力大小 规范解答 小球刚要离开斜面时 受力如图所示 由牛顿第二定律得 ma0解得 a0 7 5m s2因为a 10m s2 7 5m s2 所以小球离开斜面向右做加速运动 则t 2 83nn 0答案 2 83n0 1 如图所示 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 a a1 0 a2 0b a1 a a2 ac a1 a a2 ad a1 a a2 a 解析 选d 撤去拉力f前 设弹簧的劲度系数为k 形变量为x 对a由牛顿第二定律得kx m1a 撤去拉力f后 弹簧的形变量保持不变 对a由牛顿第二定律得kx m1a1 对b由牛顿第二定律得kx m2a2 解得a1 a a2 a 故选项d正确 2 2012 安徽高考 如图所示 放在固定斜面上的物块以加速度a沿斜面匀加速下滑 若在物块上再施加一个竖直向下的恒力f 则 a 物块可能匀速下滑b 物块仍以加速度a匀加速下滑c 物块将以大于a的加速度匀加速下滑d 物块将以小于a的加速度匀加速下滑 解析 选c 根据物块的运动情况可知 加恒力f前 后 物块的受力情况分别如图甲 乙所示 则由牛顿第二定律得 施力前 mgsin mgcos ma 施力后 f mg sin f mg cos ma 两式相除得 1 所以a a 故只有选项c正确 3 2013 安徽高考 如图所示 细线的一端系一质量为m的小球 另一端固定在倾角为 的光滑斜面体顶端 细线与斜面平行 在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中 小球始终静止在斜面上 小球受到细线的拉力t和斜面的支持力fn分别为 重力加速度为g a t m gsin acos fn m gcos asin b t m gcos asin fn m gsin acos c t m acos gsin fn m gcos asin d t m asin gcos fn m gsin acos 解析 选a 受力分析如图 建立如图所示的坐标系在竖直方向上受力平衡 合力为零 列式可得 fncos tsin mg 0 在水平方向上 由牛顿第二定律可得 tcos fnsin ma 联立 两式可解得 t m gsin acos fn m gcos asin 故a项正确 4 将一个物体以某一速度从地面竖直向上抛出 设物体在运动过程中所受空气阻力大小不变 则物体 a 刚抛出时的速度最大b 在最高点的加速度为零c 上升时间大于下落时间d 上升时的加速度等于下落时的加速度 解析 选a 物体上升时受竖直向下的重力和阻力作用 而下降时受竖直向下的重力和竖直向上的阻力作用 由牛顿第二定律可得物体上升时加速度大 由于物体上升和下降时的位移大小相等 由位移公式可得物体上升时的时间短 选项c d错误 物体在最高点的加速度为g 选项b错误 物体刚抛出时的速度最大 选项a