高考物理一轮精细复习 （必备基础点拨+高考考点集结+考点专训）牛顿第二定律 两类动力学问题课件.ppt

牛顿第二定律 想一想 如图3 2 1所示为一张在真空中拍摄的羽毛与苹果自由下落的频闪照片 请思考苹果与羽毛重力相差很大 为什么它们总在同一相同的高度呢 图3 2 1 记一记 1 内容物体加速度的大小跟它受到的成正比 跟它的成反比 加速度的方向跟的方向相同 2 表达式f 作用力 质量 作用力 ma 3 五个 性质 同向 合外力 国际 4 适用范围 1 牛顿第二定律只适用于 相对地面静止或做匀速直线运动的参考系 2 牛顿第二定律只适用于 相对于分子 原子 低速运动 远小于光速 的情况 惯性参考系 宏观物体 试一试 1 关于牛顿第二定律的下列说法中 正确的是 a 物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力的大小决定 与物体的速度无关b 物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定 与速度方向无关c 物体所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的d 一旦物体所受合外力为零 则物体的加速度立即为零 其运动也就逐渐停止了 解析 对于某个物体 合外力的大小决定了加速度的大小 合外力的方向决定了加速度的方向 而速度的方向与加速度方向无关 根据牛顿第二定律的瞬时性特征 合外力一旦为零 加速度立即为零 则速度不再发生变化 以后以此时的速度做匀速直线运动 答案 ab 两类动力学问题 记一记 1 两类动力学问题 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 由和列方程求解 具体逻辑关系如图 加速度 运动学公式 牛顿运动定律 试一试 2 用40n的水平力f拉一个静止在光滑水平面上 质量为20kg的物体 力f作用3s后撤去 则第5s末物体的速度和加速度的大小分别是 a v 6m s a 0b v 10m s a 2m s2c v 6m s a 2m s2d v 10m s a 0解析 由牛顿第二定律得 f ma a 2m s2 3s末物体速度为v at 6m s 此后f撤去 a 0 物体做匀速运动 故a正确 答案 a 力学单位制 想一想 如图3 2 2为甲 乙 丙三人百米比赛冲刺时的速度大小 试比较三人冲刺速度的大小 由此看出应怎样比较物理量的大小 提示 v甲 11m s v乙 7200dm min 12m s v丙 36km h 10m s 故v乙 v甲 v丙 由此可以看出 要比较同一物理量的大小 必须统一单位 记一记 1 单位制由和组成 2 基本单位的单位 力学中的基本量有三个 它们分别是 它们的国际单位分别是 3 导出单位由根据物理关系推导出的其他物理量的单位 基本单位 导出单位 基本量 质量 时间 长度 千克 秒 米 基本量 4 国际单位制中的七个基本物理量和基本单位 物理量名称物理量符号单位名称单位符号 长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度 l m t i t n iv 米 千克 秒 安 培 开 尔文 摩 尔 坎 德拉 m kg s a k mol cd 试一试 3 关于单位制 下列说法中正确的是 a kg m s n是导出单位b kg m c是基本单位c 在国际单位制中 时间的基本单位是sd 在国际单位制中 力的单位是根据牛顿第二定律定义的解析 在力学中选定m 长度单位 kg 质量单位 s 时间单位 作为基本单位 可以导出其他物理量的单位 力的单位 n 是根据牛顿第二定律f ma导出的 故c d正确 答案 cd 瞬时加速度问题 1 一般思路 2 两种模型 1 刚性绳 或接触面 一种不发生明显形变就能产生弹力的物体 剪断 或脱离 后 弹力立即改变或消失 不需要形变恢复时间 一般题目中所给的细线 轻杆和接触面在不加特殊说明时 均可按此模型处理 2 弹簧 或橡皮绳 当弹簧的两端与物体相连 即两端为固定端 时 由于物体有惯性 弹簧的长度不会发生突变 所以在瞬时问题中 其弹力的大小认为是不变的 即此时弹簧的弹力不突变 例1 2013 吉林模拟 在动摩擦因数 0 2的水平面上有一个质量为m 2kg的小球 小球与水平轻弹簧及与竖直方向成 45 角的不可伸长的轻绳一端相连 如图3 2 3所示 此时小球处于静止平衡状态 且水平面对小球的弹力恰好为零 当剪断轻绳的瞬间 取g 10m s2 以下说法正确的是 a 此时轻弹簧的弹力大小为20nb 小球的加速度大小为8m s2 方向向左c 若剪断弹簧 则剪断的瞬间小球的加速度大小为10m s2 方向向右d 若剪断弹簧 则剪断的瞬间小球的加速度为0 图3 2 3 审题指导 剪断轻绳时 弹簧的弹力不能瞬间发生变化 剪断弹簧时 绳上的拉力在瞬间发生变化 尝试解题 因为未剪断轻绳时水平面对小球的弹力为零 小球在绳没有断时受到轻绳的拉力ft和弹簧的弹力f作用而处于平衡状态 依据平衡条件得 竖直方向有ftcos mg 水平方向有ftsin f 解得轻弹簧的弹力为f mgtan 答案 abd 在求解瞬时性问题时应注意 1 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 2 加速度可以随着力的突变而突变 而速度的变化需要一个过程的积累 不会发生突变 动力学的两类基本问题分析 1 物体运动性质的判断方法 1 明确物体的初始运动状态 v0 2 明确物体的受力情况 f合 3 根据物体做各种性质运动的条件即可判定物体的运动情况 加速度变化情况及速度变化情况 2 两类动力学问题的解题步骤 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 研究对象可以是某个物体 也可以是几个物体构成的系统 2 进行受力分析和运动状态分析 画好受力分析图 情景示意图 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 确定合外力f合 注意f合与a同向 若物体只受两个共点力作用 常用合成法 若物体受到3个或3个以上不在同一直线上的力的作用 一般用正交分解法 例2 如图3 2 4所示 质量m 2kg的物体静止于水平地面的a处 a b间距l 20m 用大小为30n 沿水平方向的外力拉此物体 经t0 2s拉至b处 已知cos37 0 8 sin37 0 6 取g 10m s2 1 求物体与地面间的动摩擦因数 2 用大小为30n 与水平方向成37 的力斜向上拉此物体 使物体从a处由静止开始运动并能到达b处 求该力作用的最短时间t 图3 2 4 审题指导 物体在拉力作用下做匀加速直线运动 撤去拉力后做匀减速直线运动 当物体到b点速度恰好为零 则拉力的作用时间最短 尝试解题 1 沿水平方向施加外力后 物体做匀加速直线运动 根据运动学公式有l at02代入数据解得a 10m s2由牛顿第二定律知f ff ma解得ff 10n 答案 1 0 5 2 1 03s 解决两类动力学问题两个关键点 1 把握 两个分析 一个桥梁 两个分析 物体的受力分析和物体的运动过程分析 一个桥梁 物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁 2 寻找多过程运动问题中各过程间的相互联系 如第一个过程的末速度就是下一个过程的初速度 画图找出各过程间的位移联系 牛顿第二定律与图象的综合问题 1 常见的两类动力学图象问题 1 已知物体在某一过程中所受的合力 或某个力 随时间的变化图线 要求分析物体的运动情况 2 已知物体在某一过程中速度 加速度随时间的变化图线 要求分析物体的受力情况 2 解决图象综合问题的关键 1 分清图象的类别 即分清横 纵坐标所代表的物理量 明确其物理意义 掌握物理图象所反映的物理过程 会分析临界点 2 注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义 图线与横 纵坐标的交点 图线的转折点 两图线的交点等 3 明确能从图象中获得哪些信息 把图象与具体的题意 情境结合起来 再结合斜率 特殊点 面积等的物理意义 确定从图象中反馈出来的有用信息 这些信息往往是解题的突破口或关键点 例3 如图3 2 5甲所示 水平地面上轻弹簧左端固定 右端通过滑块压缩0 4m锁定 t 0时解除锁定释放滑块 计算机通过滑块上的速度传感器描绘出滑块的速度图象如图乙所示 其中oab段为曲线 bc段为直线 倾斜直线od是t 0时的速度图线的切线 已知滑块质量m 2 0kg 取g 10m s2 求 图3 2 5 1 滑块与地面间的动摩擦因数 2 弹簧的劲度系数 审题指导 第一步 抓关键点 关键点 od是t 0时的速度图线的切线 od的斜率表示t 0时滑块的加速度 bc段为直线 bc段滑块受滑动摩擦力作用做匀减速运动 第二步 找突破口要求滑块与地面间的动摩擦因数 只要由图象求出滑块匀减速运动的加速度 再由牛顿第二定律列方程即可 要求弹簧的劲度系数 则应利用牛顿第二定律对滑块在t 0时刻列方程求解 获取信息 答案 1 0 5 2 175n m 尝试解题 数图结合解决物理问题物理公式与物理图象的结合是中学物理的重要题型 也是近年高考的热点 特别是v t图象在考题中出现率极高 对于已知图象求解相关物理量的问题 往往是结合物理过程从分析图象的横 纵轴所对应的物理量的函数入手 分析图线的斜率 截距所代表的物理意义得出所求结果 解决这类问题的核心是分析图象 我们应特别关注v t图中的斜率 加速度 和力的图线与运动的对应关系 模型概述 物体在传送带上运动的情形统称为传送带模型 因物体与传送带间的动摩擦因数 斜面倾角 传送带速度 传送方向 滑块初速度的大小和方向的不同 传送带问题往往存在多种可能 因此对传送带问题做出准确的动力学过程分析 是解决此类问题的关键 超链接 下面介绍两种常见的传送带模型1 水平传送带模型 1 可能一直加速 2 可能先加速后匀速 情景1 滑块可能的运动情况 图示 项目 1 传送带较短时 滑块一直减速达到左端 2 传送带较长时 滑块还要被传送带传回右端 其中v0 v返回时速度为v 当v0 v返回时速度为v0 情景3 1 v0 v时 可能一直减速 也可能先减速再匀速 2 v0 v时 可能一直加速 也可能先加速再匀速 情景2 滑块可能的运动情况 图示 项目 2 倾斜传送带模型 1 可能一直加速 2 可能先加速后匀速 3 可能先以a1加速后以a2加速 情景2 1 可能一直加速 2 可能先加速后匀速 情景1 滑块可能的运动情况 图示 项目 1 可能一直加速 2 可能一直匀速 3 可能先减速后反向加速 情景4 1 可能一直加速 2 可能先加速后匀速 3 可能一直匀速 4 可能先以a1加速后以a2加速 情景3 滑块可能的运动情况 图示 项目 图3 2 6 1 通过计算说明工件在传送带上做什么运动 2 求工件从p点运动到q点所用的时间 答案 1 先匀加速运动0 8m 然后匀速运动3 2m 2 2 4s 题后悟道 对于传送带问题 一定要全面掌握上面提到的几类传送带模型 尤其注意要根据具体情况适时进行讨论 看一看有没有转折点 突变点 做好运动阶段的划分及相应动力学分析 现在传送带传送货物已被广泛地应用 如图3 2 7所示为一水平传送带装置示意图 紧绷的传送带ab始终保持恒定的速率v 1m s运行 一质量为m 4kg的物体被无初速度地放在a处 传送带对物体的滑动摩擦力使物体开始做匀加速直线运动 随后物体又以与传送带相等的速率做匀速直线运动 设物体与传送带之间的动摩擦因数 0 1 a b间的距离l 2m g取10m s2 图3 2 7 1 求物体刚开始运动时所受滑动摩擦力的大小与加速度的大小 2 求物体做匀加速直线运动的时间 3 如果提高传送带的运行速率 物体就能被较快地传送到b处 求物体从a处传送到b处的最短时间和传送带对应的最小运行速率 答案 1 4n1m s2 2 1s 3 2s2m s 随堂巩固落实 1 一物体在2n的外力作用下产生10cm s2的加速度 求该物体的质量 下列有几种不同的求法 其中单位运用正确 简捷而又规范的是 解析 先把各量换算为国际单位 再直接代入公式计算 d项正确 答案 d 2 蹦极 就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处 从几十米高处跳下的一种极限运动 某人做蹦极运动 所受绳子拉力f的大小随时间t变化的情况如图3 2 8所示 将蹦极过程近似为在竖直方向的运动 重力加速度为g 据图可知 此人在蹦极过程中最大加速度约为 图3 2 8 a gb 2gc 3gd 4g 答案 b 3 2013 银川模拟 如图3 2 9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 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球的受力情况未变 瞬时加速度为零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 图3 2 9 解析 细线烧断前 对b球有kx mgsin 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 解得aa 2gsin 故a d错误 b c正确 答案 bc 4 2012 江苏高考 将一只皮球竖直向上抛出 皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比 图3 2 10中描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图象 可能正确的是 图3 2 10 解析 物体向上运动时 空气阻力向下 加速度由重力和空气阻力的合力提供 且a g 当物体速度变小 空气阻力变小 加速度变小 物体到达最高点时 空气阻力为零 加速度为重力加速度 不为零 故c正确 答案 c 5 如图3 2 11所示 传送带保持v0 1m s的速度运动 现将一质量m 0 5kg的物体从传送带左端放上 设物体与传送带间动摩擦因数 0 1 传送带两端水平距离x 2 5m 则物体从左端运动到右端所经历的时间为 g 10m s2 图3 2 11 答案 c 6 2013 南宁联考 质量为2kg的物体静止在足够大的水平面上 物体与地面间的动摩擦因数为0 2 最大静摩擦力和滑动摩擦力大小视为相等 从t 0时刻开始 物体受到方向不变 大小呈周期性变化的水平拉力f的作用 f随时间t的变化规律如图3 2 12所示 重力加速度g取10m s2 1 分别计算2s末 4s末 6s末物体的速度大小 2 画出物体在0 6s内的v t图线 图3 2 12 解析 1 在0 2s内 由牛顿第二定律得f1 mg ma1 解得a1 2m s2 所以 2s末物体的速度大小为v1 a1t1 4m s 在2 4s内 f2 mg 物体做匀速直线运动 4s末物体的速度大小为v2 v1 4m s 在4 6s内 物体的加速度大小a3 a1 2m s2 所以 6s末物体的速度大小为v3 v2 v3t3 8m s 2 在0 2s内 物体做初速度为零的匀加速直线运动 对应的v t图象是一条经过原点的倾斜线段 在2 4s内 物体做匀速直线运动 对应的v t图象是一条平行于时间轴的水平线段 在4 6s内 物体做匀加速直线运动 对应的v t图象是一条倾斜线段 画出的v t图象如图所示 答案 1 4m s4m s8m s 2 见解析 1 如图1所示 物体沿斜面由静止滑下 在水平面上滑行一段距离后停止 物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同 斜面与水平面平滑连接 图2中v a ff和s分别表示物体速度大小 加速度大小 摩擦力大小和路程 图2中正确的是 图1 图2 解析 物体在斜面上受重力 支持力 摩擦力作用 其摩擦力大小ff1 mgcos 物体沿斜面由静止滑下 做初速度为零的匀加速直线运动 到达水平面后受重力 支持力和摩擦力作用做匀减速直线运动 直至减速为零 其摩擦力大小变为ff2 mg 物体运动的v t图象应如图甲所示 a错误 物体在两段运动过程中的加速度大小不变 b错误 因摩擦力ff1 ff2 所以c正确 物体做匀加速直线运动时 路程s随时间t增加得越来越快 s t图象的斜率变大 物体做匀减速直线运动时 路程s随时间t增加得越来越慢 s t图象的斜率变小 所以物体运动的s t图象如图乙所示 d错误 答案 c 2 2011 上海高考 受水平外力f作用的物体 在粗糙水平面上做直线运动 其v t图线如图3所示 则 a 在0 t1秒内 外力f大小不断增大b 在t1时刻 外力f为零c 在t1 t2秒内 外力f大小可能不断减小d 在t1 t2秒内 外力f大小可能先减小后增大 图3 解析 v t图象的斜率表示加速度 在0 t1秒内 物体做加速度减小的加速运动 由牛顿第二定律得 f ff ma 所以外力f大小不断减小 选项a错误 在t1时刻 加速度为零 外力f大小等于摩擦力ff的大小 选项b错误 在t1 t2秒内 物体做加速度增大的减速运动 由牛顿第二定律得 ff f ma 所以外力f可能不断减小 选项c正确 若物体静止前 外力f已减至零 则此后 外力f必再反向增大 选项d正确 答案 cd 3 如图4所示 放在光滑面上的木块受到两个水平力f1与f2的作用而静止不动 现保持f1大小和方向不变 f2方向不变 使f2随时间均匀减小到零 再均匀增加到原来的大小 在这个过程中用a表示木块的加速度 v表示木块运动的速度 能正确描述木块运动情况的图象是图5中的 图4 图5 解析 取水平向右为正方向 由牛顿第二定律得 f1 f2 ma 木块的加速度随f2的均匀减小而均匀增大 后又随f2的均匀增大而同方向均匀减小 故a正确 b错误 因木块的加速度方向不变 故木块的速度一直增大 但不是均匀增大 所以c d均错误 答案 a 4 细绳拴一个质量为m的小球 小球用固定在墙上的水平弹簧支撑 小球与弹簧不粘连 平衡时细绳与竖直方向的夹角为53 如图6所示 以下说法正确的是 已知cos53 0 6 sin53 0 8 图6 答案 d 5 2012 豫南九校联考 用一水平力f拉静止在水平面上的物体 在f从0开始逐渐增大的过程中 加速度a随外力f变化的图象如图7所示 g 10m s2 则可以计算出 a 物体与水平面间的最大静摩擦力b f等于14n时物体的速度c 物体与水平面间的动摩擦因数d 物体的质量 图7 解析 由a f图象可知 拉力在7n之前加速度都是0 因此可知最大静摩擦力为7n 选项a正确 再由图象可知 当f 7n时 加速度为0 5m s2 当f 14n时 加速度为4m s2 即f1 mg ma1 f2 mg ma2可求得动摩擦因数及物体的质量 选项c d正确 物体运动为变加速运动 不能算出拉力为14n