高三物理复习牛顿第二定律专题复习课件

牛顿第二定律 江苏省清江中学周春来 牛顿第二定律1 内容 物体的加速度与所受合外力成正比 与物体的质量成反比 加速度的方向与合外力的方向相同 2 公式 F ma3 对牛顿第二定律理解 1 F为物体所受到的合外力 2 F ma中的m 当对哪个物体受力分析 就是哪个物体的质量 当对一个系统 几个物体组成一个系统 做受力分析时 如果F是系统受到的合外力 则m是系统的合质量 3 F与a有瞬时对应关系 F变a则变 F大小变 a则大小变 F方向变a也方向变 4 F ma中的F与a有矢量对应关系 a的方向一定与F的方向相同 5 F ma中 可根据力的独立性原理求某个力产生的加速度 也可以求某一个方向合外力的加速度 6 F ma的适用范围 宏观 低速 二 突变类问题 力的瞬时性 1 物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系 每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力 而与这一瞬时之前或之后的力无关 不等于零的合外力作用的物体上 物体立即产生加速度 若合外力的大小或方向改变 加速度的大小或方向也立即 同时 改变 若合外力变为零 加速度也立即变为零 物体运动的加速度可以突变 二 突变类问题 力的瞬时性 2 中学物理中的 绳 和 线 是理想化模型 具有如下几个特性 A 轻 即绳 或线 的质量和重力均可视为等于零 同一根绳 或线 的两端及其中间各点的张为大小相等 B 软 即绳 或线 只能受拉力 不能承受压力 因绳能变曲 绳与其物体相互间作用力的方向总是沿着绳子且朝绳收缩的方向 C 不可伸长 即无论绳所受拉力多大 绳子的长度不变 即绳子中的张力可以突变 3 中学物理中的 弹簧 和 橡皮绳 也是理想化模型 具有如下几个特性 A 轻 即弹簧 或橡皮绳 的质量和重力均可视为等于零 同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等 B 弹簧既能承受拉力 也能承受压力 沿着弹簧的轴线 橡皮绳只能承受拉力 不能承受压力 C 由于弹簧和橡皮绳受力时 要发生形变需要一段时间 所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能发生突变 二 突变类问题 力的瞬时性 例1 如图 a 所示 一质量为m的物体系于长度分别为L1 L2的两根细绳上 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 现将L2线剪断 求剪断瞬间物体的加速度 2 若将图a中的细线L1改为长度相同 质量不计的轻弹簧 如图b所示 其他条件不变 现将L2线剪断 求剪断瞬间物体的加速度 a gsin a gtan 例2 如图 a 所示 木块A B用轻弹簧相连 放在悬挂的木箱C内 处于静止状态 它们的质量之比是1 2 3 当剪断细绳的瞬间 各物体的加速度大小及其方向 答案 A的加速度为零 B C加速度相同 大小均为1 2g 方向竖直向下 例3 如图所示 小球质量为m 被三根质量不计的弹簧A B C拉住 弹簧间的夹角均为1200 小球平衡时 A B C的弹力大小之比为3 3 1 当剪断C瞬间 小球的加速度大小及方向可能为 g 2 竖直向下 g 2 竖直向上 g 4 竖直向下 g 4 竖直向上 A B C D 答案C 三 动力学的两类基本问题1 已知物体的受力情况求物体运动中的某一物理量 应先对物体受力分析 然后找出物体所受到的合外力 根据牛顿第二定律求加速度a 再根据运动学公式求运动中的某一物理量 2 已知物体的运动情况求物体所受到的某一个力 应先根据运动学公式求得加速度a 再根据牛顿第二定律求物体所受到的合外力 从而就可以求出某一分力 综上所述 解决问题的关键是先根据题目中的已知条件求加速度a 然后再去求所要求的物理量 加速度象纽带一样将运动学与动力学连为一体 例4 质量为m的物体放在水平地面上 受水平恒力F作用 由静止开始做匀加速直线运动 经过ts后 撤去水平拉力F 物体又经过ts停下 求物体受到的滑动摩擦力f 解析 物体受水平拉力F作用和撤去F后都在水平面上运动 因此 物体在运动时所受滑动磨擦力f大小恒定 我们将物体的运动分成加速和减速两个阶段来分析时 两段的加速度均可以用牛顿第二定律得出 然后可由运动学规律求出加速度之间的关系 从而求解滑动摩擦力 答案 F 例5 如图所示 水平传送带A B两端相距S 3 5m 工件与传送带间的动摩擦因数 0 1 工件滑上A端瞬时速度VA 4m s 达到B端的瞬时速度设为vB 1 若传送带不动 vB多大 2 若传送带以速度v 匀速 逆时针转动 vB多大 3 若传送带以速度v 匀速 顺时针转动 vB多大 解析 1 2 传送带不动或逆时针转动时 到B的速度vB 3m s 3 传送带顺时针转动时 根据传送带速度v的大小 由下列五种情况 若v VA 工件与传送带速度相同 均做匀速运动 工件到达B端的速度vB vA 若v 工件由A到B 全程做匀加速运动 到达B端的速度vB 5m s 若 v VA 工件由A到B 先做匀加速运动 当速度增加到传送带速度v时 工件与传送带一起作匀速运动速度相同 工件到达B端的速度vB v 若v 时 工件由A到B 全程做匀减速运动 到达B端的速度vB 3m s 若vA v 工件由A到B 先做匀减速运动 当速度减小到传送带速度v时 工件与传送带一起作匀速运动速度相同 工件到达B端的速度vB v 说明 1 解答 运动和力 问题的关键是要分析清楚物体的受力情况和运动情况 弄清所给问题的物理情景 2 审题时应注意由题给条件作必要的定性分析或半定量分析 3 通过此题可进一步体会到 滑动摩擦力的方向并不总是阻碍物体的运动 而是阻碍物体间的相对运动 它可能是阻力 也可能是动力 例6 如图所示 一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M和N 它们只能在图所示平面内摆动 某一瞬时出现图示情景 由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是 A 车厢做匀速直线运动 M在摆动 N在静止 B 车厢做匀速直线运动 M在摆动 N也在摆动 C 车厢做匀速直线运动 M静止 N在摆动 D 车厢做匀加速直线运动 M静止 N也静止 AB 例7 如图所示三个物体质量分别为m1 m2 m3 带有滑轮的物体放在光滑水平面上 滑轮和所有触处的摩擦及绳的质量均不计 为使三个物体无相对运动 则水平推力F 解析 对m2竖直方向合力为零 所以T m2g 对m1水平方向只受绳拉力T作用 所以a T m1 m2g m1 由于三者加速度一样 所以F ml十m2十m3 a ml十m2十m3 m2g m1 四 牛顿定律应用的基本方法 由于物体的受力情况与运动状态有关 所以受力分析和运动分析往往同时考虑 交叉进行 在画受力分析图时 把所受的外力画在物体上 也可视为质点 画在一点上 把v0和a的方向标在物体的旁边 以免混淆不清 四 牛顿定律应用的基本方法 建立坐标系时应注意 A 如果物体所受外力都在同一直线上 应建立一维坐标系 也就是选一个正方向就行了 如果物体所受外力在同一平面上 应建立二维直角坐标系 坐标 B 仅用牛顿第二定律就能解答的问题 通常选加速度a的方向和垂直于a的方向作为坐标轴的正方向 综合应用牛顿定律和运动学公式才能解答的问题 通常选初速度V0的方向和垂直于V0的方向为坐标轴正方向 否则易造成 十 一 号混乱 方向 C 如果所解答的问题中 涉及物体运动的位移或时间 通常把所研究的物理过程的起点作为坐标原点 起点 四 牛顿定律应用的基本方法 解方程的方法一般有两种 一种是先进行方程式的文字运算 求得结果后 再把单位统一后的数据代入 算出所求未知量的值 另一种是把统一单位后的数据代入每个方程式中 然后直接算出所求未知量的值 前一种方法的优点是 可以对结果的文字式进行讨论 研究结果是否合理 加深对题目的理解 一般都采用这种方法 后一种方法演算比较方便 但是结果是一个数字 不便进行分析讨论 特别指出的是 在高考试题的参考答案中 一般都采用了前一种方法 例8 如图所示 放在水平地面上的木板长1米 质量为2kg B与地面间的动摩擦因数为0 2 一质量为3kg的小铁块A放在B的左端 A B之间的动摩擦因数为0 4 当A以3m s的初速度向右运动后 求最终A对地的位移和A对B的位移 解析 A在摩擦力作用下作减速运动 B在上 下两个表面的摩擦力的合力作用下先做加速运动 当A B速度相同时 A B立即保持相对静止 一起向右做减速运动 A在B对它的摩擦力的作用下做匀减速运动aA Ag 一4m s2B在上 下两个表面的摩擦力的合力作用下做匀加速运动 aB lm s2A相对B的加速度a相 aA aB 5m s2 当A相对B的速度变为零时 A在B上停止滑动 在此过程中 A对B的位移s相 0 9mA从开始运动到相对静止经历的时间t 0 6m s2在此时间内B的位移SB aBt2 1 0 62 0 18mA B相对静止时的速度v aBt 1 0 6m s 0 6m s随后A B一起以a Bg 2m s2作匀减速运动直至停止 这段时间内的位移S 0 09m综上所述 在整个运动过程中A对地的位移SA SB十S相 S 0 18 0 9 0 09 m l 17m 五 超重与失重状态的分析 在平衡状态时 物体对水平支持物的压力 或对悬绳的拉力 大小等于物体的重力 当物体的加速度竖直向上时 物体对支持物的压力大于物体的重力 由F mg ma得F m g a mg 这种现象叫做超重现象 当物体的加速度竖直向下时 物体对支持物的压力小于物体的重力 mg F ma得F m g a mg 这种现象叫失重现象 特别是当物体竖直向下的加速度为g时 物体对支持物的压力变为零 这种状态叫完全失重状态 五 超重与失重状态的分析 对超重和失重的理解应当注意以下几点 1 物体处于超重或失重状态时 只是物体的视重发生改变 物体的重力始终存在 大小也没有变化 因为万有引力并没有改变 2 发生超重或失重现象与物体的速度大小及方向无关 只决定于加速度的方向及大小 3 在完全失重的状态下 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如单摆停摆 天平失效 浸在水中的物体不再受浮力 液体柱不再产生向下的压强等 例9 将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中 如图所示 在箱的上顶板和下顶板装有压力传感器 箱可以沿竖直轨道运动 当箱以a 2 0m s2的加速度竖直向上作匀减速运动时 上顶板的压力传感器显示的压力为6 0N 下底板的压力传感器显示的压力为10 0N g取10m s2 1 若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器的示数的一半 试判断箱的运动情况 2 要使上顶板的压力传感器的示数为零 箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的 解析 由题意 对金属块受力分析如图所示 当向上匀减速运动时 加速度方向向下 设上顶板的压力传感器的示数为N1 弹簧弹力为F 由牛顿第二定律有N1 mg一F ma 弹簧弹力F等于下底板的压力传感器的示数N2 F N2 10N代入 可解得m 0 5kg 1 依题意 N1 5N 弹簧长度没有改变 F 10N代入 解得a 0 说明整个箱体做向上或向下的匀速运动 2 当整个箱体的加速度方向向上时有F一N1一mg ma 求出N1减至零的加速度 a F m g 10m s2 上顶板的压力传感器的示数为零时 整个箱体在做加速度不小于10m s2的向上加速或向下减速运动 例10 如图所示滑轮的质量不计 已知三个物体的质量关系是 m1 m2十m3 这时弹簧秤的读数为T 若把物体m2从右边移到左边的物体m1上 弹簧秤的读数T将 A 增大 B 减小 C 不变 D 无法判断 解析 解法1 移m2后 系统左 右的加速度大小相同方向相反 由于ml十m2 m3 故系统的重心加速下降 系统处于失重状态 弹簧秤的读数减小 B项正确 解法2 移后设连接绳的拉力为T 系统加速度大小为a 对 ml m2 m1 m2 g一T ml m2 a 对m3 T 一m3g m3a消去a 可解得 对滑轮稳定后平衡 弹簧秤的读数T 2T 移动前弹簧秤的读数为 m1 m2 m3 g 比较可得移动后弹簧秤的读数小于 m1 m2 m3 g 故B项正确 例12 一个人蹲在台秤上 试分析 在人突然站起的过程中 台秤的示数如何变化 解析 从蹲于台秤上突