高考物理总复习 专题三 第2讲 牛顿第二定律配套课件.ppt

第2讲 牛顿第二定律 考点1 牛顿第二定律 合外力 质量 合外力 1 内容 物体的加速度跟所受 成正比 跟物体的 成反比 加速度的方向跟 的方向一致 2 表达式 f合 ma 3 适用范围 1 牛顿第二定律只适用于 参考系 相对地面静止 或 运动的参考系 惯性 匀速直线 2 牛顿第二定律只适用于 物体 相对于分子 原 子 低速运动 远小于光速 的情况 宏观 对牛顿第二定律应从以下几方面加深理解 1 力和加速度的因果关系 2 力和加速度的矢量性 3 力和加速度瞬时对应性 4 质量 力和加速度对应同一物体和同一系统 5 物体受力产生的加速度的独立性 可以先求各自产生的 加速度再合成 也可以分方向使用牛顿第二定律 自主检测 1 2011年惠州调研 电梯内有一个物体 质量为m 用绳 细线对物体的拉力为 答案 b 2 2011年惠州一模 人们设计了如图3 2 1所示的安全带以尽可能地减轻猛烈碰撞 假设某次急刹车时 由于安全带的作用 使质量70kg的乘员的加速度大小约为6m s2 此时安全 带对乘员的作用力最接近 图3 2 1 a 100n b 400n c 800n d 1000n 答案 b 考点2 合外力 加速度和速度的关系 1 三者关系如下表 2 速度大小变化与加速度的关系 当a与v同向时 v 当a与v反向时 v 而加速度大小由合力的大小决定 所以要分析v a的变化情况 必须先分析物体受到的 的变化情况 增大 减小 合力 力和加速度都可以突变 可是速度不能突变 力是产生加速度的根本原因 同时也是速度变化的根本原因 自主检测 3 在光滑的水平面上做匀加速直线运动的物体 当它所受 的合力逐渐减小而方向不变时 物体的 a 加速度越来越大 速度越来越大b 加速度越来越小 速度越来越小c 加速度越来越大 速度越来越小d 加速度越来越小 速度越来越大答案 d 4 惠州2012届高三模拟 如图3 2 2所示 一木块在光滑水平面上受一恒力作用而运动 前方固定一个弹簧 当木块接 触弹簧后 图3 2 2a 将立即做变减速运动b 将立即做匀减速运动c 在一段时间内仍然做加速运动 速度继续增大d 在弹簧处于最大压缩量时 物体的加速度为零 解析 刚接触时 弹簧弹力小于恒力 所以做加速度减小的加速运动 一段时间后 弹力刚好等于恒力 这之后开始做加速度增大的减速运动直至速度为零 答案 c 热点1 加速度的动态分析 弹簧类问题 模型简介 轻弹簧是一种理想化的物理模型 以轻质弹簧为载体 设置复杂的物理情景 考查力的概念 物体的平衡 牛顿运动定律的应用及能的转化与守恒 是高考命题的重点 此类命题几乎每年高考均有所见 应引起足够重视 1 轻 即弹簧的质量和重力可以视为等于零 由此特点可知 向一轻弹簧的两端及其中间各点的张力大小相等 2 弹簧既能承受拉力也能承受压力 其方向与弹簧的形变 的方向相反 3 由于弹簧受力时 要发生形变需要一段时间 所以弹簧的弹力不能发生突变 但当弹簧被剪断时 它所受的弹力立即消失 轻弹簧模型有如下特点 例1 如图3 2 3甲所示 质量不计的弹簧竖直固定在水平面上 t 0时刻 将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放 小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点 然后又被弹起离开弹簧 上升到一定高度后再下落 如此反复 通过安装在弹簧下端的压力传感器 测出这一过程弹簧弹力f随时间t变化的图象如图乙所示 试分析从小球接触弹簧开始 到弹簧压缩到最短的过程中 小球的速度 加速度的变化情况如何 图3 2 3 思路导引 对于下落物体压缩竖直弹簧类问题 要注意两点 一是弹簧的弹力大小随弹簧形变量的变化而变化 二是物体过平衡位置是加速与减速运动的临界点 如果物体接触弹簧并与之黏接 向上运动至弹簧恢复原长后 物体继续向上运动 弹簧将被拉伸 答题规范 小球接触弹簧上端后受到两个力作用 向下的重力和向上的弹力 在接触后的前一阶段 重力大于弹力 合力向下 因为弹力f kx不断增大 所以合力不断减小 故加速度不断减小 由于加速度与速度同向 因此速度不断变大 当弹力逐步增大到与重力大小相等时 合力为零 加速度为零 速度达到最大 在接触后的后一阶段 即小球达到上述位置之后 由于惯性小球仍继续向下运动 但弹力大于重力 合力竖直向上 且逐渐变大 因而加速度逐渐变大 方向竖直向上 小球做减速运动 当速度减小到零时 达到最低点 弹簧的压缩量最大 拓展提升 弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力 当题目中出现弹簧时 要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应 一般应从弹簧的形变分析入手 先确定弹簧原长位置 现长位置 找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系 分析形变所对应的弹力大小 方向 以此来分析物体运动状态的可能变化 触类旁通 1 图3 2 4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 图3 2 4 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d点 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 解析 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 热点2 瞬时加速度问题 例2 如图3 2 5所示 一质量为m的物体系于长度分别为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 现将l2线剪断 求剪断瞬时物体的加速度 图3 2 5 错解分析 设l1线上拉力为t1 l2线上拉力为t2 重力为mg 物体在三力作用下处于平衡 则有t1cos mg t1sin t2 解得t2 mgtan 剪断l2线的瞬间 t2突然消失 此时物体所受合力沿t2反方向 且大小与t2相等 有mgtan ma 所以加速度a gtan 方向在t2反方向 正确解析 当l2被剪断的瞬间 因t2突然消失 而引起l1上的张力发生突变 使物体的受力情况改变 瞬时加速度沿垂直l1斜向下方 a gsin 拓展提升 牛顿第二定律f合 ma反映了物体的加速度a跟它所受合外力的瞬时对应关系 物体受到外力作用 同时产生了相应的加速度 外力恒定不变 物体的加速度也恒定不变 外力随着时间改变时 加速度也随着时间改变 某一时刻 外力停止作用 其加速度也同时消失 触类旁通 2 在上题 例2 中 若将图3 2 6中的细线l1改为长度相同 质量不计的轻弹簧 如图3 2 6所示 其他条件不变 现将l2线剪断 求剪断瞬时物体的加速度 图3 2 6 解 设l1弹簧上拉力为t1 l2线上拉力为t2 重力为mg 物体在三力作用下处于平衡 有 t1cos mg t1sin t2解得t2 mgtan 当l2被剪断时 t2突然消失 而弹簧还来不及形变 变化要有一个过程 不能突变 因而弹簧的弹力t1不变 它与重力的合力与t2等值反向 因为mgtan ma 所以加速度a gtan 方向在t2反方向 热点3 牛顿第二定律与图象相结合的问题 例3 质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上 物体与地面间的动摩擦因数为0 2 最大静摩擦力与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 7所示 取重力加速度g 10m s2 则物体在t 0至t 12s 这段时间的位移大小为 图3 2 7 a 18m b 54m c 72m d 198m 思路导引 要善于从f t图象中提取有效信息来判断每个时间段内物体的受力情况和运动情况 注意地面粗糙存在摩擦力 f f8 4 解析 拉力f只有大于最大静摩擦力fmax mg 0 2 2 10n 4n时 物体才会由静止开始运动0 3s时 f fmax 物体保持静止 s1 03 6s时 f fmax 物体由静止开始做匀加速直线运动 a m2 m s2 2m s2 v at 6m s 6 9s时 f f 物体做匀速直线运动s3 vt 6 3m 18m9 12s时 f f 物体以6m s为初速度 以2m s2为加速度做匀加速直线运动 所以0 12s内物体的位移为s s1 s2 s3 s4 54m选项b正确 拓展提升 正确解读图象 善于从图象中提取有效信息是解决此类问题的关键 需要提取的信息主要有物体的受力f 加速度a 速度v 位移s等 注意横 纵坐标所表示的物理 意义 触类旁通 3 如图3 2 8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 选项图中v a f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 选项图中正确的是 图3 2 8 解析 物体在斜面 水平面的受力情况如图d13所示 对物体在斜面上的运动 在斜面方向运用牛顿第二定律有mgsin f1 ma1 在垂直斜面方向运用力的平衡条件有n1 mgcos 0 由滑动摩擦定律有f1 n1 解得 a1 g sin cos 同理 对物体在水平面运动有 f2 ma2 n2 mg 0 f2 n2 解得a2 g 由此可以看出 物体在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动 进入水平面后做匀减速直线运动 两段运动的 a t图象均是平行t轴的直线 v t图象均是倾斜直线 本题a b错误 两段运动中所受摩擦力恒定不变 f t图象均是平 行t轴的直线 且f1 f2 c正确 由于两段均是单方向匀变速直线运动 路程等于位移的大小 是时间的二次函数 s t图象均是曲线 d错误 图d13 答案 c 热点4 动力学多过程问题 例4 2011年上海卷 如图3 2 9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 9 思路导引 此题为已知物体的运动求力的典型问题 可先通过匀变速直线运动的规律和公式求解出加速度a 进而利用牛顿运动定律求解摩擦力和动摩擦因数 对于力和运动问题 一般都需要进行受力分析 动力学和运动学的纽带就是加速度 通过牛顿运动定律联系起来 答题规范 解 1 根据题意 取物体为研究对象 对物体进行受力分析 物体做匀加速运动 有则物体的加速度为 由牛顿第二定律 有f f ma则地面对物体的摩擦力为f 30n 2 10n 10n 可得 f10mg2 10 0 5 2 解法一 设f作用的最短时间为t 小车先以大小为a的加速度匀加速t秒 撤去外力后 以大小为a 的加速度匀减速t 秒到达b处 速度恰为0 由牛顿第二定律 有fcos37 mg fsin37 ma 所以t t 由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度 因此有at a t a11 5a 5 t 2 3t 解法二 设力f作用的最短时间为t 相应的位移为s 物体到达b处速度恰为0 由动能定理 有 fcos37 mg fsin37 s mg l s 0 由牛顿第二定律 有fcos37 mg fsin37 ma 方法技巧 多过程问题往往是求解整个过程中的某一个物理量 或者是力学量 或者是运动学的量 关键是对物体的受力情况和运动过程要有比较清晰的分析 画出运动示意图 结合牛顿第二定律建立方程求解 在高考中常在计算题中考查 且常把牛顿运动定律与其他力学规律 电场 磁场等知识综合起来考查 难度较大 触类旁通 4 增城2013届调研 如图3 2 10甲所示 质量m 2kg的物体在水平面上向右做直线运动 过a点时给物体作用一个水平向左的恒力f并开始计时 选水平向右为速度的正方向 通过速度传感器测出物体的瞬时速度 所得v t图象如图乙所示 取重力加速度为g 10m s2 求 1 物体在0 4s内和4 10s内的加速度的大小和方向 2 力f的大小和物体与水平面间的动摩擦因数 3 10s末物体离a点的距离 4 10s后撤去拉力f 求物体再过15s离a点的距离 甲 乙 图3 2 10 解 1 设物体在0 4s内的加速度为a1 则由v t图象得a1 2m s2 方向与初速度方向相反