2019年高考物理總復習 第三章 牛頓運動定律 第2課時 牛頓第二定律 兩類動力學問題課件 教科版.ppt

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第2課時牛頓第二定律兩類動力學問題 基礎回顧 核心探究 演練提升 基礎回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 牛頓第二定律1 內容 物體的加速度跟所受的合力成 跟物體的質量成 加速度的方向跟方向相同 2 表達式 F合 3 適用范圍 適用于參考系中物體的低速運動 正比 反比 合力 ma 慣性 宏觀 如圖所示 超市中顧客隨自動扶梯一起向上勻加速運動 已知扶梯傾角為 顧客質量為m 加速度為a 若求扶梯對顧客支持力或摩擦力 你有何思路 答案 分析物體的受力 將加速度沿水平 豎直方向分解 然后根據牛頓第二定律分別列方程求解 二 力學單位制1 單位制 由和一起組成了單位制 基本單位 導出單位 2 基本單位 基本物理量的 力學中的基本量有 長度和 它們的國際單位分別是kg m和 3 導出單位 由基本單位根據推導出來的其他物理量的單位 三 牛頓第二定律的應用1 兩類動力學問題 1 已知受力情況 求物體的情況 2 已知運動情況 求物體的情況 2 解決兩類問題的方法以為 橋梁 由運動學公式和牛頓運動定律列方程求解 單位 質量 時間 物理關系 運動 受力 加速度 s 自主檢測 1 思考判斷 1 千克 克 秒 小時 分鐘均屬于基本單位 2 牛頓第二定律表達式F ma在任何情況下都適用 3 對靜止在光滑水平面上的物體施加一個水平力 當力剛作用瞬間 物體立即獲得加速度 4 質量越大的物體加速度越小 5 根據公式F ma 可知物體所受的外力跟物體的加速度成正比 答案 1 2 3 4 5 2 根據牛頓第二定律 下列敘述正確的是 A 物體加速度的大小跟它的質量和速度大小的乘積成反比B 物體所受合力必須達到一定值時 才能使物體產生加速度C 物體加速度的大小跟它所受作用力中的任一個的大小成正比D 當物體質量改變但其所受合力的水平分力不變時 物體水平加速度大小與其質量成反比 D 解析 根據牛頓第二定律a 可知物體的加速度與速度無關 所以A錯誤 即使合力很小 也能使物體產生加速度 所以B錯誤 物體加速度的大小與物體所受的合力成正比 所以C錯誤 力和加速度為矢量 水平方向的力產生水平方向的加速度 則物體水平加速度與質量成反比 所以D正確 3 某實驗小組在實驗室設計了一個不用天平測量物體質量的實驗 如圖 在光滑水平臺面右端固定一個恒力器 在臺面左端放一輛小車 車上固定一遮光條 遮光條寬度為d 恒力器通過一根細線給小車提供恒定拉力F 使小車由靜止開始依次經過兩個光電門 光電門1 2記錄的擋光時間分別為t1 t2 測得兩光電門中心間距為x 不計遮光條質量 根據以上實驗數據可得小車質量為 B 核心探究分類探究 各個擊破 考點一牛頓第二定律的理解 1 牛頓第二定律的 五 性 2 合力 加速度 速度間的決定關系 1 物體所受合力的方向決定了其加速度的方向 只要合力不為零 不管速度是多少 物體都有加速度且與合力的方向一定相同 合力 或加速度 與速度無必然的聯系 2 合力 或加速度 與速度同向時 物體做加速運動 合力 或加速度 與速度反向時 物體做減速運動 4 速度的改變需經歷一定的時間而不能突變 有力就一定有加速度 但有力速度可能為0 典例1 多選 如圖所示 一輕質彈簧一端固定在墻上的O點 自由伸長到B點 今用一小物體m把彈簧壓縮到A點 m與彈簧不連接 然后釋放 小物體能經B點運動到C點而靜止 小物體m與水平面間的動摩擦因數 恒定 則下列說法中正確的是 A 物體從A到B速度越來越大B 物體從A到B速度先增大后減小C 物體從A到B加速度越來越小D 物體從A到B加速度先減小后增大 BD 核心點撥 1 由A到C的過程中 物體受地面的摩擦力和彈簧彈力大小相等的位置出現在B點的左側 2 a 0時出現在A B之間 此時速度達最大 解析 物體從A到B的過程中 水平方向一直受到向左的滑動摩擦力作用 大小不變 還一直受到向右的彈簧的彈力作用 彈力從某個值逐漸減小到0 開始時 彈力大于摩擦力 合力向右 物體向右加速 隨著彈力的減小 合力越來越小 到A B間的某一位置時 彈力和摩擦力的合力為0 速度達到最大 隨后 摩擦力大于彈力 合力增大但方向向左 合力方向與速度方向相反 物體開始做減速運動 所以 小物體由A到B的過程中 先做加速度減小的加速運動 后做加速度增大的減速運動 故選項B D正確 方法技巧牛頓第二定律應用中的受力處理技巧 1 物體受兩個非共線共點力時通過合成法計算合力 2 物體受共線共點力時可將力的運算轉化為代數運算 3 物體受多個非共線共點力時通過正交分解法進行計算 1 牛頓第二定律的理解 多選 下列說法正確的是 A 物體只有在受力的前提下才會產生加速度 因此 加速度的產生要滯后于力的作用B F ma是矢量式 a的方向與F的方向相同 與速度方向無關C 物體所受的合外力減小 加速度一定減小 而速度不一定減小D 物理公式不僅確定了物理量之間的數量關系 同時也確定了物理量間的單位關系 BCD 解析 物體的加速度與合外力有瞬時對應關系 加速度與力同時產生 故A錯誤 a的方向與F的方向相同 與速度方向無關 故B正確 合外力減小 加速度一定減小 但如果a與v同向 v會變大 故C正確 物理公式不僅確定了物理量之間的數量關系 同時也確定了物理量間的單位關系 故D正確 多維訓練 2 牛頓第二定律的應用 2018 河南中原名校聯考 某科研單位設計了一空間飛行器 飛行器從地面起飛時 發(fā)動機提供的動力方向與水平方向夾角 60 使飛行器恰好沿與水平方向成 30 角的直線斜向右上方勻加速飛行 經時間t后 將動力的方向沿逆時針旋轉60 同時適當調節(jié)其大小 使飛行器依然可以沿原方向勻減速飛行 飛行器所受空氣阻力不計 下列說法中正確的是 A 加速時加速度的大小為gB 加速時動力的大小等于mgC 減速時動力的大小等于mgD 減速飛行時間t后速度為零 A 考點二用牛頓第二定律分析瞬時加速度問題 1 兩種模型 2 求解瞬時加速度的一般思路 分析瞬時變化前后物體的受力情況 由牛頓第二定律列方程 求瞬時加速度 典例2 多選 如圖 甲 乙 所示 圖中細線均不可伸長 兩小球質量相同且均處于平衡狀態(tài) 細線和彈簧與豎直方向的夾角均為 如果突然把兩水平細線剪斷 則剪斷瞬間 A 圖 甲 中小球的加速度大小為gsin 方向水平向右B 圖 乙 中小球的加速度大小為gtan 方向水平向右C 圖 甲 中傾斜細線與圖 乙 中彈簧的拉力之比為1 cos2 D 圖 甲 中傾斜細線與圖 乙 中彈簧的拉力之比為cos2 1 BD 核心點撥 1 水平細線剪斷瞬間 小球A將沿圓弧擺下 小球A的合力與細線垂直且向下 傾斜細線的拉力發(fā)生突變 2 水平細線剪斷瞬間 彈簧的拉力不變 小球B的合力水平向右 解析 設兩球質量均為m 剪斷水平細線后 對小球A進行受力分析 如圖 a 所示 小球A將沿圓弧擺下 小球A的加速度a1的方向沿圓周的切線方向向下 則T1 mgcos F1 mgsin ma1 所以a1 gsin 方向垂直傾斜細線向下 故選項A錯誤 對小球B進行受力分析 水平細線剪斷瞬間 小球B所受重力mg和彈簧彈力T2都不變 小球B的加速度a2的方向水平向右 如圖 b 所示 則T2 F2 mgtan ma2 所以a2 gtan 方向水平向右 故選項B正確 圖 甲 中傾斜細線與圖 乙 中彈簧的拉力之比為T1 T2 cos2 1 故選項C錯誤 D正確 方法技巧抓住 兩關鍵 遵循 四步驟 1 分析瞬時加速度的 兩個關鍵 明確繩或線類 彈簧或橡皮筋類模型的特點 分析瞬時前 后的受力情況和運動狀態(tài) 2 四個步驟 第一步 分析原來物體的受力情況 第二步 分析物體在突變時的受力情況 第三步 由牛頓第二定律列方程 第四步 求出瞬時加速度 并討論其合理性 1 導學號58826049 彈簧連接的瞬時加速度問題 2017 咸陽質檢 如圖所示 A B兩小球分別連在彈簧兩端 B端用細線固定在傾角為 30 的光滑斜面上 A B兩小球的質量分別為mA mB 重力加速度為g 若不計彈簧質量 在線被剪斷瞬間 A B兩球的加速度分別為 多維訓練 D 2 導學號58826050 摩擦力突變引起的瞬時加速度問題 多選 如圖所示 質量均為m的木塊A和木板B疊放在粗糙的水平地面上 A與B間的動摩擦因數 1 0 4 水平力F 2mg作用在B上 A B以a 2m s2的共同加速度向右運動 則 g 10m s2 A 無法求出B與地面間的動摩擦因數B 在撤去F后 A B會發(fā)生相對滑動C 在撤去F后瞬間 B的加速度無法求出D 在撤去F后瞬間 A的加速度為4m s2 方向向左 BD 解析 設B與地面間的動摩擦因數為 2 水平力F作用時 由牛頓第二定律 對整體有2mg 2 2mg 2ma 得 2 0 8 故選項A錯誤 在撤去F后瞬間 A與B都勻減速向右運動 若A相對于B向右滑動 則有 1mg maA 2 2mg 1mg maB 即aA 1g aB 2 2 1 g aA 故選項B正確 代入數據可得aB 12m s2 aA 4m s2 方向均向左 故選項C錯誤 D正確 考點三兩類動力學問題 1 兩類動力學問題之間的邏輯關系 2 解決動力學基本問題時對力的處理方法 1 合成法在物體受力個數較少 2個或3個 時一般采用 合成法 2 正交分解法若物體的受力個數較多 3個或3個以上 則采用 正交分解法 3 兩類動力學問題的解題步驟 典例3 2018 山東濟南調研 滑雪運動中當滑雪板壓在雪地上時會把雪內的空氣逼出來 在滑雪板與雪地間形成一個暫時的 氣墊 從而大大減小雪地對滑雪板的摩擦力 然而當滑雪板相對雪地速度較小時 與雪地接觸時間超過某一值就會陷下去 使得它們間的摩擦力增大 假設滑雪者的速度超過4m s時 滑雪板與雪地間的動摩擦因數就會由 1 0 25變?yōu)?2 0 125 一滑雪者從傾角 37 的坡頂A處由靜止開始自由下滑 滑至坡底B處后又滑上一段水平雪地 B處斜坡與水平面平滑連接 最后停在C處 如圖所示 不計空氣阻力 坡長L 26m g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 滑雪者從靜止開始到動摩擦因數發(fā)生變化所經歷的時間 2 滑雪者到達B處的速度 3 滑雪者在水平雪地上運動的最大距離 運動過程圖示 答案 1 1s 2 16m s 3 99 2m 方法技巧解決動力學兩類問題的兩個關鍵點 多維訓練 A 2 由運動情況確定受力情況 如圖為風洞實驗室中進行的實驗示意圖 在傾角為37 的固定斜面上 有一個質量為1kg的物塊 在風洞施加的水平恒力F作用下 從A點由靜止開始運動 經過1 2s到達B點時立即關閉風源 失去恒力F 物塊到達C點時速度變?yōu)榱?通過速度傳感器測得這一過程中物塊每隔0 2s的瞬時速度 下表給出了部分數據 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 A C兩點間的距離 答案 1 5 4m 2 水平恒力F的大小 解析 2 勻加速過程中由牛頓第二定律得Fcos37 mgsin37 mgcos37 Fsin37 ma1勻減速過程中由牛頓第二定律得 mgsin37 mgcos37 ma2聯立解得F 30N 答案 2 30N 演練提升真題體驗 強化提升 高考模擬 1 牛頓第二定律的理解 2016 全國 卷 18 多選 一質點做勻速直線運動 現對其施加一恒力 且原來作用在質點上的力不發(fā)生改變 則 A 質點速度的方向總是與該恒力的方向相同B 質點速度的方向不可能總是與該恒力的方向垂直C 質點加速度的方向總是與該恒力的方向相同D 質點單位時間內速率的變化量總是不變 BC 解析 由于施加恒力前質點做勻速直線運動 此時所受外力的合力為0 施加恒力后其合力為該恒力 則加速度不變 加速度方向與該恒力方向相同 但力的方向與速度方向關系不明確 質點可能做勻變速直線運動 也可能做勻變速曲線運動 速度方向與力的方向可能相同 也可能時刻改變 質點加速度不變說明單位時間內速度的變化量相同 但由于速度為矢量 單位時間內速率的變化量不一定相等 故選項B C正確 2 兩類動力學問題 2017 海南卷 3 汽車緊急剎車后 停止運動的車輪在水平地面上滑動直至停止 在地面上留下的痕跡稱為剎車線 由剎車線的長短可知汽車剎車前的速度 已知汽車輪胎與地面之間的動摩擦因數為0 80 測得剎車線長25m 汽車在剎車前的瞬間的速度大小為 重力加速度g取10m s2 A 10m sB 20m sC 30m sD 40m s B 3 導學號58826052 瞬時加速度問題 2018 遼寧六校聯考 如圖所示 A B兩球質量相等 光滑斜面的傾角為 圖 甲 中 A B兩球用輕彈簧相連 圖 乙 中A B兩球用輕質桿相連 系統(tǒng)靜止時 擋板C與斜面垂直 彈簧 輕桿均與斜面平行 則在突然撤去擋板的瞬間有 A 兩圖中兩球加速度均為gsin B 兩圖中A球的加速度均為零C 圖 乙 中輕桿的作用力一定不為零D 圖 甲 中B球的加速度是圖 乙 中B球的2倍 D 解析 撤去擋板前 擋板對B球的彈力大小為2mgsin 因彈簧彈力不能突變 而桿的彈力會突變 所以撤去擋板瞬間 圖 甲 中A球所受合力為零 加速度為零 B球所受合力為2mgsin 加速度為2gsin 圖 乙 中桿的彈力突變?yōu)榱?A B球所受合力均為mgsin 加速度均為gsin 故圖 甲 中B球的加速度是圖 乙 中B球加速度的2倍 故D正確 4 牛頓運動定律的綜合應用 2017 海南卷 14 一輕彈簧的一端固定在傾角為 的固定光滑斜面的底部 另一端和質量為m的小物塊a相連 如圖所示 質量為m的小物塊b緊靠a靜止在斜面上 此時彈簧的壓縮量為x0 從t 0時開始 對b施加沿斜面向上的外力 使b始終做勻加速直線運動 經過一段時間后 物塊a b分離 再經過同樣長的時間 b距其出發(fā)點的距離恰好也為x0 彈簧的形變始終在彈性限度內 重力加速度大小為g 求 1 彈簧的勁度系數 2 物塊b加速度的大小 3 在物塊a b分離前 外力大小隨時間變化的關系式 等時圓模型及其應用1 模型特征 1 質點從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到環(huán)的最低點所用時間相等 如圖 甲 所示 2 質點從豎直圓環(huán)上最高點沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時間相等 如圖 乙 所示 3 兩個豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過切點 質點沿不同過切點的光滑弦上端由靜止開始滑到下端所用時間相等 如圖 丙 所示 拓展增分 2 思維模板 示例 多選 如圖所示 Oa Ob和ad是豎直平面內三根固定的光滑細桿 O a b c d位于同一圓周上 c為圓周的最高點 a為最低點 O 為圓心 每根桿上都套著一個小滑環(huán) 未畫出 兩個滑環(huán)從O點無初速度釋放 一個滑環(huán)從d點無初速度釋放 用t1 t2 t3分別表示滑環(huán)沿Oa Ob da到達a b所用的時間 則下列關系正確的是 A t1 t2B t2 t3C t1 t2D t1 t3 BCD 解析 設想還有一根光滑固定細桿ca 則ca Oa da三細桿交于圓的最低點a 三桿頂點均在圓周上 根據等時圓模型可知 由c O d無初速度釋放的小滑環(huán)到達a點的時間相等 即tca t1 t3 而由c a和由O b滑動的小滑環(huán)相比較 滑行位移大小相同 初速度均為零 但aca aOb 由x at2可知 t2 tca 故選項A錯誤 B C D均正確